3.11. Обезвреживание и утилизация отходов фенола

В процессе производства пластмасс, салициловой и пикриновой кислот, ПАВ, присадок к маслам и бензинам и т.п. образуются отходы фенола (С6Н50Н). Фенол получают из каменноугольного дегтя и синтетически. Он является токсичным веществом, при попадании на кожу вызывает ожоги;

предельно допустимая концентрация его в воздухе 5 мг/м³, в сточных водах 1—2 мг/м³. Фенол служит основным сырьем при получении фенолоформальдегидных пластмасс. Отходами производства являются фенольная смола и фенольная вода. Образование фенольной смолы идет на стадии кислотного разложения гидроперекиси изопропилбензола на фенол и ацетон.

Фенольная смола является кубовым остатком после дистилляции продуктов разложения гидроперекиси кумола. При температуре свыше 50°С представляет собой подвижную массу темного цвета. Примерный состав (% по массе): фенол -- 6-17; ацетофенон -- 6-16; сложный фенол -- 22-39; димер альфа-метилостирола -- 20-30; диметилфенилкарбинол — 1-13; тяжелый остаток — 7-28; альфа-метилстирол -- 1-3. Норма образования фенольной смолы -- 130 кг/т фенола. В настоящее время в промышленности известны два основных направления использования фенольной смолы:

в качестве добавки к топочному маслу на сланцеперерабатывающих комбинатах. Топочное масло в данном случае используется как котельное топливо, при этом сжижаются все ценные компоненты, содержащиеся в смоле: фенол, изопропилбензол, альфаметилпиррол, ацетон;

прямое использование фенольной смолы, которое позволяет полностью, без остатка использовать смолу взамен дефицитного сырья — фенола — без дополнительных капитальных вложений. В настоящее время фенольную смолу непосредственно используют в производстве двух марок фенолформаль-дегидных смол N 18 и N 236, идущих на изготовление фе-нопластов. Общая потребность в фенольной смоле по стране составляет 1,5 тыс. т/год.

При производстве фенолформальдегидных смол фенольную смолу предварительно разжижают фенолом, подогревают до 40°С и затем подают в реактор с мешалкой. Обогрев ведется через рубашку аппарата. Согласно рецептуре, которую составляют отдельно для каждой марки фенолформальдегидной смолы, в емкость загружают нужные компоненты и массу все время перемешивают пока идет реакция и во время сушки, которая осуществляется в том же аппарате. По окончании процесса подслойная вода, представляющая собой отход производства,сливается, продукт -- фенолформальдегидную смолу используют для получения пресс-порошков или текстолита.

К числу перспективных разработок по утилизации фенольной смолы относятся термическая деструкция и гидроге-низационный метод. Метод термической деструкции разработан и проведен на опытной установке. В результате процесса термической деструкции в реакторе-разлагателе, где температурный режим обеспечивается теплоносителем, дополнительно образуются фенол, альфа-метилстирол, изопропилбензол. Образовавшийся в процессе последующей ректификации кубовый остаток направляется в рецикл и частично выводится из процесса, предварительно смешиваясь с разбавителем. Разбавленный остаток направляется на сжигание.

Гидрогенизационный метод переработки фенольной смолы разработан Институтом горных ископаемых (ИГИ, Москва) и также проверен на опытной установке. Метод гидриро-вания фенольной смолы на алюмокобальтмолибденовом катализаторе состоит из стадий обессоливания, гидрирования, разделения продуктов гидрирования. Этот метод позволяет превращать все побочные продукты, входящие в состав фенольной смолы, в целевые продукты: ацетофенон-- в этилбензол; диметилфенилкарбинол и димеральфа-метилстирол --в изопропилбензол; сложный фенол -- в фенол и изопропилбензол.

Фенольная вода -- это сточная вода при производстве фенола она содержит, %: фенола — 6--7, ацетона -- до 0,5, фенолятов — до 5. Норма образования фенольных сточных вод на предприятиях составляет 200--300 кг на 1 т полученного фенола.

На предприятиях извлекают фенол из сточных вод, для чего используется преимущественно экстракционный метод, включающий следующие основные стадии: серно-кислотное разложение щелочных фенольных стоков, экстракцию фенола диизопропиловым эфиром или углеводородной фракцией, очистку остаточного экстрагента из обесфеноленных вод и регенерацию отработанного экстрагента. Экстракция диизопропиловым эфиром обеспечивает очистку сточных вод от фенола на 99,9 % (остаточное содержание фенола в очищенной воде 150-200 мг/л).

При экстракции углеводородной фракции остаточное содержание фенола в очищенных стоках достигает 2000 мг/л. Экстракционный способ очистки сточных вод от фенола позволяет вернуть в производство от 0,5 до 3 тыс. т фенола в год, в зависимости от применяемого экстрагента и мощности производства.

 3.12. Утилизация тепловых отходов

Одними из массовых видов ПО являются тепловые выбросы в атмосферу и воду из промышленных печей, теплоэнергетических установок, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, систем охлаждения и пр. Тепловые выбросы бывают жидкие и газообразные. С одной стороны, они являются огромным источником вторичных энергоресурсов, с другой стороны, отрицательно влияют на атмосферные процессы и климат регионов, изменяют биоценоз в водоемах и т.д.

В топках котлов ТЭЦ, домнах, промышленных печах и пр. ежедневно сжигаются сотни тысяч тонн твердого и жидкого топлива, миллионы кубических метров природного и вторичного газа. Современная техника еще не достигла такого уровня, чтобы с экономической выгодой использовать тепло от крупных источников теплового загрязнения атмосферы. Однако вполне возможно уже сейчас использовать вторичные

энергетические ресурсы, скрытые в газах, отходящих от отопительных систем, систем вентиляции, охлаждения и кондиционирования, сбрасываемых водой ТЭЦ, канализационных стоков и т.д.

Международной корпорацией по научным исследованиям и технологии собран материал об объеме остаточных продуктов производства в мире по состоянию на 1970 г. и дан прогноз на 2000 г. Согласно этому, общий объем сбрасываемой воды, повышающей температуру окружающей среды примерно на 10°С в 1970 г. составлял 1600 млрд. м³, а к 2000 г. он достигнет 5800 млрд. м³.

Теплоутилизационные установки, предназначенные для восприятия тепловой энергии из тепловых выбросов, можно разделить на два вида: тепловые насосы, обеспечивающие увеличение потенциала рабочего вещества, и теплоутилизато-ры -- теплообменники непосредственного действия. Теплоути-лизаторы-теплообменники могут использоваться только в том случае, если потенциал тепловых выбросов выше потенциала той среды, которой передается тепловая энергия. Существуют различные классификации теплоутилизаторов-теплообменни-ков. По наиболее распространенной они подразделяются на следующие три группы:

теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем;

регенеративные теплоутилизаторы;

воздуховоздушные (воздухожидкостные) рекуперативные теплоутилизаторы.

При всем многообразии конструктивных решений утилизаторов тепла вторичных энергоресурсов в каждом из них имеются следующие элементы: среда — источник тепловой энергии; среда — потребитель тепловой энергии; теплоприем-ник — теплообменник, воспринимающий тепло от источника; теплопередатчик-теплообменник, передающий тепловую энергию потребителю; рабочее вещество, транспортирующее тепловую энергию от источника к потребителю. В регенеративных и воздуховоздушных (воздухожидкостных) рекуперативных теплоутилизаторах рабочим веществом являются сами теплообменивающиеся среды.

Теплоутилизационные методы и установки подробно описаны в специальной литературе, поэтому ниже кратко упоминаются основные из них.

Тепловые насосы являются преобразователями тепловой энергии, в которых обеспечивается повышение ее потенциала (температуры). Они бывают трех видов: компрессионные, сорбционные и термоэлектрические.

Принцип работы компрессионных тепловых насосов основан на последовательном осуществлении процессов расширения и сжатия рабочего вещества. Тепловые насосы этого вида подразделяют на воздушно-компрессионные и парокомпрессионные.

Принцип работы сорбционных тепловых насосов основан на последовательном осуществлении термохимических процессов поглощения (сорбции) рабочего агента соответствующим сорбентом (отдача тепла), а затем выделения (десорбции) рабочего агента из сорбента (поглощение тепла). Сорбционные установки делят на абсорбционные (объемное поглощение) и адсорбционные (поверхностное поглощение).

Термоэлектрические тепловые насосы основаны на эффекте Пелетье, связанном с выделением и поглощением тепла в спаях материалов при прохождении через них электрического тока. Выполненная Техническим международным комитетом по тепловым насосам экспертная оценка перспектив развития теплонасосной техники показала, что основным типом намечаемых к внедрению теплонасосных систем являются компрессионные.

В компрессионном тепловом насосе компрессор засасывает из испарителя пары рабочего вещества, сжимает их и подает в конденсатор. Процесс сжатия в компрессоре сопровождается увеличением температуры и давления паров. В конденсаторе происходит конденсация паров рабочего вещества и выделение теплоты конденсации, которая должна быть отведена. Из конденсатора рабочее вещество, находящееся в жидком состоянии, поступает через регулирующий вентиль, уменьшающий давление, в испаритель, где происходит испарение жидкости. Тепловые насосы могут использовать в качестве источника тепловой энергии воду или воздух и передавать теплоту воде (водо-водяные или воздухо-водяные) либо воздуху (воздушные или воздухо-воздушные). В системах отопления и вентиляции широко применяют воздухо-воздушные тепловые насосы.

В качестве источника тепловой энергии возможно использование вытяжного воздуха, отработанной воды системы горячего водоснабжения, промышленных и бытовых сточных вод и т.п.

Установки с промежуточным теплоносителем — наиболее широко распространенный вид теплоутилизаторов в системах преобразования тепловой энергии. Их применяют в системах с непосредственной передачей тепла, с тепловыми насосами и многих других.

В зависимости от вида используемого теплообменника теплоутилизаторы могут быть рекуперативного или контактного типа. Возможны варианты, когда в одном канале теплоноситель непосредственно контактирует с теплообменивающейся средой, а в другом -- используется рекуператорный теплообменник.

Теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем могут работать в области однофазной жидкости, а также в области влажного пара. В качестве однофазной жидкости обычно применяют воду либо другие жидкости, не замерзающие в рабочем диапазоне температур. В качестве жидкостей, обеспечивающих работу теплоутилизаторов в области влажного пара, используют хладоны, водяной пар, аммиак, а также растворы (водоаммиачные, бромистолитиевые и т.д.).

Широкое применение в установках утилизации тепла удаляемого воздуха получили регенеративные аппараты вращающегося и переключающегося типов, в которых передача тепла осуществляется аккумулирующей массой, находящейся последовательно в потоках теплого и холодного воздуха.

Вращающиеся регенераторы состоят из аккумулирующей массы насадки, электродвигателя с редуктором, приводящим во вращение насадку, и продувочной камеры. Насадка может быть образована пластинами разной конфигурации, сетками, шариками, стружкой и т.д.

Продувочная камера предназначена для очистки поверхности насадки при переходе ее из удаляемого воздуха в приточный. Вращающиеся регенераторы бывают несорбирующие и сорбирующие. В сорбирующих регенераторах аккумулирующая масса из капиллярнопористого материала (асбестокартона, технического капрона и т.п.) пропитана сорбентом (хлористым литием, бромистым литием и т.д.), обеспечивающим поглощение влаги из удаляемого воздуха и передачу ее в процессе десорбции приточному воздуху.

В переключающихся регенераторах насадка неподвижна и последовательно омывается теплым и холодным воздухом.

Одним из перспективных направлений использования вторичных энергоресурсов в городском хозяйстве является использование тепла бытовых и промышленных сточных вод, сбрасываемых тепловых вод ТЭЦ для плавления снега. В Москве оборудовано несколько крупных снегоприемных пунктов на канализационных коллекторах, обслуживающих крупные транспортные магистрали города. Убранный снег автосамосвалами доставляется на эти пункты и сбрасывается через решетки в коллектор. Сточная вода, содержание в которой про-мстоков составляет 40 %, имеет температуру +15°С, что обеспечивает надежное и эффективное плавление снега. Очистка талых вод осуществляется на станциях аэрации.