Справочник по наилучшим доступным технологиям производство прочих основных неорганических химических веществ
 Скачать 5.21 Mb.
|
|
Раздел 15. Экономические аспекты реализации наилучших доступных технологий В связи с ограниченным объемом информации очень сложно выполнить обоснованные и корректные расчеты и оценку стоимости внедрения наилучших доступных технологий в производстве прочих основных неорганических химических веществ. Тем не менее с учетом сведений, представленных российскими предприятиями, можно отметить следующее. При выборе вида исходного сырья и технологии производства наиболее важными являются следующие показатели и критерии: - наличие и близость расположения открытых или подземных месторождений каменной соли (галита) или сильвина (хлорида калия) по отношению к производственной площадке хлорщелочного производства; - стабильная обеспеченность хлорщелочного производства наиболее дешевой электроэнергией и тепловой энергией в необходимом объеме; - качество (степень пригодности) соли (хлорида натрия или хлорида калия) для эффективного использования в хлорщелочном производстве. При выборе вида исходного сырья и технологии производства синтетической соляной кислоты наиболее важными являются наличие электролитического, осушенного, абгазного или испаренного хлора и наличие электролитического или осушенного (технического) водорода в стехиометрических количествах или с учетом оптимального избытка водорода 10% от необходимого стехиометрического количества. На основании имеющейся, незначительной по объему информации проведена приблизительная оценка стоимости создания новых или стоимость реконструкции действующих производств по технологиям, соответствующих критериям НДТ и показателям, приведенным в настоящем справочнике НДТ по производствам: - водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным, мембранным и ртутным методами электролиза; - водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза; - синтетической соляной кислоты методом синтеза хлорида водорода и абсорбцией водой. e-ecolog.ru/docs Ниже в таблицах 15.1 - 15.9 представлены некоторые экономические аспекты соответствующих производств основных неорганических химических веществ. Производство фтора Осуществление трифторидного процесса облегчает поддержание необходимого температурного режима, так как отпадает необходимость внешнего подогрева и уменьшает затраты энергоресурсов. Экономические аспекты приведены в таблице 15.1. Таблица 15.1 Экономические аспекты производства фтора Технология Капитальные затраты на ввод объекта в эксплуатацию, млн руб. Эксплуатационные затраты, млн руб./год Производство в целом (все этапы) 180,1 315 Производство фтористого кальция Экономические аспекты приведены в таблице 15.2. Таблица 15.2 Экономические аспекты производства фторида кальция Технология Капитальные затраты на ввод объекта в эксплуатацию, млн руб. Эксплуатационные затраты, млн руб./год Производство в целом (все этапы) 1,725 17,39 Производство гексафторида серы Экономические аспекты приведены в таблице 15.3. Таблица 15.3 Экономические аспекты производства гексафторида серы Технология Капитальные затраты на ввод объекта в эксплуатацию, млн руб. Эксплуатационные затраты, млн руб./год Производство в целом (все этапы) 180,1 315 Производство перкарбоната натрия Несмотря на то, что выбор НДТ не проводится, существует возможность модернизации представленного способа производства перкарбоната натрия. Перечень технологических мероприятий приведен в таблице 15.4. Таблица 15.4 Описание технологических мероприятий производства перкарбоната натрия Описание мероприятия Объект внедрения Эффект от внедрения Снижение эмиссий основных загрязняющих веществ Энергоэффективность, отн. ед. Ресурсосбережение, отн. ед. Модернизация узла распределения и контроля объемной подачи раствора сульфата натрия Капсулирование перкарбоната натрия - - Экономический эффект от внедрения составляет 5255 тыс. руб. в год Создание узла переработки пыли Капсулирование перкарбоната натрия - - Экономический эффект от внедрения составляет 4073 тыс. руб. в год Монтаж схемы аспирации Выгрузка вагонов- хопперов Снижение выбросов в атмосферный воздух динатрия карбоната на 11,4% - - Хлорщелочное производство и производство соляной кислоты Таблица 15.5 Экономические аспекты производства водорода, хлора и гидроксида натрия диафрагменным методом электролиза e-ecolog.ru/docs Технология Капитальные затраты на ввод объекта в эксплуатацию, млн руб. Эксплуатационные затраты, млн руб./год Производство в целом (все этапы) 326 - 620,6 (реконструкция производства) 130,2 - 164,4 Таблица 15.6 Экономические аспекты производства водорода, хлора и гидроксида натрия мембранным методом электролиза Технология Капитальные затраты на ввод объекта в эксплуатацию, млн руб. Эксплуатационные затраты, млн руб./год Производство в целом (все этапы) 1219,645 - 60 000,0 <*> Данные отсутствуют <*> С учетом строительства целого комплекса по производству винилхлорида мономера и поливинилхлорида. Таблица 15.7 Экономические аспекты производства водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза <*> Технология Капитальные затраты на ввод объекта в эксплуатацию, млн руб. Эксплуатационные затраты, млн руб./год Производство в целом (все этапы) 471,7 - 486,9 (на реконструкцию и модернизацию электролизеров) 62,4 - 82,9 <*> С учетом решений Минаматской конвенции [48] строительство и эксплуатация новых производств водорода, хлора и гидроксида натрия ртутным методом электролиза практически нецелесообразны и невозможны. Таблица 15.8 Экономические аспекты производства водорода, хлора и гидроксида калия мембранным методом электролиза Технология Капитальные затраты на ввод объекта в эксплуатацию, млн руб. Эксплуатационные затраты, млн руб./год Производство в целом (все этапы) 1220 - 60 000,0 Данные отсутствуют Таблица 15.9 Экономические аспекты производства синтетической соляной кислоты Технология Капитальные затраты на ввод объекта в эксплуатацию, млн руб. Эксплуатационные затраты, млн руб./год Производство в целом (все этапы) 4,5 - 45,2 <*> 6,72 - 32,92 <*> Приведены данные о капитальных затратах на реконструкцию печей синтеза и стадии абсорбции. Производство кальция хлористого солянокислотным разложением известнякового камня Таблица 15.10 Экономические аспекты производства кальция хлористого солянокислотным разложением известнякового камня Технология Капитальные затраты на ввод объекта в эксплуатацию, млн руб. Эксплуатационные затраты, млн руб./год Получение жидкого хлористого кальция 66,6 351,8 Получение порошкообразного хлористого кальция: сушка 4,1 21,1 Получение гранулированного хлористого кальция: грануляция 183,2 83,1 Более детальное и полное отражение экономических аспектов реализации наилучших доступных технологий в производствах прочих основных неорганических химических веществ в рамках настоящего справочника НДТ не представлялось возможным в связи с ограниченным объемом или отсутствием необходимых сведений, поступивших от предприятий данной отрасли промышленности. Раздел 16. Перспективные технологии 16.1 Перспективные направления в технологии производства гипохлорита натрия Несмотря на то, что электролитическое получение растворов гипохлорита натрия требует высокого расхода электроэнергии, число производств этим способом на месте использования растет, а стоимость технологии снижается. e-ecolog.ru/docs Среди перспективных направлений в технологии производства гипохлорита натрия можно выделить реализацию мероприятий по снижению эмиссии свободного хлора: - восстановление NaClO различными агентами: Na S, Na S O, H O ; - каталитическое разложение в присутствии никелевого катализатора, промотированного железом, нанесенного на оксид алюминия; - термическое разложение при температуре около 70 °C; - использование потоков сточных вод на других установках. 16.2 Перспективные направления в технологии производства гипохлорита кальция Развитие технологии получения гипохлорита кальция может быть направлено на сокращение негативного воздействия на окружающую среду, повышение качества производимой продукции и заключается в реализации мероприятий по модернизации и реконструкции оборудования, замене отдельных узлов, усовершенствовании автоматизированной системы управления. Действующая технология получения гипохлорита кальция является наиболее совершенной. Она предусматривает получение готовой продукции с высоким содержанием активного хлора, при этом является малоотходной, сточные воды возвращаются в процесс производства, что сокращает негативное воздействие на окружающую среду и повышение качества производимой продукции. 16.3 Перспективные направления в технологии производства фтористых соединений Производство фтора Имеются предложения осуществлять электролиз при помощи переменного тока промышленной чистоты. Для этого предложено воспользоваться выпрямляющими свойствами кобальта, который позволяет при пропускании через него переменного тока выделяться на нем водороду при 8 В, в то время как фтор даже при 20 В не выделяется. Используя в качестве анода уголь, а в качестве катода кобальт, электролиз осуществляют в трифторидном электролите с добавкой 1% фторида лития при 100 °C и напряжении 8 - 20 В. Разработана конструкция открытого электролизера для получения фтора из трифторидного электролита. Герметичной является только анодная ячейка. В этой конструкции используется пористый угольный анод. Выделяющийся на аноде фтор под давлением наружного слоя электролита проходит через поры во внутреннюю полость анода, из которого удаляется по медной трубке, укрепленной в крышке анода. Медная трубка является одновременно токопроводом к аноду. Положительной особенностью такой конструкции является еще и то, что расстояние между электродами в ней может быть минимальным [21]. Производство фтористого кальция Проблема получения синтетического фтористого кальция имеет большое значение в связи с дефицитом природного флюоритового сырья. Качество синтетического фторида кальция может быть установлено в соответствии с требованиями, предъявляемыми к флюоритовым концентратам кислотного, металлургического и керамического сорта [19]. В отличие от представленного другие способы получения фторида кальция основаны на использовании фторидов и кремнефторидов. Большинство методов получения CaF основаны на реакции нейтрализации кремнефтористоводородной кислоты карбонатом кальция с последующим разделением CaF и диоксида кремния или аммиачном способе переработки, заключающемся в получении CaF из промежуточного продукта - фторида аммония/фторида-бифторида аммония. Предложены различные варианты получения фторида кальция на основе фторидов и кремнефторидов: - нейтрализация кремнефтористоводородной кислоты мелом; - взаимодействие карбоната кальция с раствором фторида-бифторида аммония; - бифторида аммония и гипса; - запатентован сухой способ получения фторида кальция, заключающийся во взаимодействии CaCO с расплавом бифторида аммония при температуре около 175 °C; - взаимодействие фторидов щелочных металлов с карбонатом или гидроксидом кальция, а также с сульфатом кальция и другими нейтральными солями кальция; - конверсия фторида аммония сульфатом кальция с получением фторида кальция и сульфата аммония; - взаимодействие раствора NH F с карбонатом кальция; - осаждение фторида кальция из раствора, содержащего фториды калия и аммония. Достаточно чистый фторид кальция можно получить непосредственно из растворов кремнефтористоводородной кислоты, минуя стадию аммиачного гидролиза. В патентах предложено использовать разбавленные растворы H SiF . Процесс выделения фторида кальция осуществляют в две стадии: на первой - в раствор H SiF вводят 85% от стехиометрически необходимого количества CaCO , на второй - добавлением дополнительного количества мела доводят pH раствора до 7,0 - 7,3. Взаимодействие компонентов осуществляется при температуре 2 °C - 38 °C. При этом образуется кристаллический осадок CaF и коллоидный раствор кремнекислоты, которые разделяют фильтрованием. Другие способы получения: - термическая диссоциация гексафторсиликата кальция; - выдерживание водной пульпы Na SiF и Ca(OH) , взятых в молярном отношении 1:3, при энергичном перемешивании и 2 2 2 2 2 2 2 2 3 4 2 6 2 6 3 2 2 6 2 e-ecolog.ru/docs температуре 70 °C - 100 °C в течение 20 - 30 мин [19]. Производство гексафторида серы Развитие способа получения гексафторида серы осуществляется по пути совершенствования отдельных стадий процесса их аппаратурного оформления, снижения эмиссий при производстве и потреблении. Способы снижения эмиссий гексафторида серы при производстве и потреблении состоят в следующем: - реализация системы наполнения баллонов без выбросов, использование выделенных трубопроводов позволяет отправлять в систему очистки любой потенциальный выпуск газа во время наполнения; - использование плазменной горелки для очистки отходящих газов. Температура процессора -> 7000 °C, минимальная температура - 4000 °C, эффективность борьбы с загрязнением -> 99,9% [6]; - внедрение непрерывного анализа (ИК и УФ) отходящих газов установок; - увеличенная рециркуляция/повторное использование SF6. 16.4 Перспективные направления в технологии производства пероксида водорода Перспективные технологии производства пероксида водорода основаны на прямом окислении водорода кислородом. В настоящее время развиваются три подхода к реализации прямого синтеза H O : каталитическое окисление водорода, получение перекиси водорода в топливном элементе, плазмохимический метод. Каталитическое окисление водорода проводят в органическом растворителе (как правило, в метаноле) в присутствии неорганических кислот и катализаторов, содержащих благородные металлы (Pd, Pt, Au) [27]. Данный метод удобен для получения перекиси водорода непосредственно на месте потребления в небольших количествах. Основные проблемы, которые предстоит решить для коммерческого внедрения процесса: низкие концентрация продукта, селективность и скорость реакции; опасные рабочие условия; высокое содержание кислоты. В технологии получения перекиси водорода в щелочном топливном элементе используется реакционное устройство, состоящее из анода, ионообменной мембраны и катода. Водород на аноде диссоциирует на ионы, которые проходят через мембрану и на поверхности катода реагируют с адсорбированным кислородом с получением H O . Преимущества способа получения перекиси водорода с использованием топливных элементов заключаются в повышенной безопасности и возможности выработки электроэнергии [28]. Плазмохимический метод синтеза H O осуществляют в устройстве, состоящем из высоковольтного электрода, диэлектрика и заземляющего электрода. Когда напряженность электрического поля между электродами достигает определенного значения, в реакторе возникает барьерный разряд, а газовая смесь H O превращается в плазму. В плазме молекулы реагентов диссоциируют на активные радикалы, реагирующие друг с другом с образованием H O [29]. Исследования и разработки в области плазмохимического метода синтеза пероксида водорода направлены на повышение селективности образования H O и безопасности осуществления процесса. 16.5 Перспективные направления в технологии производства перкарбоната натрия В мировой практике помимо метода производства перкарбоната натрия с грануляцией и сушкой применяется метод кристаллизации. Этот процесс представляет собой классический мокрый метод, в котором раствор карбоната натрия вводят в реакцию с пероксидом водорода с образованием кристаллов пергидрата карбоната натрия, которые отделяют от маточного раствора центрифугированием. Первая стадия этого процесса включает приготовление раствора, в котором карбонат натрия и соль (хлорид натрия или другие натриевые соли) добавляют к переработанному маточному раствору, поступающему со стадии центрифугирования. Раствор карбоната и соли может содержать небольшое количество нерастворимых веществ, которые удаляются декантацией или фильтрованием. Далее раствор подают в кристаллизатор, в котором карбонат натрия подвергают взаимодействию с раствором перекиси водорода с образованием кристаллов перкарбоната натрия. Кристаллизатор охлаждают, чтобы отвести теплоту реакции и уменьшить растворимость перкарбоната натрия. Кристаллы перкарбоната натрия отделяют от маточного раствора в центрифуге. Маточный раствор собирается в емкости для хранения и возвращается обратно на стадию приготовления раствора. Избыточный маточный раствор можно использовать для удаления из процесса небольшого количества загрязняющих веществ, присутствующих в сырье. После обработки избыточный маточный раствор выгружается в канализационную систему. Отделяемые кристаллы перкарбоната натрия имеют остаточную влажность приблизительно 5% - 15%, удаляемую в сушилке с псевдоожиженным слоем. При необходимости сухой перкарбонат натрия охлаждают и просеивают. 16.6 Перспективные направления в технологии производства хлорного железа Развитие технологии производства хлорного железа возможно по приведенным ниже направлениям. 16.6.1 Абсорбция хлора водным раствором хлористого железа, полученного хлорированием стальной стружки соляной кислотой Хлористое железо получают взаимодействием стальной стружки с соляной кислотой при температуре выше 80 °C с выделением водорода; полученный раствор направляется на хлорирование с получением раствора хлорного железа: Fe + 2HCl -> FeCl + H FeCl + 1/2Cl -> FeC 16.6.2 Хлорирование гематита соляной кислотой Разложение железной руды (содержание гематита более 70%) в соляной кислоте проводят при атмосферном давлении при температуре 80 °C - 120 °C в течение 1 - 2 ч с дальнейшей фильтрацией шлама: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 e-ecolog.ru/docs Fe O + 6HCl -> 2FeCl + 3H O 16.6.3 Хлорирование магнетита соляной кислотой Процесс включает разложение железной руды (Fe O ·FeO) при температуре выше 80 °C с образованием смеси хлорного и хлористого железа с последующим окислением хлористого железа хлором, пероксидом водорода или хлоратом натрия: Fe O + 8HCl -> 2FeCl + FeCl + 4H O FeCl + 1/2Cl -> FeCl , или FeCl + HCl + 1/2H O -> FeCl + H O, или FeCl + 1/2NaClO -> FeCl + 1/2NaOCl Возможно получение хлорного железа хлорированием отработанных растворов хлористого железа, содержащих соляную кислоту, образующихся, например, в сталелитейном, гальваническом производствах. Среди перспективных направлений развития технологии следует отметить утилизацию тепла экзотермического процесса производства хлорного железа, а также организацию рецикла водорода. |