Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и

Осадки используют в сельском хозяйстве как удобрение, средство для рекультивации почв, а также как корм для ско­ та; в строительстве дорог как заполнители и связующие мате­ риалы; в химической промышленности для получения техничес­ ких жиров, смазок, продуктов хозяйственно-бытового назначе­ ния и витаминов. Если утилизация осадков невозможна или не­ целесообразна, их захоранивают или сжигают. В результате сжигания получают минеральные соединения, которые подле­ жат захоронению, и газы, которые требуется очищать перед вы­ бросом в атмосферу.

Печи, применяемые для термического обезвреживания осад­ ков сточных вод, по конструкции близки к печам, используе­ мым для сжигания нефтяных шламов.

Многоподовые печи получили большое распространение для

крепятся лопасти для перемешивания осадка. Влажный осадок перемешивается лопастями из топки в топку навстречу выходя­ щим дымовым газам, в результате чего осадок подсушивается. Печи такого типа в комбинации с камерой дополнительного вы­ жигания золы для обезвреживания осадков сточных вод при­ меняют и в Японии (рис. 45).

Недостатки многоподовых печей — наличие вращающихся элементов в зоне высоких температур; большие габаритные раз­ меры и масса установки из-за низких удельных тепловых и ве­ совых нагрузок топочного объема; слабый контакт кислорода воздуха с органической основой осадка; высокие капитальные и эксплуатационные затраты.

В ряде стран для термического обезвреживания осадков сточных вод применяют циклонные, вихревые, распылительные печи, печи с псевдоожиженным слоем (рис. 46—48). Печи с псевдоожиженным слоем имеют ряд преимуществ перед печа­ ми других конструкций — в зоне горения отсутствуют механиче­ ские и вращающиеся устройства, процессы подсушивания и го­ рения отходов совмещены, сжигаются осадки любой влажности с любым содержанием минеральных веществ, процесс сгорания протекает очень быстро, не требуется остановок для чистки ап­ паратов.

3.4. ЗАХОРОНЕНИЕ, ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ И УТИЛИЗАЦИЯ ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

На предприятиях нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности образуется большое количество производственных шламов. Большую часть производственных шламов составляют кубовые остатки и различные некондици-

Рис. 46. Схема установки для сжигания осадков сточных вод в псевдоожижен­ ном слое (фирма «Эсслинген»):

cioiV°5 —Впяч^?и1гп.С грейФеРным захватом; 2 — бункер для осадка; 3 — псевдоожиженный

Рис. 47. Схема установки для сжигания осадков сточных вод в псевдоожи­ женном слое (фирма «Инфилко»):

1 — смеситель; 2 — печь; 3 — горелка; 4 — гидроциклон- 5 — воздуходувка; 6 — насос-пи­ татель; / — осадок; // — вода; /// — газы; I V — шлам

Рис. 48. Схема установки для сжигания осадков на нефтеперерабатывающем заводе:

онные жидкие продукты. Кубовые остатки — продукты, образу­ ющиеся в технологических процессах при выпаривании, экстрак­ ции, ректификации, фильтрации и др. Некондиционные продук­ ты — жидкости, не соответствующие ТУ и ГОСТам, использова­ ние и переработка которых экономически нецелесообразны.

Кроме того, накапливаются различные сыпучие отходы, от­ работанные адсорбенты и катализаторы, заводской мусор, жид­ кие и твердые отходы, затаренные в бочки. Шлам образуется также при нейтрализации химически загрязненных сточных вод (например, производства синтетических жирных кислот) изве­ стковым молоком, аммиаком перед биохимической очисткой. Кальциевый шлам станций нейтрализации содержит 50—55% органических соединений (кальциевые соли различных жирных кислот, спирты, сложные эфиры, углеводороды) и 45—50% ми­ неральных веществ (диоксид кремния, гидроксид кальция и др.).

Скапливание таких отходов на производственных территориях может привести к интенсивному загрязнению почвы, воз­ духа и грунтовых вод. Предотвратить это можно рациональ­ ным складированием и захоронением отходов, обезвреживанием их и использованием для различных полезных целей в народ­ ном хозяйстве. Захоронение необходимо в том случае, если ути­ лизация или ликвидация таких отходов в сложившихся услови­ ях невозможна.

3.4.1. Складирование твердых, жидких и пастообразных отходов

Складирование отходов возможно в поверхностных хранили­ щах, к которым относятся свалки промышленных отходов, хра­ нилища фосфогипса, пиритного огарка, шламонакопители дистиллярной жидкости и др. Отходы, складируемые в поверхно­ стных хранилищах, как правило, не токсичны, однако при не­ правильном хранении они могут стать источником загрязнения почвы и водоемов. Кроме того, наземные хранилища занимают значительные площади.

Основной тип наземных хранилищ на химических и нефтехи­ мических предприятиях — шламонакопители, которые строят поодно- и многокаскадному принципу с созданием плотины, бере­ гов и чаши шламохранилища, снабжают противофильтрационными устройствами из глинистых, битумных и полимерных ма­ териалов.

Сооружение специальных полигонов — наиболее рациональ­ ный метод захоронения производственных шламов. Первый отечественный опыт такого рода есть в Ленинграде. На тщатель­ но выбранной территории площадью 50 га (с учетом грунтовых вод, геологической структуры пород, их влажности и пористос­ ти) сооружен полигон для переработки и захоронения промыш­ ленных отходов, который имеет контрольно-пропускной пункт, лабораторию, участки приема и захоронения различных отходов (гальванических производств, органические жидкие отходы, осо­ бо вредные отходы), приема и сжигания жидких горючих от­ ходов.

Органические жидкие отходы (кубовые остатки ректифика­ ционных колонн, отходы красок и лаков, фенольные воды и др.) и твердые отходы (в основном производств полимерных мате­ риалов) принимают в котлованы глубиной 15 м. После запол­ нения котлована .загущенным материалом до верхней отметки слоя кембрийской глины отходы покрывают слоем глины тол­ щиной 2—2,5 м, поверх которого укладывают растительный грунт, сеют травы и высаживают декоративные деревья и кус­ тарники. После этого поверхность полигона можно использо­ вать для устройства парков, садов, игровых площадок и т. п.

Особо вредные отходы укладывают в котлован в герметич­ ной бетонной и металлической упаковке, в которой они посту­ пают на полигон.

Горючие промышленные отходы поступают в емкости, и пос­ ле отделения воды их направляют для сжигания в горизонталь­ ные цилиндрические печи. Распыляемые форсунками горючие материалы сжигают при активной подаче воздуха, температура в камере сжигания достигает 1300 °С. Конструкция установки обеспечивает высокую степень полноты сжигания.

Для подземного захоронения промышленных жидких и твер­ дых отходов можно использовать уже готовые, отработанные выработки различных рудников и шахт, пройденные, как пра­ вило, в плотных устойчивых породах (глины, гипсы, каменная

соль, глинистые сланцы и т. п.), чтобы избежать разрушающих деформаций под действием внешнего и внутреннего давления. Например, в ФРГ для этой цели используют соляную шахту вместимостью 3,5 млн. м3.

Важное условие подземного захоронения промышленных от­ ходов — недопустимость их проникновения в грунтовые воды в результате диффузии или фильтрации через поры и трещины стенок полостей.

3.4.2. Способы обезвреживания и утилизации кубовых остатков и некондиционных жидких продуктов

Эти способы выбирают на основе классификации этих отходов, так как по количеству и составу они чрезвычайно разнообраз­ ны. Кубовые остатки и некондиционные продукты можно клас­ сифицировать:

по составу — содержащие только органические вещества; содержащие только неорганические вещества; содержащие смесь органических и неорганических веществ;

по физическим свойствам — органические вещества, облада­ ющие высоким давлением паров и температурой кипения ниже

ления или разложения (ниже температуры сгорания органиче­ ских веществ); неорганические вещества с высокой температу­ рой плавления или разложения (выше температуры сгорания органических продуктов).

Способ переработки этих продуктов выбирают также с уче­ том экономичности процесса, возможности дальнейшего их ис­ пользования. Из-за сложности состава и разнообразия этих от­ ходов их нельзя обезвредить полностью механическими или хи­ мическими методами.

Термические методы. Эти методы выбирают с учетом нали­ чия у предприятия необходимых энергоресурсов — пара, топли­ ва, сжатого воздуха, электроэнергии, а, также катализаторов. Они наиболее распространены в СССР и за рубежом.

Широко применяют для этой цели сжигание в печах различ­ ной конструкции. При этом все органические вещества, входя­ щие в состав отходов, полностью сгорают. Образующиеся газы, если это требуется, очищают и сбрасывают в атмосферу, неор­ ганическую часть вывозят в отвал или используют, например, при строительстве дорог.

Твердые отходы производств органических веществ из угле­ водородов нефти и газа утилизировать очень сложно. Сжигание их по сравнению с сжиганием газообразных и жидких отходов наиболее дорогостоящее, большую сложность представляет по­ дача этих отходов в печь, так как большинство из них нельзя перекачивать насосами. Наиболее рационально подавать их не­

посредственно в топку, но при этом трудно обеспечить равно­ мерную подачу. Эти вопросы легче решаются при конструиро­ вании крупных установок, так как усложнение конструкций не­ больших установок приводит к резкому увеличению их стоимо­ сти. В то же время, исходя из современных требований к охра­ не окружающей среды рациональнее строить небольшие уста­ новки для утилизации твердых и жидких отходов, затаренных в бочки.

В настоящее время найдены различные конструктивные ре­ шения подачи отходов в печь. Наибольшие трудности вызывает утилизация отходов, затаренных в бочки и хранящихся в тече­ ние нескольких лет. Содержимое этих бочек, как правило, не­ известно. Для утилизации таких отходов разработаны специаль­ ные установки, работающие периодически и обеспечивающие непрерывное сжигание отходов.

Широко распространено сжигание отходов в колосниковых печа'х, а также в бесколосниковых печах с псевдоожиженным слоем теплоносителя, многоподовых, электрических печах и пе­ чах с вращающимися колосниковыми решетками. Колосниковые

колосниковые печи с неподвижным слоем теплоносителя — про­ мышленного и бытового мусора.

Бесколосниковые печи с псевдоожиженным слоем теплоноси­ теля в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промыш­ ленности используют для переработки твердых, жидких и газо­ образных отходов. Отходы подают непосредственно в слой псев­ доожиженного теплоносителя (обычно песка), создаваемого по­ дачей в печь потока воздуха. Теплоноситель с температурой 760—870 °С разогревает отходы до температуры самовоспла­ менения, а теплота, образующаяся при сгорании органических компонентов, передается теплоносителю.

Тепло выходящих дымовых газов используют для получения водяного пара в котле-утилизаторе. Это значительно улучшает экономические показатели работы установки. Рекуперация теп­ ла является в настоящее время основной энергосберегающей технологией, внедряемой на установках по утилизации отходов производства. Мелкие твердые частицы выносятся с дымовыми газами и отделяются известными методами (например, с по­ мощью влажной очистки), крупные частицы остаются в псевдо­ ожиженном слое теплоносителя (рис. 49).

Печи с вращающимися колосниковыми решетками облада­ ют гибкой конструкцией и поэтому наиболее перспективны. Их используют для сжигания отходов любых типов — жидких, твер­

Рис. 49. Схема установки для сжигания отходов производства в бесколосниковой печи:

топочную камеру второй ступени, что обеспечивает необходимую длительность пребывания отходов в печи. Рабочая температура в камере дожита обычно выше, чем в топочной камере первой ступени, длительность пребывания в камере дожита 1—5 с. Эти универсальные печи обеспечивают с большой эффективностью термодеструкцию большинства сыпучих и жидких отходов, сус­ пензий, отходов, состав которых со временем обычно изменя­ ется. После этого горячие дымовые газы направляют в аппара­ ты охлаждения и очистки, где от них отделяют неорганические примеси, не осевшие в топочных камерах. Очищенные газы по­ ступают в вытяжной вентилятор и сбрасываются через дымо^ вую трубу (рис. 50).

В промышленности применяют три основные модификации печей этого типа: работающие при избытке кислорода, работа­ ющие с образованием шлака и без образования шлака. В топ­ ках печей, работающих с образованием шлака, температура превышает 1315 °С. В топке скапливается расплавленный шлак. Эти печи обычно используют для утилизации отходов, содер­ жащих значительное количество металлов, которые удаляются из печи со шлаком.

Рабочая температура в топках печей, работающих без обра­ зования шлака, ниже и не превышает 1093°С. Эти печи обла­ дают более гибкой конструкцией, пригодны для сжигания за­ водского мусора, затаренных в бочки отходов, сыпучих отхо­ дов и отработанного активного ила очистных сооружений. Если содержимое бочек известно, то их подают непосредственно в топку, однако в большинстве случаев сначала их растаривают.

В зависимости от конструкции топочной камеры отходы в топ­ ку подают как прямотоком, так и противотоком.

Метод высокотемпературной газификации фирмы «Фест­ Альпине» (Австрия) позволяет не только утилизировать про­ мышленные отходы, но и использовать в качестве конечного продукта образующийся низкокалорийный газ с теплотворной способностью в 3165 кДж/нм3 во влажном состоянии, а также применять образующийся шлак в качестве строительного мате­ риала, примеси для асфальтовых дорожных покрытий и добав­ ки при производстве цемента.

Схема промышленной установки высокотемпературной гази­ фикации фирмы «Фест-Альпине» представлена на рис. 51. В га­ зогенератор подают предварительно нагретый воздух и топливо (мазут, отработанное масло, газ из хранилища или угольную пыль). Регулированием температуры воздуха и стехиометричес­ кого соотношения компонентов в топочной камере устанавли­ вается температура порядка 1600 °С, в результате чего шлак вы­ текает в жидком виде через шлаковый спуск в расположенную под ним ванну с водой, где он застывает, образуя мелкозернис­ тую, стекловидную массу. Твердые отходы измельчают ротор­ ными ножницами и загружают в газогенератор через дозатор постоянного действия. Пастообразные отходы загружают шла­ мовым насосом.

В результате этих реакций образуется горючий газ. Он про­ ходит через коксовый слой, где удерживается унесенная пыль. Постоянная подача незначительного количества кокса обеспечи­ вает эффективность коксового слоя, выполняющего роль фильт­

фильтре. Затем ее возвращают в газогенератор. Обеспыленный газ подают в газоочиститель, в котором промывкой технической водой отделяют содержащиеся в газе соляную и фтористую кис­ лоты, а также хлориды тяжелых металлов. Отходящая вода проходит установку подготовки сточных вод, где нейтрализует­ ся. В газоочистителе содержащиеся в газе сернистые примеси (H2S, COS, CS2) воздухом окисляются в элементарную серу, которая является готовым продуктом. На установке генерирует­ ся также тепло, подаваемое по сетям централизованного теп­ лоснабжения.

В г. Свидон (Великобритания) испытаны печи, в стенке ко­ торых тангенциально установлены три напорные горелки для топлива. Сжигаемые шламы поступают в печь снизу только^при достижении в печи температуры 800 °С и движутся в ней по