Общие принципы создания безотходных технологий

На современной стадии развития промышленности невозможно идти по пути сохранения технологии неизменной и решения экологических проблем только за счет простого увеличения объемов очистных сооружений, строительства новых хвосто-хранилищ. Такое увеличение затрат на очистку без изменения технологии означает значительное ухудшение использования природных ресурсов, увеличение эксплуатационных и капитальных затрат.

На современном этапе надо иначе организовывать производство, создавать новые процессы и эксплуатировать действующие предприятия в оптимальных режимах, обладающих высокой степенью инженерно-эколого-экономического совершенства. Главной задачей становится создание безотходных или малоотходных технологий, отличающихся образованием малого количества отходов и выбросов вследствие совершенства и особенностей самого процесса.

Рассмотрим основные критерии совершенства технологических процессов.

Инженерные критерии

1. Доступность сырья. По этому показателю, например, производство формованного кокса обладает преимуществами перед слоевым коксованием, а газификация - перед гидрогенизацией.

2. Малая зависимость технологического процесса от качества сырья. Так, преимуществом газификации по методу Копперс - Тотцек является возможность газифицировать практически любое сырье, включая твердое и жидкое топливо, при неизменном качестве продукции - генераторного газа, тогда как при слоевой газификации небольшие отклонения в свойствах угля могут нарушить технологический процесс.

3. Получение ограниченного ассортимента продукции стабильного качества. Это обстоятельство важно потому, что в этом случае проще отладить технологический процесс и управление качеством продукции, четко формулируется система оптимального управления производством.

4. Возможность создания установок большой единичной мощности. Это требование особенно важно при создании новых производств с малым числом параллельных линий, которые должны обслуживаться ограниченным по численности персоналом. Так, сложно увеличить единичную мощность нафталинового пресса, но практически нет ограничений для увеличения единичной мощности установки ректификационного получения нафталина. Малая объемная производительность катализаторов углеводородного синтеза по Фишеру - Тропшу ограничивает на современной стадии увеличение единичных мощностей этих производств, тогда как нет принципиальных ограничений единичной мощности цехов синтеза метанола.

5. Простота управления и регулирования и возможность - автоматизированного управления технологическим процессом. Чем совершеннее инженерное решение, тем легче управлять процессом, тем более гибко регулирование, тем легче получить продукцию заданного качества. Именно поэтому трубчатые печи - несравненно более совершенные агрегаты, чем инерционные и трудно управляемые перегонные кубы.

6. Надежность и безаварийность эксплуатации. Каким бы совершенным ни был агрегат, как легко бы он ни управлялся, но если из-за недостаточной надежности неизбежны частые остановки и переналадки, то все эти достоинства потеряют свое значение. К тому же частые внеплановые ремонты связаны с большими затратами ручного труда и делают эксплуатацию установок особенно тяжелой.

7. Высокий выход целевых продуктов и высокая селективность. Чем выше селективность, тем меньше затраты на разделение, проще управление технологическим узлом и легче получить продукты высокого качества. По этому критерию получение водяного газа при газификации и приготовление на его основе метанола - гораздо более совершенный процесс, чем гидрогенизация угля или полукоксование.

8. Коррозионная безопасность - необходимое условие надежности и безаварийности технологии.

9. Высокий уровень механизации основных и вспомогательных операций является важнейшим условием современной технологии, в особенности при больших единичных мощностях производства.

10. Простота ремонтов, запуска и остановки приобретает особое значение при создании любых технологических процессов. Установка должна быть снабжена всем необходимым для быстрого запуска и вывода ее на оптимальный режим, она должна стабильно работать и на переходных режимах. Самый совершенный процесс будет бесперспективным, если отступления от оптимального режима глубоко и надолго нарушают технологию. Наименее устойчивые узлы должны быть доступными для ремонта, и должны существовать условия, необходимые для проведения поузлового ремонта.

11.Наличие резервов интенсификации. Любой процесс не может быть абсолютно совершенным. В ходе эксплуатации появляются предложения, улучшающие процесс. Использование опыта смежных отраслей и новые разработки открывают путь к значительному улучшению процесса при реконструкции и техническом перевооружении производства. Поэтому и технология, и конструкция аппаратов, и их компоновка должны быть рассчитаны с учетом возможных изменений. Избыточная специализация может исключить возможность улучшения установки, делает ее моральное и физическое старение необратимым.

12.Возможность утилизации вторичных энергоресурсов позволяет значительно улучшить параметры технологического процесса и сократить его энергоемкость.

13.Малооперационность. При прочих равных условиях преимущества малостадийного процесса очевидны: резко увеличивается надежность, упрощается управление процессом.

14.Привлекательность для обслуживающего персонала. Этот критерий оказывает решающее влияние на возможность комплектации персонала установки, стабильность коллектива и, следовательно, на качество эксплуатации агрегата.

Экологические критерии

1. Ограниченный ущерб природным ресурсам при получении исходного сырья, полупродуктов и при изготовлении оборудования.

2. Ограниченное количество или отсутствие твердых отходов.

3. Возможность квалифицированного использования твердых отходов.

4. Отсутствие больших количеств трудно рекуперируемых жидких или газообразных отходов.

5. Возможность замыкания в технологических циклах жидкостных и газовых потоков.

6. Ограниченное потребление воды и энергии и использование вторичных энергоресурсов и водных ресурсов. Применение воздушного охлаждения позволяет принципиально сократить потребление предприятием остродефицитной воды. Возвращение конденсата пара в производство дает возможность значительно сократить объем стоков и одновременно ограничить потребление свежей воды и затраты материалов и энергии в отделении подготовки воды тепловых электростанций.

7. Высокая селективность процессов и отсутствие трудноразделимых многокомпонентных продуктов реакции. Если это требование не соблюдается и в результате образуются сложные смеси, то возрастает вероятность того, что ряд компонентов или технологических продуктов не найдет применения и окажется в числе неутилизируемых отходов. Именно это тормозит развитие процессов полукоксования и его варианта - энерготехнологической переработки топлив.

8. Возможность комплексной переработки сырья предполагает также организацию переработки, в результате которой в едином технологическом процессе будет получен набор продуктов, находящих квалифицированное применение. Примерами такого процесса являются современное высокотемпературное коксование углей и переработка нефти.

9. Возможность комбинирования технологических процессов является показателем рационального использования сырьевых и энергетических ресурсов. Сочетание в одном аппарате процессов прокаливания и сухого тушения пекового кокса позволяет не только улучшить качество продукта, но и в масштабе народного хозяйства сэкономить значительные материальные и энергетические ресурсы. В этом случае потребителю пекового кокса не нужно строить специальную установку для прокаливания кокса.

Кроме того, на такой специальной установке пришлось бы нагревать до 1300-1400°С ранее охлажденный кокс, тогда как на комбинированной установке раскаленный кокс следует нагревать до этой температуры, начиная от 1100-1200 °С. При этом экономится большое количество тепла.

10.Надежность и безаварийность в работе. При частых внеплановых остановках возможны залповые выбросы больших количеств токсичных веществ, концентрация которых намного превышает допустимые. Поэтому установка должна быть надежной в работе. Она должна быть «оборудована резервными емкостями и системами, достаточными для принятия любого аварийного выброса.

11.Наличие резервов интенсификации. Опыт эксплуатации многих предприятий в любых отраслях показывает, что уровень их экологического совершенства может быть заметно повышен при реконструкциях и оптимизации процессов. Эта возможность отсутствует на производствах с негибкими технологическими и компоновочными решениями.

12.Малооперационность, как правило, сокращает количество и ассортимент выбросов и отходов производства.

13.Высокое качество и отсутствие токсичности сырья создают нормальные условия работы обслуживающего персонала и позволяют отказаться от использования дополнительных ресурсов на защиту персонала от вредного воздействия сырья. Так, использование неканцерогенного и более лабильного нефтяного пека в электродной и алюминиевой промышленности