Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологические аспекты бережливых производств. Учебно-методическое пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
Г. Ю. Климентова, Т. Н. Качалова
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
БЕРЕЖЛИВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Учебно-методическое пособие
Казань
Издательство КНИТУ
2020
УДК 628.5:574(075)
ББК 51.24:28.081я7
К49
К49
Климентова Г. Ю.
Экологические аспекты бережливых производств : учебно-методическое пособие / Г. Ю. Климентова, Т. Н. Качалова; Минобрнауки
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ,
2020. – 136 с.
ISBN 978-5-7882- 2864-8
ISBN 978-5-7882-2864-8
©
Климентова Г. Ю., Качалова Т. Н., 2020
©
Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2020
УДК 628.5:574(075)
ББК 51.24:28.081я7
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического университета
Рецензенты:
канд. хим. наук, ст. науч. сотр. В. М. Бабаев
канд. техн. наук, доц. М. Н. Котляр
Рассмотрены зоны влияния выбросов объектов химической промышленности на окружающую среду. Представлены мероприятия по защите воздушного
бассейна и природных вод, повышающие экологичность деятельности химических предприятий.
Предназначено для магистров, обучающихся по направлению 18.04.01 «Химическая технология».
Подготовлено на кафедре технологии основного органического и нефтехимического синтеза.
В В Е Д Е Н И Е
Важную роль в работе химических и нефтехимических предприятий играют сфера хозяйственной деятельности по использованию природных ресурсов и разработка мер по их сохранению без нарушения
экологического равновесия окружающей среды – рациональное природопользование.
Деятельность производственных объектов, на которых используют, производят, перерабатывают, хранят или транспортируют пожаро- и взрывоопасные и опасные химические вещества, создает реальную угрозу возникновения аварий. В свою очередь, крупнотоннажные
объекты, например объекты нефтепереработки, можно отнести к критически важным объектам инфраструктуры, нарушение (или прекращение) функционирования которых приводит к необратимому негативному изменению (или разрушению) экономики страны.
В свете ухудшающихся экологических условий правительство
начинает требовать от промышленных предприятий более ответственного отношения к тому воздействию, которое их производство оказывает на окружающую среду. Все большее внимание уделяется сегодня
понятию «экологический след», отражающему потребление человечеством ресурсов биосферы. Экономическое развитие предприятий
должно быть смещено с наращивания производственных мощностей,
сопровождающегося ростом потребления сырья, на более рациональное его использование.
Позитивный эффект в сокращении урона, наносимого окружающей среде, позволяет также избежать дополнительных выплат, взимаемых во многих странах с производств, отличающихся высоким потреблением ресурсов или большими объемами выброса вредных веществ.
Опыт целого ряда российских компаний показывает, что внедрение требований стандартов ИСО 9001, 14001, 18001 значительно облегчает налаживание деловых связей с зарубежными компаниями. Наличие сертифицированных систем качества, экологии, охраны труда
и профессиональной безопасности являются сегодня обязательным
условием международного сотрудничества.
3
1. Х И М И Ч Е С К И Е И Н Е Ф Т Е Х И М И Ч Е С К И Е
П Р О И З В О Д С Т В А К А К И С Т О Ч Н И К И З А Г Р Я З Н Е Н И Я
О К Р У Ж А Ю Щ Е Й С Р Е Д Ы
Источниками техногенной опасности являются (рис. 1.1):
– крупнотоннажные непрерывно действующие установки;
– периодические химико-технологические системы;
– технологическое оборудование со сжиженными опасными химическими веществами емкостного и трубопроводного типов, расположенное на территории предприятий;
– многоассортиментные химико-технологические системы.
Рис. 1.1. Химическое производство как источник опасности
Обеспечение безопасности химических производств должно проводиться с учетом специфики их как источников комбинированных
4
негативных воздействий и комплексной техногенной опасности
(взрыво-, пожаро-, химической, токсической и экологической) с целью
обеспечения следующих видов безопасности: промышленной, экологической, химической.
Источниками выбросов химического производства являются постоянно действующие дымовые трубы, вентиляционные выбросы цехов, установок и аварийные емкости, хранилища, трубопроводы, на которых может производиться разгерметизация или полное разрушение
с выбросом опасного химического вещества.
В окружающей среде выделяют следующие зоны влияния химической промышленности:
1. Воздух (атмосферный воздух).
2. Вода (грунтовые, поверхностные).
3. Земля, почва.
4. Шум, вибрации.
5. Энергетические воздействия:
– электромагнитные;
– радиационные.
На основании указанных зон влияния рассматриваются технологические процессы предприятия с целью уменьшения воздействия
на окружающую среду.
Сырье химической промышленности, связь с охраной окружаю-
щей среды. Сырьевая база химической промышленности дифференци-
руется в зависимости от природных и экономических особенностей отдельных регионов. В одних районах – это уголь, коксовый газ, в других – нефть, сопутствующие нефтяные газы. Сырье для химической
промышленности имеет решающее значение. Его доля в себестоимости
готовой продукции колеблется от 45 до 90 %. Например, затраты сырья
на 1 т капролактама достигают 8 т, ацетилена – 4,5 т, аммиака из кокса –
5,5 т. В промышленности органического синтеза на один и тот же продукт сразу уходит несколько видов сырья. Однако любые избыточные
запасы сырья, имеющиеся на предприятии, – это потери. Хранение таких запасов требует дополнительных площадей, они могут отрицательно влиять на безопасность. Эти запасы могут устареть при изменении спроса на продукцию.
В химической промышленности больше, чем в других отраслях,
используется вода. Например, для производства 1 т химических волокон нужно в 25 раз больше воды, чем для выплавки 1 т чугуна. В целом
нормы расхода воды в химической промышленности колеблются от
5
50 м3 в производстве хлора до 6000 м3 в производстве синтетических
волокон. Все это обусловливает актуальность снижения экологической
нагрузки от производственной деятельности химических предприятий
в проблеме очистки сточных вод. С точки зрения экономической целесообразности необходимо изыскивать способы интенсификации
очистки сточных вод на существующих очистных сооружениях без значительных капитальных затрат.
Химическая промышленность и проблемы охраны окружающей
среды. Химические загрязнения – твердые, газообразные и жидкие ве-
щества, химические элементы и соединения искусственного происхождения, которые поступают в биосферу, нарушая установленные природой процессы круговорота веществ и энергии.
Наиболее распространенными вредными газовыми загрязнителями являются: оксиды серы (SO2, SO3); сероводород (Н2S); сероуглерод (СS2); оксиды азота; аммиак; соединения хлора; соединения фтора;
углеводороды; синтетические поверхностно-активные вещества; оксиды углерода – СО, СО2.
Современный быт, который в значительной степени изменился
благодаря широкому использованию химических продуктов, превратился в опасный источник загрязнения биосферы. Бытовые отходы содержат значительное количество синтетических и искусственных веществ, которые не разлагаются в природе. Сжигание бытовых отходов
часто невозможно из-за того, что окружающая среда загрязняется токсичными продуктами сгорания (сажа, полициклические ароматические
углеводороды, хлорорганические соединения, соляная кислота и т. д.)
и, как следствие, возникают свалки отработанных автопокрышек и пластиковых упаковок. Поэтому остро стоит вопрос создания полимеров,
которые в естественных условиях быстро саморазрушаются и возвращаются к нормальному геохимическому круговороту.
Особую группу составляют производства боевых отравляющих
веществ, лекарств и средств защиты растений, поскольку это синтез
биологически активных веществ. Прежде всего, со значительным
риском связан сам процесс производства, поскольку персонал постоянно работает в атмосфере с повышенной концентрацией этих веществ.
Значительные сложности связаны с хранением и, как теперь выяснилось, с уничтожением боевых отравляющих веществ.
Химические средства защиты растений, или ядохимикаты, предназначенные специально для распыления в биосфере. Общее количество этих ядов трудно назвать, так как постоянно выпускаются новые
6
и прекращается выпуск старых, которые оказались на практике весьма
вредными или к ним уже приспособились те виды вредителей, против
которых они применяются. Но примерно их количество уже превысило
1000 соединений, в основном хлор-, фосфор-, мышьяк- и ртутьорганических.
Углеводороды поступают в атмосферу и при сжигании топлива,
и от нефтеперерабатывающей и газодобывающей промышленностей.
Источники загрязняющих веществ разнообразны, также многочисленны виды отходов и характер их влияния на компоненты биосферы. Биосфера загрязняется твердыми отходами, газовыми выбросами и сточными водами нефтехимических и химических заводов. Массовое применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений привело к появлению ядохимикатов в атмосфере, почве
и природных водах. В процессе эксплуатации химических заводов
также образуются огромные количества твердых отходов, которые
складируются на больших площадях, совершая негативное влияние на
атмосферу, поверхностные и подземные воды, почвенный покров
(пыль, выделение газов и т. п.).
2. З А Г Р Я З Н Е Н И Е А Т М О С Ф Е Р Ы П Р Е Д П Р И Я Т И Я М И
Х И М И Ч Е С К О Й И Н Е Ф Т Е Х И М И Ч Е С К О Й
П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т И
Одной из зон влияния химической и нефтехимической промыш-
ленности на окружающую среду является атмосферный воздух. Загряз-
нение атмосферы сопряжено с рядом обстоятельств:
1) частичная трансформация солнечного излучения при прохождении через атмосферу. Наличие в воздухе примесей газов (метана,
фреонов) проводит к истощению озонового слоя и, как следствие, увеличению заболеваемости раком кожи;
2) из-за высокой скорости движения воздушных масс, загрязняющие вещества могут переноситься на большие расстояния. При этом
происходит накопление их в человеческом организме, так как в течение
суток человек потребляет около 20 м3 (15 кг) воздуха.
Характеристика выбросов в атмосферу производств органиче-
ских веществ. Промышленные производства в зависимости от харак-
терных для них выбросов разделяют на четыре группы:
– производства с условно чистыми технологическими вентиляционными выбросами с содержанием вредных веществ, не превышающими предельно допустимые концентрации в рабочей зоне производственных помещений;
– производства, характеризующиеся неприятно пахнущими выбросами;
– производства, выбрасывающие значительные количества газа,
содержащего нетоксичные или инертные вещества;
– производства, выбрасывающие в атмосферу токсичные и канцерогенные вещества.
В химической и нефтехимической промышленности к производствам первой группы относятся цехи с технологическими печами, работающими на природном газе и малосернистом мазуте, второй – производства азотной кислоты с каталитической очисткой, третьей – цехи
с дробильно-помольным оборудованием, сушильными барабанами,
четвертой – большинство химических и нефтехимических производств
(полиэтилена, фенола, фталевого ангидрида, стирола, метанола, ацетилена и др.).
Источники загрязнений воздуха подразделяются на источники вы-
деления и источники выбросов вредных веществ в атмосферу.
8
Источники выделения вредных веществ – технологические установки,
аппараты, агрегаты, очистные сооружения, сооружения оборотного водоснабжения и т. д., которые в процессе эксплуатации выделяют вредные вещества. Источники выбросов вредных веществ – трубы, вентиляционные шахты, дыхательные клапаны резервуаров, открытые поверхности очистных сооружений, через которые выбрасываются вредные вещества.
Источники выбросов, загрязняющих промышленные площадки
химических и нефтехимических производств, классифицируются
по следующим признакам:
– тип системы, из которой выбрасываются вредные вещества;
– расположение источников в потоке ветра;
– температура выбрасываемой газовоздушной смеси;
– режим работы во времени;
– степень централизации.
В зависимости от типа системы, из которой выбрасываются
вредные вещества, выбросы делятся:
– на технологические, в которых концентрация вредных веществ
высокая (хвостовые технологические, при продувке, из воздушек аппаратов, утечки через неплотности оборудования);
– вентиляционные (выбросы механической и естественной общеобменной вентиляции, характеризующиеся низким содержанием вредных веществ);
– выбросы местной вытяжной вентиляции (по характеристике
выбросы близки к технологическим).
По расположению в потоке ветра источники выбросов разделяют
на высокие (трубы, высота которых в 3,5 раза больше высоты близлежащих зданий) и низкие (эффективная высота выбросов меньше высоты
циркуляционной зоны, возникающей над и за зданием).
Выбросы в зависимости от температуры подразделяют:
– на сильно нагретые (Δt = t
выб.
– t
› 100 °С);
окр.
– нагретые (20 °С ˂ Δt ˂100 °С);
– слабо нагретые (5оС ˂ Δt ˂ 20 °С);
– изотермические (Δt = 0 °С);
– охлажденные (Δt ˂ 0 °С).
К сильно нагретым относятся дымовые газы, газы горячих факелов на предприятиях, высокотемпературных технологических процессов.
9
По режиму работы источников во времени выбросы могут быть:
– постоянными с равномерным валовым выбросом;
– меняющимися по определенному закону;
– периодическими;
– залповыми.
По степени централизации выбросы подразделяют:
– на централизованные, собирающиеся в одну или две трубы;
– децентрализованные, самостоятельные выбросы от каждого технологического агрегата.
Выбросы вредных веществ можно подразделить на организованные и неорганизованные. Организованные выбросы – это выбросы, ко-
торые отводятся от мест выделения системой газоотводов, что позволяет
применять для их улавливания газопылеулавливающие установки.
На нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях основные источники организованных выбросов – дымовые трубы технологических печей, печей сжигания отходов, ТЭЦ, котельных; пароэжекторных установок, регенераторов катализатора, электрофильтров, циклонов, скруберов, абсорберов. Неорганизованные выбросы – это выбросы,
образующиеся на открытых поверхностях очистных сооружений, выделяющиеся через неплотности технологического оборудования.
Вредные примеси, выбрасываемые в атмосферу предприятиями
по производству продуктов из углеводородов нефти и газа, можно разделить на группы:
– твердые частицы;
– кислые компоненты (оксид и диоксид углерода, диоксид серы,
сероводород, оксиды азота);
– углероды и их производные, т. е. органические соединения.
Твердые частицы. Для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности пыль образуется при транспортировке катализаторов и адсорбентов, их регенерации. При проведении процессов
в реакторах с псевдоожиженном слоем катализатора (каталитический
крекинг, дегидрирование бутана) частицы катализатора при многократном использовании уменьшаются в размерах и выносятся с потоком газов. Загрязнение атмосферы твердыми частицами происходит
также при сжигании отходов. Твердые частицы рассеиваются в атмосфере, ухудшают видимость, вызывают порчу строений, наносят
ущерб здоровью людей.
Кислые компоненты. Для примера можно привести характери-
стику выбросов нефтеперерабатывающего предприятия в атмосферу
(табл. 2.1).
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]