Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленная экология. Учебное пособие
.pdf
Синтезированный в 1835 году хлористый винил в настоящее
CH CH + HCl
CH2CHCl ;
CH2Cl CH2Cl
CH2CHCl + HCl ;
CH2CH2 + 0,5O2 + HCl
CH2Cl CH2Cl + H2O.
время получается согласно трем реакциям:
- гидрохлорированием ацетилена:
- дегидрохлорированием трихлорэтана:
- окислительным гидрохлорированием этилена:
Гидрохлорирование ацетилена – процесс каталитический, причем используется исключительно токсичная сулема, что уже свидетельствует о неэкологичном производстве. В контактном способе в
продукте, выходящем из реактора, на 93 % хлористого винила приходится 5 % хлористого водорода, 0,5 % ацетилена, 0,3 % нессиметричного дихлорэтана и 0,3 % ацетальдегида. Для получения 1 т хлористого винила расходуется 0,45 т ацетилена, 0,63 т хлористого водорода и
0,2-0,5 кг сулемы.
Нельзя отнести к малоотходным и производство хлористого винила путем дегидрирования дихлорэтана 42 % щелочью (NaOH).
Выход продукта составляет 80 % от загруженного дихлорэтана. На 1 т
хлористого винила расходуется 0,82 т твердой щелочи, а поскольку
процесс ведется в спиртовом растворе, то расход спирта (этанола или
метанола) составляет 92 кг.
В мировой практике распространен метод пиролитического
(480-500ºC) дегидрирования дихлорэтана, который позволяет получить 97-98 % хлористого винила от теоретически возможного. Способ
не требует затрат на вспомогательные материалы и реагенты, а количество отходов, соответственно, снижается.
С целью снижения отходов, а именно к ним следует отнести образующийся хлористый водород, производства хлористого винила из
дихлорэтана и окислительного гидрохлорирования совмещали. Таким
образом, хлористый водород, выделяющийся в процессе дегидрирования дихлорэтана, далее использовался для гидрохлорирования ацетилена.
Более совершенной (с меньшим количеством образования отходов) может служить так называемая сбалансированная схема с использованием хлористого водорода для синтеза дихлорэтана.
111
В процессе протекают реакции, результатом которых является
CH2CH2 + Cl
2
CH2Cl CH2Cl
.
образование единственного продукта – винилхлорида. Часть дихлорэтана в этом производстве получают прямым хлорированием этилена в
жидкой фазе:
.
Другую часть получают по реакции окислительного хлорирования. Для этого образующийся хлористый водород в результате крекинга дихлорэтана смешивают с кислородом и этиленом. Окислительное гидрохлорирование протекает в присутствии катализаторов, содержащих хлорид меди на носителе. Катализатор может находится в
стационарном или псевдоожиженном состоянии.
По схеме фирмы «Монсайто» (рис. 35) смесь этилена (поток I) с
хлором (II) и газами рецикла (III) вводят в реактор прямого хлорирования 1. Хлорирование этилена осуществляют в жидком дихлорэтане.
Продукт на выходе из реактора промывают раствором щелочи (IV) в
колонне 2 для удаления непрореагировавшего хлора. Не прореагировавший этилен (V) отводится в верхней части колонны. Промывную
жидкость сбрасывают в стоки (VI).
Рис. 35. Технологическая схема синтеза хлористого винила
112
В реакторе 3 протекает оксихлорирование этилена (VII) смесью
хлористого водорода с кислородом или воздухом (VIII). При этом используют хлористый водород (IX), выделившийся в процессе крекинга
дихлорэтана. В случае необходимости в реактор добавляют свежий
хлористый водород (X). Газообразную смесь на выходе из реактора
оксихлорирования конденсируют и подают в сепаратор.
Жидкий продукт промывают в колонне 4 раствором щелочи (XI)
для нейтрализации слабого раствора соляной кислоты, которая образуется при растворении хлористого водорода в водном конденсате.
Промывную жидкость (XII) отводят в стоки, а несконденсировавшийся газ (III) направляют в реактор прямого хлорирования.
Далее дихлорэтан-сырец, полученный хлорированием и оксихлорированием этилена, объединяют и подают на очистку. В ректификационных колоннах 5 и 6 из дихлорэтана-сырца последовательно выделяют легкокипящие примеси (XIII) и тяжелые хлорсодержащие побочные продукты (XIV). Очищенный дихлорэтан (XV) подвергают
химическому крекингу в печи 7. Промывную жидкость (XII) отводят в
стоки, а несконденсировавшийся газ (III) направляют в реактор прямого хлорирования.
Далее дихлорэтан-сырец полученный хлорированием и оксихлорированием этилена, объединяют и подают на очистку. В ректификационных колоннах 5 и 6 из дихлорэтана-сырца последовательно выделяют легкокипящие примеси (XIII) и тяжелые хлорсодержащие побочные продукты (XIV). Очищенный дихлорэтан (XV) подвергают
химическому крекингу в печи 7.
Продукт крекинга дихлорэтана закаливают в колонне 8, после чего вводят в колонну 9, где отгоняют сухой хлористый водород. Выделенный хлористый водород (IX) рециркулирует в реактор оксихлорирования, либо его отводят в виде побочного продукта (XVI). Кубовый ос-
таток отпарной колонны 9 подают на ректификацию. В виде дистиллята
из колонны 10 отбирают товарный винилхлорид (XVII), а кубовую
жидкость (XVIII), содержащую непрореагировавший дихлорэтан, возвращают в систему очистки для удаления тяжелых примесей.
Описанный процесс характеризуется высоким выходом целевого
продукта, отсутствием коррозии температуры, низкой стоимостью катализатора, образованием небольшого количества сточных вод и медленным накоплением кокса. При использовании в качестве окислителя
при оксихлорировании кислорода вместо воздуха значительно снижаются газовые выбросы (примерно в сто раз). Обезвреживание отходов
113
хлорорганических продуктов методом сжигания (терморазложение)
наиболее радикально.
Один из процессов, отнесенных к технологии производства винилхлорида, связан с переработкой хлорорганических отходов в струе
низкотемпературной плазмы. Этот способ позволяет использовать
вторичные материальные ресурсы. Исследования, проведенные с отходами ди- и трихлорэтана, хлористого этила, третбутилхлорида, трихлоризобутилена и другими в струе смеси водорода и метана, дали
смесь хлористого водорода с ацетиленом, которая может быть использована в производстве винилхлорида.
Создание малоотходных технологий путем внедрения
нового оборудования
В плазмохимических установках для получения высоких температур и действия этой энергии на обрабатываемое сырье используют
высокотемпературную струю. Перспективным процессом для достижения высоких температур могут быть использованные и газовые разряды с жидкими электродами.
В большинстве случаев в плазмохимических установках используют дуговой разряд. На рис. 36 представлен плазмоагрегат, являющийся основным аппаратом в принципиальной схеме (рис. 37).
Основными деталями плазмотрона, в котором плазмообразующий
газ (водород) нагревается до температур 3800-4500 K, являются катод со
стержневой вольфрамовой вставкой и медный водоохлаждаемый анод.
Реактор плазмохимического пиролиза представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с узлами ввода плазменной струи
и сырья, реакционного канала и закалочного устройства.
Для увеличения массо- и теплообмена между перемешивающими потоками сырья и плазмы сырье подается через пневматическую
форсунку. В качестве раскаливающего газа используется водород;
смесь плазмы и сырья после узла смешения поступает в реакционный
канал, где происходит высокотемпературный гидропиролиз углеводородов с получением олефиновых углеводородов (этилен, ацетилен,
пропилен, бутилен), а также деструкция и гидрирование органических
соединений с получением сероводорода. Газы пиролиза после реакционного канала подвергаются резкому охлаждению (закалке) в закалочном устройстве с целью сохранения олефиновых углеводородов и
снижения образования сажи.
114
Рис. 36. Плазмотрон
Блок-схема плазмохимической переработки мазута состоит из
ряда технологических процессов, отраженных на рис. 37.
В большинстве случаев в плазмохимических установках используют дуговой разряд.
Качество и свойства плазмы зависят, как от типа газа, так и от
частоты источника возбуждения (переменного или постоянного тока).
Свойства плазмы регулируются за счет подбора параметров процесса
(типа газа, длительности обработки, давления, мощности, частоты),
что впоследствии определяет области применения.
115
Рис. 37. Блок-схема пиролиза в водородной плазме: 1 – пиролиз
в водородной плазме; 2 – выделение технического углерода;
3 – выделение сероводорода путем моноэтаноламинной абсорбции
и получение серы по методу Клауса; 4 – выделение ацетилена;
5 – выделение этилена, пропилена, бутилена; 6 – каталитический
синтез моторного топлива; 7 – ректификация разделения бензиновой
фракции; ВСГ – водородосодержащий газ; ДТ – дизельное топливо
Плазменные технологии в настоящее время широко используются для очистки и модификации различных поверхностей; изменяя
только поверхностные свойства, они не затрагивают структуру материала.
Плазменная обработка, как правило, приводит к увеличению
свободной энергии поверхности материала, что, в свою очередь, способствует улучшению смачиваемости и адгезии этой поверхности.
Плазменные технологии применяются в тех случаях, если необходимо соединить различные материалы или целенаправленно изменить их поверхностные свойства. Могут обрабатываться как чистые
материалы, так и комбинированные. В настоящее время плазма широко применяется для обработки следующих материалов:
- полимеры и пластики;
- керамические покрытия;
- металлы;
- текстиль.
Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что одним из
перспективных путей решения экологических проблем является применение плазмохимических методов для интенсификации производственных процессов с целью снижения потребления химических препаратов. Также плазменные технологии применяются и для очистки
производственных и сточных вод, водоподготовки, обеззараживания
твердых и жидких токсичных отходов [10].
116
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Бородин, Ю.В. Промышленная экология: учебное пособие /
Ю.В. Бородин, М.Э. Гусельников. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 120 с.
2. Калыгин, В.Т. Промышленная экология: курс лекций /
В.Т. Калыгин. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2000. – 240 с.
3. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды
Республики Татарстан в 2016 году». – Казань: Заман, 2017. – 516 с.
3. Зайцев, В.А. Промышленная экология: учебное пособие /
В. А. Зайцев. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 382 с.
4. Василенко, Л.В. Методы очистки промышленных сточных
вод: учебное пособие / Л.В. Василенко, А.Ф. Никифоров, Т.В. Лобухина. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. лесотехн. ун-та, 2009. – 174 с.
5. Очистка сточных вод / М. Хенце [и др.] – М.: Мир, 2008. –
471 с.
6. Бобович, Б.Б. Управление отходами: учебное пособие /
Б.Б. Бобович. – М.: Инфра-М; Форум, 2013. – 88 с.
7. Рагозина, Н.М. Переработка и утилизация дисперсных мате-
риалов и твердых отходов: учебное пособие / Н.М. Рагозина, Д.А. Макаренков, Г.В. Четвертаков. – М.: Альфа-М, 2014. – 305 с.
8. Прокофьева, Н. Г. Разработка природоохранной пиролизной
технологии утилизации углеводородосодержащих отходов с получением вторичных полезных продуктов / Н. Г. Прокофьева. – Тюмень:
Изд-во ТюмГНГУ, 2013. – 144 с.
9. Фридланд, С. В. Промышленная экология: принципы создания
малоотходных производств: учебное пособие / С.В. Фридланд,
Л.Б. Кашеварова. – Казань: Изд-во КГТУ, 2004. – 84 с.
10. Гриневич, В.И. Неравновесные плазмохимические процессы
в защите окружающей среды: дис... д-ра хим. наук / Гриневич В.И. –
Иваново, 2002. – 269 с.
117
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ В КУРС ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ........................................................................... 3
ПРОБЛЕМА КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЫРЬЯ
И ОТХОДОВ ............................................................................................... 8
ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ. ХАРАКТЕРИСТИКА
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ АТМОСФЕРЫ .................................... 11
Классификация источников выбросов загрязняющих веществ ........... 13
НОРМИРОВАНИЕ ПРИМЕСЕЙ В АТМОСФЕРЕ ............................... 17
Очистка выбросов в атмосферу ............................................................... 20
Механические методы очистки ............................................................... 20
Фильтры. Фильтрационные аппараты пылеулавливания. Общая
характеристика, достоинства и недостатки ............................................ 21
Виды мокрых пылеуловителей, их недостатки. Скрубберы ................ 25
Физико-химические методы газоочистки .............................................. 28
Рассеивание вредных веществ отведением выбросов на большую
высоту и организацией санитарно-защитных зон ................................. 29
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГИДРОСФЕРЫ ............................................................. 32
ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ........................................................... 37
Классификации промышленных сточных вод ....................................... 39
Методы очистки сточных вод ................................................................. 41
Механические методы очистки сточных вод ......................................... 42
Физико-химические методы очистки сточных вод ............................... 47
Биологическая очистка сточных вод ...................................................... 65
Водоподготовка ........................................................................................ 74
УМЕНЬШЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТХОДАМИ ОКРУЖАЮЩЕЙ
ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ............................................................................. 77
Управление отходами. Механизмы управления отходами ................... 80
Обращение с отходами ............................................................................. 81
Полигоны для твердых отходов .............................................................. 84
Хранение и нейтрализация токсичных промышленных отходов ........ 86
Переработка твердых отходов на компост ............................................. 87
118
ПЕРЕРАБОТКА НЕКОТОРЫХ ВИДОВ СОРТИРУЕМЫХ
ОТХОДОВ ................................................................................................. 89
Переработка полимерных отходов.......................................................... 89
Утилизация стеклоотходов ...................................................................... 89
Утилизация металлов и сплавов .............................................................. 90
Утилизация неорганических отходов промышленности ...................... 92
Утилизация нефтешламов ........................................................................ 93
ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ МАЛООТХОДНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИ
БЕЗОПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ПРИМЕРЕ ПРОИЗВОДСТВ
ВАЖНЕЙШИХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ ................................... 95
Синтез метанола ..................................................................................... 100
Производство этилбензола .................................................................... 102
Производство окиси олефинов .............................................................. 104
Производство лактамов .......................................................................... 107
Производство винилхлорида ................................................................. 110
Создание малоотходных технологий путем внедрения нового
оборудования .......................................................................................... 114
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ..................................................................... 117
119
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Подписано в печать 28.12.2017
Формат 60×84 1/16
Бумага офсетная
Печать ризографическая
6,97 усл. печ. л.
7,5 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз.
Заказ
Издательство Казанского национального исследовательского
технологического университета
Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального
исследовательского технологического университета
420015, Казань, К. Маркса, 68
Ольга Андреевна Гальблауб
Ильдар Гильманович Шайхиев
Сергей Владимирович Фридланд
ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
Редактор Е. И. Шевченко
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]