Безотходные технологические процессы и охрана окружающей среды в химической технологии твердых горючих ископаемых

Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов— важнейшая социальная и экономическая проблема современности. Перспективы развития человеческого общества, само существование человека на Земле в большой степени зависят от того, насколько разумным будет воздействие человека на природу, насколько рационально и экономно будут использоваться сырьевые и энергетические ресурсы.

Хи

мическая технология твердых горючих ископаемых в экологическом отношении одна из наиболее сложных отраслей промышленности, что обусловлено особенностями производства и масштабами отрасли.

Особенности воздействия технологических процессов на окружающую среду

Первым этапом любого процесса переработки твердых горючих ископаемых является его добыча. Эта ступень производства неизбежно связана с большими капитальными затратами, расходованием значительных энергетических и трудовых ресурсов, отчуждением больших земельных территорий, очень интенсивным разрушением ландшафтов, образованием крупных отвалов пустой породы. При открытой добыче отвалы составляют от 2 до 15 т на 1 т добытого угля (с учетом вскрыши). При шахтной добыче весьма значительные отвалы образуются на стадии строительства шахт. Во время непосредственно подземной добычи на 1 т угля на-гора извлекается 0,3 т пустой породы.

Этот этап следует обязательно учитывать при рассмотрении экологических характеристик технологических процессов переработки твердых горючих ископаемых. Именно поэтому технологические процессы, основанные на использовании для коксования дешевых углей открытой добычи вместо остродефицитных и глубоко залегающих хорошо спекающихся углей, дают большой экономический и экологический эффект уже на стадии добычи угля.

Вторым этапом процесса является обогащение углей. При этом кроме концентрата образуются большие количества твердых отходов производства (35—40% от массы исходного угля), из которых на современных обогатительных фабриках 35—50% приходится на отходы флотации, отличающиеся мелкодисперсностью и высокой влажностью (до 50— 60%)- На экономику процесса влияют полнота извлечения органической массы угля в концентрат и качество концентрата, а также возможность утилизации отходов или затраты на сооружение хвостохранилищ и прудов (в особенности для отходов флотации). В настоящее время суммарное количество отходов углеобогащения, получаемых в СССР, превышает 50 млн. т/год. Кроме того, на обогащение и последующую обработку углей расходуются большие объемы воды и воздуха.

В водах углеобогатительных фабрик содержатся значительные абсолютные количества выщелоченных из углей солей, органические примеси (масла, флотореагенты), а также угольный шлам; на стадиях рассева и сушки углей выделяются большие количества пыли.

Третьей стадией, также обязательной для любой технологии, является подготовка угля — его окончательное дробление, термическая подготовка, сушка, классификация, дозирование. На этой стадии образуется значительное количество пыли, а общие потери достигают 1,5—2,5 кг/т угля. При сушке или термической подготовке образуются сточные воды, содержащие угольный шлам, а также некоторое количество отсевов угля.

На четвертой, основной технологической стадии, образуются разнообразные отходы. Их количества и состав зависят от специфики технологического процесса и свойств исходного ископаемого.

На коксохимических заводах, например, выбросы в атмосферу составляют 6,7 кг/т кокса, причем около 70% приходится на долю коксового цеха. При мокром тушении кокса выделяется около 600 кг пара на 1 т кокса, а общий объем образующихся пара и газов составляет более 1000 м3/т кокса. Коксование сопряжено с выбросами пыли и газа при загрузке шихты в печи и с образованием шлама при мокром тушении кокса. Мокрое тушение кокса — не только безвозвратная потеря топлива и воды, но и сокращение выхода ценного доменного кокса из-за разрушения его кусков при резком охлаждении.

При газификации неизбежно образование зольных отходов с большим или меньшим содержанием углерода. Кроме того, в зависимости от избираемой схемы, в очень широких пределах изменяется к. п. д. газификации (от 0.5 до 0,8), что также влияет на эффективность использования потенциальной энергии исходного угля.

В большинстве процессов термической переработки твердых горючих ископаемых, а также при гидрогенизации образуются фусы и шламы. Их количества при коксовании незначительны (в среднем около 0,16% от угля); при полукоксовании их количество достигает нескольких процентов (особенно при высокоскоростном пиролизе), а в процессах гидрогенизации на долю шламов приходится 10—15% (и более) от органической массы угля.

Любой процесс переработки твердых топлив неизбежно связан с образованием сточных вод, включающих влагу шихты, воду, образующуюся при термическом превращении органической массы угля, ее гидрогенизации и газификации. В то же время в любом процессе, за исключением процессов газификации угля в кипящем слое или газификации пылевидного топлива, образуются водорастворимые фенолы, аммиак, органические основания, сероводород, а также — при коксовании — цианистый водород; все эти вещества неизбежно оказываются в воде. В нее переходит также значительное количество нейтральных масел, а при низкотемпературных процессах и синтезе из СО и Н2 — нейтральные кислородсодержащие вещества и органические кислоты. Все это обусловило необходимость тщательной очистки больших объемов сточных вод.

На стадии улавливания продуктов из газа образование отходов производства не является неизбежным и зависит от избранных схем улавливания. Так, при улавливании аммиака серной кислотой сульфат аммония оказывается трудно утилизуемым отходом производства, неблагоприятно влияющим на экономику процесса. Выбор окислительных или вакуум-карбонатных методов очистки от сероводорода неизбежно приводит к получению значительных отходов в виде концентрированных растворов нерегенерируемых солей. Наконец, использование открытых схем конечного охлаждения коксового газа является причиной больших выбросов цианистого водорода из градирен.

Стадия переработки химических продуктов может быть безотходной. Образование смолистых отходов и различных видов кислых смолок, а также отработанных кислот является следствием применения устаревших технологических процессов. Применение гидрогенизационных схем и современных физических методов разделения — высокоэффективной ректификации или экстракции — позволяют сделать эту стадию безотходной.

Источником потерь оказываются воздушники и системы хранения низкокипящих продуктов. Через воздушники теряется до 2% бензольных углеводородов. Значительные потери связаны с вентиляционными выбросами. Своеобразен состав отходов (производства углеграфитовых материалов. Главным видом отходов оказывается извлекаемая после каждой операции засыпка из обжиговых печей (0,4— 1,0 т на 1 т изделий), а также углеродные отходы, образующиеся при механической обработке изделий. Опасным отходом' оказывается смола, выделяющаяся при прокалке коксов и обжиге зеленых заготовок, вследствие высокого содержания в ней канцерогенных углеводородов.

 Скачать реферат