Сырье в химическом производстве (стр. 2 из 6)

Справедливо считают, что в химической промышленности не должно быть отходов. Любые отходы - это химические вещества, которые могут и должны стать сырьем для получения различных продуктов. Поэтому отходы следует рассматривать как вторичные материальные ресурсы. В последние годы благодаря развитию науки и техники постоянно расширяется номенклатура используемых отходов в химической промышленности.

В настоящее время в нашей стране за счет использования вторичного сырья производится около 30% стали и 20% цветных металлов. Необходимо отметить, что энергоемкость производства алюминия из вторичного сырья в 20 раз, а стали в 10 раз ниже, чем энергоемкость их производства из первичного. Капитальные вложения при переработке вторичного сырья примерно в четыре раза меньше, чем при переработке первичного.

ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

Наиболее универсальным и ценным сырьем для химической и нефтехимической промышленности являются горючие полезные ископаемые: нефть, уголь, природные и попутные газы.

Но эти полезные ископаемые являются одновременно и первичными источниками энергии. Нефть остается основным компонентом энергетического баланса и главным источником получения моторных топлив. Мировые мощности по переработке нефти составляют более 4 млрд т/год, что обеспечивает в развитых странах почти 40% всей вырабатываемой энергии. Из этого количества энергии на долю моторных топлив в зависимости от глубины переработки в различных регионах мира приходится от 35 до 70% [3]. В связи с израсходованием наиболее крупных и легкодоступных месторождений нефти и газа встал вопрос: как разумно распределить оставшиеся ресурсы сырья и обеспечить человечество необходимым количеством энергии?

До последних лет прирост энергетических ресурсов шел в основном за счет увеличения доли нефти и газа в топливно-энергетическом балансе. Однако в России в 90-х годах начался спад производства [3], переросший в глубокий энергетический кризис (табл. 1). Поэтому возникла необходимость перестройки топливно-энергетического баланса.

В решении топливно-энергетических проблем можно наметить два направления:

- углубление переработки нефти и газа

- вовлечение угля и природного газа в производство альтернативных топлив.

УГЛУБЛЕННАЯ ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ

Если 10-20 лет назад потребности народного хозяйства в моторных топливах, смазочных материалах, химическом сырье удовлетворялись за счет увеличения объема переработки нефти, то сейчас с ростом себестоимости ее добычи такой подход нерационален. Предусматривается создание более совершенной технологии переработки нефти, в которой выход ценных светлых продуктов увеличивался бы за счет уменьшения доли тяжелых остатков в виде мазутов, гудронов, вакуум-остатков и т.д. В современных условиях это наиболее экономичный путь. Глубокая химическая переработка этих остатков с помощью таких деструктивных процессов, как гидрокрекинг, гидрогенизация и коксование, увеличивает выход жидкого топлива и ресурсы сырья для нефтехимии без увеличения нефтедобычи.

Показатель глубины переработки нефти в нашей стране составил в 1995 году 65%. По сравнению с промышленно развитыми зарубежными странами этот показатель оставляет желать лучшего. Для нормального функционирования нашей экономики необходимо увеличить его к 2000 году не менее чем до 80% [4]. Для этого необходимо повысить мощности деструктивных гидрогенизационных процессов и постепенно осуществлять переход к переработке нефти по углубленным технологическим схемам.

ПРОИЗВОДСТВО АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ

Проблема сокращения расхода нефтепродуктов на топливные цели может быть решена путем замены мазута в большой энергетике природным газом и углеводно-мазутными смесями, применением сжатого и сжиженного природного газа на транспортных средствах, введением в состав бензинов метанола и его производных и получением через метанол моторных топлив. Часть этих задач должна решаться путем создания соответствующих конструкций двигателей, но основная роль принадлежит химии. Предстоит создать крупные типовые заводы по производству метанола, разработать катализаторы и технологические процессы получения метанола, обогащенного высшими спиртами, присутствие которых стабилизирует метанолобензиновые смеси. Метанол повышает октановое число бензина, улучшает процесс сгорания топлива, является дешевой и доступной добавкой к топливу. Для производства метанола используют синтез-газ, который может быть получен газификацией нефтяных остатков, природного газа, угля, а в перспективе, по-видимому, и газификацией древесины и сельскохозяйственных отходов. С использованием метанола разработано производство многих ценных продуктов: белково-витаминных концентратов, эфиров трет-бутилового спирта, которые служат высокооктановой добавкой к бензинам, растворителей, пластификаторов, лекарственных препаратов и т.д.

В качестве топлива для автомашин планируется использование попутного газа и водорода. Химики принимают активное участие в создании прочных и легких топливных баков для сжиженных газов, разрабатывают новые катализаторы, позволяющие при умеренных температурах (в активной зоне атомных реакторов) разлагать воду на элементы. Таким образом, задача обеспечения химической и нефтехимической промышленности сырьем решается путем замены части нефтепродуктов, используемых в качестве топлив, на синтетические топлива за счет глубокой комплексной переработки нефти и попутного газа. Это позволит увеличить объем производства мономеров и исходных веществ для промышленного органического синтеза без увеличения добычи углеводородного сырья.

ПРИМЕНЕНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО СЫРЬЯ

Новой ступенью в развитии химических производств будут создание и постепенный переход на каталитические процессы, основной сырьевой базой которых станут природный газ и уголь. Запасы этих видов сырья (особенно последнего) велики.

Ведутся исследования по разработке технологии производства метанола, которая позволит многие важнейшие продукты, производимые из нефтяного бензина через этилен (рис. 1), получать непосредственно из синтез-газа или через метанол (рис. 2, 3). Это открывает возможность развития промышленности органического синтеза на основе альтернативного нефти сырья - угля и природного газа. Такая возможность существовала и раньше, поскольку процессы газификации угля и конверсии метана в синтез-газ давно применяются в промышленной химии. Однако низкий уровень техники и технологии ограничивал это направление химического превращения угля и природного газа лишь производством аммиака и метанола.

Современные достижения в области металлокомплексного катализа позволяют в относительно мягких условиях получать из метанола и синтез-газа такие продукты нефтехимии, как:

- этанол,

- этиленгликоль,

- ацетальдегид,

- низшие олефины,

- ароматические углеводороды,

- винилацетат,

- уксусную кислоту,

- уксусный ангидрид.

Проблему сырья нельзя решать в отрыве от использования других видов ресурсов, обеспечивающих нормальное функционирование химико-технологических систем (ХТС). Это объясняется взаимосвязанностью и взаимообусловленностью протекающих в ХТС процессов, вследствие чего изменение одного элемента системы приводит к соответствующим изменениям других. На рис. 4 показаны основные подсистемы ХТС, то есть совокупность процессов и аппаратов, объединенных единой технологической целью. Сырье последовательно проходит каждый элемент (процесс, аппарат) системы, постепенно превращаясь в товарный продукт. Естественно, что от уровня технологичности сырья будут зависеть затраты на всех стадиях его обработки.

Современный уровень научно-технического прогресса и особенности ХТС позволяют применять различные варианты технологических процессов: на одном и том же оборудовании можно осуществлять различные технологические процессы и один и тот же процесс можно проводить на различном оборудовании. Один и тот же продукт может быть получен из разных видов сырья или одного и того же сырья по разным технологическим схемам. Так, хлорвинил можно получить используя в качестве сырья ацетилен, этилен и этан:

С₂Н₂ + НСl → СН₂=СН-Сl,

C₂Н₄ + Сl₂ → CН₂Сl-CH₂CCl → CH₂=CH-Cl + HCl,

C₂H₆ + Cl₂ + 0,5О₂ → СН₂=СН-Сl + HCl + H₂O

Ацетилен можно получать из природного газа по разным технологическим схемам, отличающимся способом активации системы (подвода энергии) и конструкцией реактора. Очевидно, что различные технологические процессы, используемые для получения одного и того же продукта, будут отличаться своими показателями (табл. 2).

Обогащение сырья

методы переработки природного минерального сырья, которое представляет собой естественную смесь ценных компонентов и пустой породы, с целью получения концентратов, существенно обогащенных одним или несколькими ценными компонентами. Обогащение руды осуществляется преимущественно механическими, а также термическими и химическими методами.

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, совокупность процессов и методов первичной переработки твердого минерального сырья (руд, углей, горючих сланцев) с целью получения конечных товарных продуктов (асбест, графит, известняк и др.) или продуктов, пригодных для послед. технически возможной и экономически целесообразной химической, металлургической либо иной переработки. При обогащении полезных ископаемых (ОПИ) структура, хим. состав или агрегатное состояние минералов либо др. компонентов не изменяются, а происходит отделение (или взаимное разделение) всех полезных компонентов от пустой породы - горной массы, не представляющей практической ценности. В результате ОПИ получают один или несколько (напр., при переработке апатито-нефелиновых либо полиметаллических руд) к о н ц е н т р а т о в, содержащих основную массу полезных составляющих, и отходы - х в о с т ы, включающие большую часть пустой породы. ОПИ производят на обогатит. фабриках или в спец. цехах.