Федора Максимовича Черномурова отличали глубокая преданность нау ке, творческая энергия, завидная работоспособность. Он был крупным специа листом в области теплофизики и металлургической теплотехники. Особый вклад внес в решение
 Скачать 4.01 Mb.
|
|
8.3. Вторичные материальные ресурсы Рассмотрим основные понятия, которые потребуется использовать при рассмотрении вопросов создания безотходных производств. Отходы производства – остатки сырья, материалов и полупродуктов, об- разующиеся при получении заданной продукции, которые частично или полно- стью утратили свои качества и не соответствуют стандартам (техническим ус- ловиям). Эти остатки после соответствующей обработки могут быть использо- ваны в сфере производства или потребления. Отходы потребления – это непригодные для дальнейшего использования (по прямому назначению) изделия производственно-технического и бытового назначения (например, изношенные изделия из пластмасс и резины, вышедший из строя шамотный кирпич теплоизоляции печей и др.). Побочные продукты образуются при физико-химической переработке сырья наряду с основными продуктами производства, но не являются целью производственного процесса. Они в большинстве случаев бывают товарными, на них имеются ГОСТ, ТУ и утвержденные цены, их выпуск планируется. Чаще всего это содержащиеся в сырье компоненты, не используемые в данном про- изводстве, или продукты, которые получаются при добыче или обогащении ос- новного сырья; их принято называть попутными продуктами (например, попут- ный газ при добыче нефти). Вторичные материальные ресурсы (ВМР) – совокупность отходов произ- водства и потребления, которые могут быть использованы в качестве основного или вспомогательного материала для выпуска целевой продукции. 118 8.4. Открытые и замкнутые схемы химического производства Между производством и окружающей средой до сих пор доминирует от- крытый тип связи. Производственный процесс начинается с использования природных ресурсов и завершается превращением их в средства производства, предметы потребления. За процессом производства следует процесс потребле- ния, после чего использованные продукты выбрасываются. Таким образом, от- крытая система базируется на принципе одноразового использования исходно- го материала природы. Каждый раз производство начинается с использования некоторых новых природных ресурсов, и каждый раз потребление заканчивает- ся выбросами отходов в окружающую среду. Как было показано выше, весьма небольшая часть природных ресурсов превращается в целевые продукты, большая часть их попадает в отходы. Биосфера функционирует по принципу встроенности систем: каждая форма конструируется за счет деструкции других форм, составляя звено всеоб- щего кругооборота вещества в природе. Производственная деятельность вплоть до самого последнего времени строилась по другому принципу – максимальной эксплуатации природных ресурсов и игнорирования проблемы деструкции от- ходов производства и потребления. Этот путь был возможен лишь до тех пор, пока масштабы отходов не превышали границ способности экологических сис- тем к самовосстановлению. Таким образом, назрела необходимость перехода к принципиально новой форме связи между производством и окружающей средой – к замкнутым сис- темам производства, предполагающим возможно большую встроенность про- изводственных процессов во всеобщий круговорот вещества в природе. При замкнутой системе производство строится, опираясь на следующие фундаментальные принципы: 1) возможно более полное использование исходного природного вещества; 2) возможно более полное использование отходов производства и по- требления (регенерация отходов и превращение их в исходное сырье для после- дующих ступеней производства); 119 3) создание конечных продуктов производства с такими свойствами, чтобы используемые отходы производства и потребления могли быть ассими- лированы экологическими системами. Сложившееся сегодня положение в области ресурсопотребления и мас- штабы промышленных выбросов позволяют сделать вывод о том, что имеется только один путь решения проблемы оптимального потребления природных ре- сурсов и охраны окружающей среды – создание экологически безвредных, или безотходных, а на первое время – малоотходных технологических процессов. Это единственный способ, подсказанный самой природой. 8.5. Безотходные производства В ноябре 1979 г. в Женеве на совещании по охране окружающей среды в рамках Организации объединенных наций (ООН) была принята «Декларация о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов». В соответ- ствии с Декларацией под безотходной технологией понимается такой принцип функционирования промышленности и сельского хозяйства региона, отрасли, а также отдельных производств, при котором рационально используются все ком- поненты сырья и энергия в цикле и не нарушается экологическое равновесие: по- требление – сырьевые ресурсы → производство → отходы – вторичные ресурсы. Под малоотходным производством понимают такое производство, вред- ные последствия деятельности которого не превышают уровня, допустимого санитарными нормами, но по техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направ- ляется на длительное хранение. Конечно, концепция безотходной технологии в некоторой степени носит условный характер. Под безотходной технологией понимается теоретический предел, идеальная модель производства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично (отсюда и малоотходная технология), но с развитием технического прогресса – со все большим прибли- жением. Технологические процессы с минимальными выбросами, при которых способность природы к самоочищению в достаточной степени может предот- 120 вратить возникновение необратимых экологических изменений, называют ино- гда экологической технологией, малоотходными процессами, безвредной тех- нологией. Однако название «безотходная технология» получило наибольшее распространение. Стратегия безотходной технологии исходит из того, что не- используемые отходы производства являются одновременно не полностью ис- пользованными природными ресурсами и источником загрязнения окружаю- щей среды. Снижение удельного выхода неиспользуемых отходов в расчете на товарный продукт технологии позволит произвести больше продукции из того же количества сырья и явится вместе с тем действенной мерой по охране окру- жающей среды. Биосфера дает нам природные ресурсы, из которых в сфере производства получаются конечные продукты, при этом образуются отходы. Продукты ис- пользуются либо в сфере производства, либо в сфере потребления, и вновь об- разуются отходы. Под отходами понимаются вещества, не обладающие на пер- вых порах потребительской ценностью. Во многих случаях при необходимости после соответствующей обработки они могут быть использованы как вторичное сырье (вторичные материальные ресурсы) или как вторичные носители энергии (вторичные энергоресурсы). Если по техническим или технологическим причи- нам невозможно или экономически невыгодно перерабатывать отходы, то их необходимо выводить в биосферу таким образом, чтобы по возможности не на- носить вреда естественной окружающей среде. Можно составить следующий баланс по сферам производства и потреб- ления, исходя из закона сохранения материи: R = A(1 – φ m ) + S, (6) где R – расход природных ресурсов, кг/с; A – масса образующихся отходов в сферах производства и потребления, кг/с; φ m – средний коэффициент использования отходов, кг/кг; S – масса веществ, накапливающихся в сферах производства и потребления вследствие постоянного роста производства, кг/с. 121 Анализ балансового уравнения (6) показывает, что снижение удельного количества неиспользуемых отходов производства A(1–φ m ) и тем самым удель- ного расхода природных ресурсов возможно за счет уменьшения удельного вы- хода отходов производства А и повышения коэффициента использования отхо- дов φ m Выбор одного из путей зависит как от технологических возможностей, так и от экономических условий. Первичная цель безотходной технологии – так уменьшить выводимый в единицу времени в биосферу поток массы неисполь- зованных отходов, чтобы сохранялось естественное равновесие биосферы и обеспечивалось сохранение основных природных ресурсов. В создании безотходной технологии определились следующие четыре принципа: 1) разработка и внедрение различных бессточных технологических схем и водооборотных циклов на базе эффективных методов очистки; 2) разработка и внедрение принципиально новых технологических про- цессов, исключающих образование любых видов отходов; 3) создание территориально-промышленных комплексов, т. е. экономи- ческих районов, в которых реализована замкнутая система материальных пото- ков сырья и отходов внутри комплекса; 4) широкое использование отходов в качестве вторичных материальных и энергетических ресурсов. Анализ существующей ситуации, расчеты и прогнозы на будущее убеди- тельно показывают, что реализация безотходных производств во всех отраслях промышленности возможна при условии активного использования достижений науки и техники и, в первую очередь, химической технологии. Очистка отходящих газов и сточных вод является вынужденным меро- приятием, обусловленным несовершенством применяемых на производстве технологических схем. Водо- и газоочистные установки и сооружения способ- ствуют, с одной стороны, предотвращению поступления вредных веществ в биосферу, а с другой – получению этих веществ в виде твердых концентриро- 122 ванных отходов, образующихся на различных технологических стадиях. Одна- ко твердые отходы, не нашедшие применения и идущие в отвал, также являют- ся фактором загрязнения окружающей среды. Существенно сократить объем таких отходов, снизить их воздействие на окружающую среду или перевести в соединения, легко поддающиеся вторич- ной переработке, можно путем организации безотходных производств. Создание безотходных технологических процессов и основанных на них производств является одной из актуальнейших проблем химической техноло- гии. Эта проблема имеет большое социально-экономическое значение как для повышения экономического уровня и промышленного потенциала страны, так и для обеспечения связанного с этим оптимального экологического взаимодей- ствия производства с окружающей средой. При безотходном производстве предполагается создание оптимальных технологических схем с замкнутыми материальными и энергетическими пото- ками. В идеальном случае такое производство не имеет сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов. Создание безотходных технологических производств ведется в несколь- ких направлениях. Разрабатываются технологические процессы с минималь- ным удельным водопотреблением, заменой исходного сырья на нетоксичное сырье; при этом стремятся к исключению из технологического процесса лету- чих растворителей. Свести к минимуму отходы позволяет укрупнение агрега- тов, внедрение энерготехнологических схем, широкое применение высокоэф- фективных методов очистки сточных вод и газовых выбросов. В безотходных производствах достигается максимально полное использование сырья и энер- гии, возможное при повышении селективности процессов, улавливании и ути- лизации побочных продуктов и отходов, совершенствовании технологического оборудования и методов локальной очистки материальных потоков с целью возврата их в производство или утилизации. Ликвидировать отходы в ряде слу- чаев можно путем максимального использования водооборота и организации бессточных производств. Интенсивно ведется разработка комплексных схем по 123 переработке природных сырьевых ресурсов с максимально полным извлечени- ем полезных продуктов. В химической, нефтехимической и других отраслях народного хозяйства, использующих методы химической технологии, осуществляется широкий ком- плекс мероприятий: совершенствование технологических процессов; внедрение водооборота и воздушного охлаждения; реконструкция устаревших производств и цехов; дальнейшее расширение использования отходов; создание безотходных технологических процессов. Так, применение воздушного охлаждения в новых крупных агрегатах ам- миака позволило в 10 раз уменьшить расход оборотной воды. Использование в производстве серной кислоты метода двойного контактирования и двойной аб- сорбции привело к повышению с 97,5 до 99,5 % конверсии диоксида серы и уменьшению более чем в 6 раз (с 0,2 до 0,03–0,05 %) выбросов его в атмосферу. Особенность химической технологии состоит в том, что она способна превратить в ресурсы не только свои собственные отходы, но и отходы других производств. В связи с этим химия и химическая технология способствуют ре- шению таких коренных проблем охраны природы, как комплексное использо- вание сырья и утилизация отходов, обезвреживание производственных выбро- сов. В качестве примера можно указать на межотраслевую роль методов хими- ческой технологии в решении экологических проблем теплоэнергетики. Для очистки дымовых газов ТЭЦ от диоксида серы и оксидов азота применяют раз- личные физико-химические способы, в том числе сухие с использованием сор- бентов и мокрые с применением водных растворов щелочей и аммиака. Разра- ботаны способы очистки с одновременным получением минеральных удобре- ний – нитратов и сульфатов аммония. В промышленности широкое распространение получили каталитические генераторы тепла (КГТ), в которых сжигание органического топлива (газ, ма- зут) осуществляют на катализаторах. Использование этого приема химической 124 технологии в теплоэнергетике позволяет интенсифицировать процесс горения топлива, снизить металлоемкость оборудования, приблизить избыток воздуха к стехиометрическому и в сотни раз сократить выбросы оксидов азота с продук- тами сгорания. Методы химической технологии положены в основу многих безотходных технологий, разрабатываемых в металлургической промышленности, в произ- водстве строительных материалов и других материалоемких отраслях народно- го хозяйства. 8.6. Экономическая эффективность безотходных производств При проектировании химического производства практический интерес представляет сравнение безотходной технологической схемы с традиционной схемой получения данного продукта. Для проведения такого анализа составля- ются эталонные проекты, предназначенные для выработки и планирования тех- нической политики в области создания безотходной технологии. Понятие «эта- лонный проект» подразумевает такую совокупность технологических стадий в цикле «ресурсы – производство – потребление – ресурсы», при которой обеспе- чивается замкнутое движение материальных и энергетических потоков. В качестве показателей выбирают критерии, имеющие экономическую значимость: общее или удельное количество отходов; взаимодействие соедине- ний, входящих в состав отходов, с элементами биосферы; распространение и трансформирование отходов и т. д. Эталонный проект создается не для отдельных предприятий и отраслей, а для наиболее важных видов продукции: минеральных удобрений, кальциниро- ванной соды, пластмасс, мономеров и т. д. В этом состоит его особенность по сравнению с обычным проектированием. При составлении эталонного проекта используют наиболее совершенные технологические схемы получения той или иной продукции. Переработка от- ходов (как вновь образующихся, так и накопленных) должна осуществляться также с помощью наиболее совершенных технологических процессов, не дающих вторичных локальных циклов, усложняющих структуру общего цикла 125 «ресурсы – производство – потребление – ресурсы». При экономической оцен- ке цикла имеет значение определение стоимости отходов, так как от этого зави- сит стоимость продукции, получаемой при их переработке. При оценке экономической эффективности безотходных производств исполь- зуют сложный критерий, каждый составной элемент которого характеризует определенную сторону воздействия производства на национальную экономику в целом. Абсолютная экономическая эффективность (η) безотходного произ- водства определяется по уравнению η= Э - З п , (7) где ∑Э i = Э 1 + Э 2 + Э 3 + Э 4 + Э 5 – сумма всех эффектов безотходного производ- ства (Э 1 – эффект производства конечной продукции, полученной при внедре- нии безотходного производства, а также более полного использования исходно- го сырья; Э 2 – эффект потребления конечной продукции, подученной при внедре- нии безотходного сырья; Э 3 – экономия затрат на разведку, добычу и транспортирование отдель- ных ресурсов; Э 4 – эффект комплексного развития региона; Э 5 – внешнеторговый эффект, учитываемый при сокращении импорта или росте экспорта сырья, продуктов его переработки, конечного продукта; У – размер ущерба от загрязнения окружающей среды отходами произ- водства и потребления; З п – полные затраты на безотходное производство. При наличии нескольких вариантов безотходного производства должен быть выработан вариант с максимальным коэффициентом абсолютной экономи- ческой эффективности при равных затратах. Рассмотрим эффективность капи- тальных вложений в безотходное производство одного из химических продуктов (табл. 6). Расход исходного сырья во всех вариантах принят одинаковым. 126 Таблица 6 Эффективность капитальных вложений в безотходное производство Показатель Варианты 1 2 3 4 Коэффициент использования сырья К н 0,80 0,85 0,90 0,95 Затраты на получение товарной продукции, усл. ед./год текущие (С) капитальные (К) 0,80 0,75 0,82 0,90 0,84 1,10 0,87 1,30 Выход готовой продукции Т, % 100 105 110 117 Выброс токсичных веществ в окружающую среду В, % 100 70 40 25 Ущерб от загрязнения окружающей среды отходами производства У*, усл. ед./год 0,15 0,09 0,06 0,03 Эффект потребления дополнительно полученной то- варной продукция Э пот * - 0,05 0,07 0,08 Эффект сокращения затрат на добычу сырья Э д * - 0,01 0,02 0,03 Коэффициент эффективности капитальных вложений, рассчитанный: по реализации производства Э кп по народнохозяйственной эффективности Э нх 0,27 0,066 0,21 0,105 0,16 0,109 0,10 0,104 *В руб./руб. товарного продукта Из сравнения показателей видно, что коэффициент использования сырья и исходных продуктов возрастает от 0,80 в первом варианте до 0,95 в четвер- том. В качестве коэффициента использования здесь принято отношение массы готового продукта к массе сырья и исходных продуктов. Текущие затраты на получение продукции возрастают незначительно, однако капитальные затраты увеличиваются на 75 %. Внедрение малоотходного производства увеличивает выход готовой про- дукции во втором варианте на 5 %, в четвертом – на 17 %. Выброс токсичных веществ значительно сокращается, соответственно, снижается и экономический 127 ущерб от выбросов в окружающую среду. Дополнительная продукция, произ- веденная в результате более полного использования исходного сырья, создает эффекты от ее потребления и сокращения затрат на добычу сырья. Эффективность капитальных вложений в безотходные производства (Э) определялась по уравнению Э = (Ц – С)/К, (8) где Ц – цена продукции; С – себестоимость продукции (текущие затраты); К – капитальные затраты по одному из вариантов. Из сравнения вариантов видно, что по мере повышения степени извлече- ния ценных компонентов из исходного сырья, уменьшения выбросов в окру- жающую среду, снижения ущерба абсолютная экономическая эффективность рассматриваемых производств с позиций отрасли предприятия снижается. Со- гласно существующей методике расчета, из рассматриваемых вариантов для отрасли наилучшим будет первый, так как у него наивысший коэффициент эф- фективности Э кп = 0,27. С позиций народного хозяйства наиболее предпочтите- лен третий вариант (Э нх = 0,109). |