книги / Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза

гичную продукцию. Кроме того, уже в настоящее время на этом ПО успешно решаются экологические проблемы, так как приме­ няются многие из принципов, изложенных нами ранее.

Таким образом, при создании производственных или научнопроизводственных объединений необходимо учитывать следующие факторы:

Отехнологическую общность получения продукции;

Овозможность кооперирования производств, совокупность ко­ торых обеспечивает выпуск конечной подотраслевой или от­ раслевой продукции;

Опоследовательную или комплексную переработку сырья;

Оцентрализацию вспомогательных или обслуживающих произ­ водств и служб;

Орациональное территориальное размещение объединяемых производств или предприятий;

Овключение в состав объединений научно-исследовательских и проектных институтов, конструкторских бюро соответству­ ющего профиля.

Учитывая тот факт, что еще некоторое время развитие про­ изводств будет связано с наличием отходов, необходимо изыски­ вать возможности для их применения в других отраслях. Предпри­ ятия этих отраслей могут строить свои производства, используя вторичные материалы - отходы как сырье. Следовательно, при ор­ ганизации безотходных промышленных производств большое зна­ чение имеет кооперирование предприятий различных отраслей про­ мышленности. Такие примеры уже имеются: полимерные отходы химических производств используются в строительной индустрии. Наиболее благоприятные возможности для такого кооперирования появляются при организации территориально-промышленных ком­ плексов.

Создание безотходных территориально-промышленных ком­ плексов. Создание производственных или научно-производствен­ ных объединений и комбинатов позволяет в значительной степени использовать отходы отдельных производств и более полно пере­ рабатывать сырье в целевые продукты.

Вместе с тем некоторые отходы даже в рамках таких объ­ единений не удается использовать. В этом случае большую роль иг­ рает кооперирование производств различных отраслей про­ мышленности, находящихся в одном территориальном регионе, т. е.

262 Часть 1. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

создание безотходных территориально-промышленных комплексов (ТПК). В такие комплексы могут входить производства отрасли основного органического и нефтехимического синтеза и других от­ раслей промышленности (например, строительной индустрии), энергетические объекты (например, атомная электростанция)

идаже городские коммуникации, дающие бытовые отходы.

Врамках ТПК могут эффективно использоваться отходы, очи­ щаться воздушные выбросы и сточные воды. Так, имеются уста­ новки по переработке промышленных и бытовых отходов пласт­ масс методом пиролиза.

Создание технологии по переработке отходов производств. Ути­ лизация, переработка или своевременное удаление и обезврежи­ вание твердых, жидких и газообразных отходов производств ос­ новного органического и нефтехимического синтеза имеют большое народнохозяйственное значение, способствуют не толь­ ко увеличению полноты использования сырья с целью получения важных продуктов, но и улучшению состояния водоемов и воздуш­ ного бассейна.

При создании безотходных производств прежде всего пре­ дусматривается утилизация и переработка отходов производства, превращая их в ценные для народного хозяйства продукты, а также

всырье для других производств.

Итолько при отсутствии в настоящее время путей переработки отходов в нужные для народного хозяйства продукты эти отходы могут уничтожаться. Но при этом необходимо воспользоваться их внутренней энергией. В частности, они могут быть использованы

вкачестве топлива.

Частично переработка газообразных отходов была рассмотрена выше. Что касается жидких и твердых отходов, то они могут быть в условиях пиролиза или плазмохимического процесса перерабо­ таны в разные виды сырья или целевые продукты.

УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИНЦИПОВ СОЗДАНИЯ БЕЗОТХОДНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Разработка безотходных производств или комплексов представ­ ляет сложную комплексную проблему, при решении которой необ­ ходимо учитывать не только современное состояние технологии, но и ее будущее, а также экономические аспекты.

Так как проходит длительный срок от принятия решения о со­ здании производства по новой технологии до его реализации, то необходимо тщательно выбирать вариант технологии, отвечающей рассмотренным принципам. Усредненные сроки этапов создания нового производства следующие: принятие решения —2 года; раз­ работка технологии —2—4; проектирование и строительство про­ мышленных установок —2—3 года. Суммарная длительность про­ мышленной реализации процессов —6—9 лет. Эти сроки, естествен­ но, будут сокращаться, особенно за счет интенсивного примене­ ния вычислительной техники. Однако они и в дальнейшем будут заметными. Следовательно, проблема выбора технологии и в даль­ нейшем будет актуальной. Необходимо иметь в виду, что процесс совершенствования существующей технологии в каждом конкрет­ ном случае конечен, т. е. существует предел как с точки зрения по­ вышения эффективности производства, так и с точки зрения ути­ лизации отходов производства.

Итак, существует предельно эффективная технология (ПЭТ), к которой мы стремимся. Но она, как правило, не достигается, так как появляется новая технология, которая вытесняет существую­ щую. Каждая технология после реализации в промышленном мас­ штабе совершенствуется, достигает определенного предела и затем заменяется новой.

Таким образом, при выборе наиболее эффективной техноло­ гии можно использовать понятие ПЭТ. Однако необходимо рас­ полагать конкретными показателями ПЭТ. Этими показателями могут быть конверсия за проход, селективность процесса и энер­ гетические затраты, так как они могут быть в значительной сте­ пени оценены на базе теоретических расчетов, основанных на тер­ модинамических характеристиках и данных о кинетике и меха­ низме реакций.

При этом, естественно, необходимо оценивать выход не толь­ ко целевых продуктов, но и отходов данного производства с целью выяснения возможности их использования в народном хозяйстве и оценки метода в целом.

Кроме того, при создании технологий для безотходных про­ изводств необходимо критически относиться к кажущимся «про­ стыми и легкими» решениям и принципам. В ряде случаев приме­ нение на данном этапе простого решения значительно усложняет последующие решения.

264 Часть 1. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

Так, в технологии разделения различных смесей часто ис­ пользуют простой способ отпарки различных летучих веществ из их водных растворов с применением «острого» пара. Такой способ прост, не требует применения дополнительной теплообменной ап­ паратуры и позволяет сократить расход водяного пара. Но в резуль­ тате появляется дополнительное количество загрязненных сточных вод в виде водяного конденсата. Для его очистки потребуется до­ полнительный расход, в частности энергии.

Применение же поверхностных конденсаторов потребует уве­ личения расхода пара и применения теплообменной аппаратуры, но не увеличивает количество загрязненного конденсата.

Следовательно, наблюдается конкурентная ситуация. Поэто­ му необходима экономическая и экологическая оценка целесо­ образности применения «острого пара». А именно, необходимо выявить:

Оимеется ли выигрыш в энергии при применении «острого пара» по сравнению с затратами энергии на очистку конденсата, по­ лучаемого из него;

©насколько возможно этот конденсат использовать повторно;

©применяется ли конденсат в качестве реагента или, например, азеотропного агента.

Все эти факторы необходимо учитывать, так как зачастую требуются дополнительные расходы не только в цехах очистки сточ­ ных вод, но и на стадии водоподготовки на ТЭЦ.

Другой пример. В настоящее время во многих производствах вакуум создается с использованием пароструйных насосов, пароэжекционных установок и других барометрических конденсаторов. Однако их применение приводит к получению значительных ко­ личеств загрязненного конденсата, собираемого в барометричес­ ких емкостях. Следовательно, также возникает задача его очист­ ки, требующая определенных энергетических затрат. Вместе с тем применение, например, вакуумнасосов не создает таких труднос­ тей. Таким образом и здесь возникает конкурентная ситуация. А именно; применение простейших и на первый взгляд наиболее экономичных способов создания вакуума в дальнейшем приводит к определенным трудностям и дополнительным затратам энергии.

Приведем более общий пример. Простейшим и в большинстве случаев доступным решением является традиционная очистка га­ зов и воды, выводимых из системы. Это решает главные проблемы

охраны окружающей среды. Но применение таких способов ме­ шает решению главной задачи —разработке принципиально новой технологии, безотходной, т. е. без выбросов или с эффективной ути­ лизацией отходов.

Эти примеры свидетельствуют о том, что применение любо­ го метода и технологического приема может быть оценено толь­ ко при рассмотрении всех без исключения принципов, т. е. требуется комплексный, системный подход к решению любой, даже част­ ной задачи.

Более того, применение всех принципов позволяет дать все­ стороннюю оценку предложенной технологии, а главное показать их взаимосвязь и облегчить решение одних задач за счет других.

Это обусловлено, во-первых, тем, что многие из принципов свя­ заны между собой, т. е. реализация одного принципа, как правило, облегчает реализацию других принципов. Например, увеличение конверсии сырья приводит к уменьшению рециклов по сырью, а это, в свою очередь, приводит к сокращению энергетических и капитальных затрат, в том числе и при разделении.

Применение аппаратов и технологических линий большой еди­ ничной мощности приводит к облегчению автоматизации и управ­ ления производством, так как сокращается число аппаратов в хи­ мико-технологической системе. Далее, одновременное получение нескольких целевых продуктов обеспечивает более полное исполь­ зование сырья и облегчает полноту выделения всех продуктов из реакционной смеси, так как при раздельном получении целевых продуктов имелось бы больше побочных продуктов и пришлось бы делить две реакционные смеси, содержащие наряду с целевыми продуктами непрореагировавшее сырье и побочные вещества.

При одновременном рассмотрении всех принципов исключа­ ется возможность применения «простых» решений, которые, как было показано ранее на нескольких примерах, впоследствии будут затруднять создание технологий для безотходных или малоотход­ ных производств.

Таким образом, при создании безотходных или малоотходных производств необходим системный подход, позволяющий рассма­ тривать не только материальную, но и другие системы (кибернети­ ческую, экономическую, социальную). Системный подход необхо­ дим при использовании предложенных принципов, так как только их комплексное использование с учетом взаимосвязи даст наиболь­ ший эффект.

266 Часть 1. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ БЕЗОТХОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

При планировании, проектировании и эксплуатации безотходных технологических систем наряду с технологическими и экологичес­ кими требованиями рассматриваются и экономические требования. При этом необходимо, чтобы уровень рентабельности работы пред­ приятия с безотходной технологией был равен уровню рентабельно­ сти (или выше) аналогичного предприятия с существующей в насто­ ящее время технологией. Предусматривается, что на предприятии с безотходной технологией себестоимость основной продукции долж­ на быть ниже (или равна), эксплуатационные затраты могут быть выше, чем на предприятиях с существующей технологией.

При экономической оценке эффективности безотходных тех­ нологических систем необходимо учитывать эффект от утилизации и переработки отходов на всех стадиях, включая и другие отрасли.

Оценка затрат на создание технологии для безотходного произ­ водства производится с учетом определения затрат на: производство основной товарной продукции, попутной продукции, товарной про­ дукции, получаемой при переработке отходов, использование сбро­ сового тепла; получение тепла и электроэнергии из отходов.

Суммарная эффективность такой технологии определяется как совокупность экономических эффектов от: производства целевой продукции, полученной при полном использовании сырья; эконо­ мии затрат на разведку, добычу, транспортировку сырья; снижения затрат на производство продукции; сохранения чистых земель для народного хозяйства; сокращения импорта сырья или увеличения экспорта продукции; уменьшения ущерба, вызываемого загрязне­ нием окружающей среды отходами производства.

Следовательно, суммарная эффективность Э"безотходных про­ изводств должна стремиться к максимуму:

Э' - м п а х [(£ Э -У )/З я ],

где £ . 9 - суммарный экономический эффект; У—размер ущерба от загрязнения окружающей среды отходами; Зп - затраты на осуществление безотходного производства.

Такой подход к оценке эффективности технологии для без­ отходного производства используется в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза. Вместе с тем макси­ мальный эффект должен достигаться не только за счет увеличения Э \ но и за счет уменьшения У.

Основная задача состоит в создании технологии, позволяющей получать целевые продукты без загрязнения окружающей среды, при полном использовании сырья и минимальных энергетических затра­ тах. Следовательно, и в этом случае необходимо использовать в ка­ честве критерия оптимизации экономический критерий, а в качест­ ве ограничений - допустимые концентрации различных продуктов в потоках, выводимых из системы, т. е. из всего производства.

Показателями функционирования производства являются рас­ ходные нормы на сырье, топливо, электроэнергию, греющий пар, охлаждающую воду и т.д. Чем ближе расходные коэффициенты по этим показателям к стехиометрическим, тем лучше будут эко­ номические показатели производства. И тем не менее при оценке эффективности производства помимо технологических критери­ ев необходимо учитывать экономические показатели, к числу ко­ торых можно отнести: мощность, себестоимость продукции, при­ веденные затраты, фондоотдачу, прибыль, рентабельность и т. д.

К числу основных показателей производств следует отнести: ко­ личество реализованной продукции, качество продукции, экс­ плуатационные и капитальные затраты на производство продукции.

В качестве же обобщенного показателя экономической эф­ фективности производства можно использовать так называемый приведенный доход (в руб/час):

» . = Ъ > А - З з - в к , ,

М

где у - отпускная цена на продукт у'-го вида (или утилизируемую энер­ гию), учитывающая его качество, руб.; В. - годовой объем выпуска и ре­ ализации у-го вида конечного продукта или количество утилизируемой энергии, год1; Зэ —суммарные эксплуатационные затраты, руб/год; Е — нормальный коэффициент экономической эффективности капиталовло­ жений (величина, обратная нормативному сроку окупаемости), год1: Kt — производственные фонды, руб.

Таким образом, обобщенный показатель эффективности всей химико-технологической системы является глобальным критерием оптимизации, включающим достаточно общие экономические ха­ рактеристики производства. Но этот приведенный доход должен быть достигнут без ущерба не только для человека, но и природы.

Рассмотренные принципы могут быть использованы не только при создании новой технологии для безотходных производств, но и при анализе существующей технологии. При этом на первом эта­ пе должны быть вскрыты принципиальные недостатки традицион­

268 Часть 1. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

ных технологий и выявлены технологические процессы, которые приводят к появлению побочных продуктов и потоков, требующих дополнительной очистки.

Кроме того, необходимо иметь в виду, что себестоимость про­ дукции, получаемой по условно безотходной технологии, т. е. по ста­ рой технологии, но с очисткой всех потоков, выходящих из систе­ мы, будет всегда выше себестоимости продукции, получаемой по технологии, не предусматривающей дополнительной очистки воды и газовых выбросов, а также переработки жидких и твердых отхо­ дов. Поэтому создание такой безотходной технологии может при­ вести к сокращению выпуска такой продукции или даже к ее пол­ ному прекращению. Вместе с тем себестоимость продукции, получаемой по безотходной технологии, разработанной с учетом всех принципов, будет ниже себестоимости продукции, получае­ мой по существующей технологии, так как новая безотходная тех­ нология является оптимальной с точки зрения именно экономиче­ ского критерия оптимизации, а также с учетом ограничений, определяющих безотходность производства.

Следует учитывать, что здесь также наблюдается конкурент­ ная ситуация, обусловленная тем, что, с одной стороны, требуется получать основную продукцию с минимальными затратами, а с дру­ гой —необходимо соблюдать «безотходность» производства, т. е. иметь так называемую «чистую технологию». Именно применение всех принципов позволяет не только решать экологическую задачу, создавать безотходное производство, но и получать продукцию при минимальных затратах, так как эти принципы помогают выявить оптимальные условия проведения всех процессов и создавать оп­ тимальную технологию.

Безотходные производства характеризуются высокими выхода­ ми целевых продуктов, большой надежностью и стабильностью, а также минимальными затратами на эксплуатацию. Причем, если в качестве экономического критерия использовать параметры, опре­ деляющие безотходность производства, то при оценке производства должны быть учтены ограничения, связанные с безотходностью.

Следует также иметь в виду, что выгоднее сразу создавать но­ вые безотходные технологические процессы и производства, чем превращать существующие производства в производства с «чис­ той» технологией. Так, например, эволюция технологии производ­ ства анилина показывает, что лучшим способом создания его без­ отходной технологии оказывается не совершенствование методов

очистки образующихся стоков, а коренное улучшение технологии или создание новой технологии, предотвращающей образование этих стоков и отходов. Такой подход в значительной степени от­ носится ко всем производствам.

Вместе с тем в настоящее время необходимо на существующих производствах создавать установки по очистке различных потоков, выходящих из системы, и переработке отходов. Новые же произ­ водства должны работать на базе новой безотходной технологии.

Таким образом, разработка технологий для безотходных про­ изводств основного органического и нефтехимического синтеза яв­ ляется сложной комплексной проблемой, требующей не только ре­ шения технологических, организационных и управленческих задач, но и преодоления многочисленных психологических барьеров, ме­ шающих отысканию оптимальных решений. При этом поиск оп­ тимальных вариантов безотходных технологий предполагает опре­ деленную последовательность решения всей проблемы:

Ос учетом всех рассмотренных принципов вскрытие принципи­ альных недостатков существующих технологий, определение потоков, которые выводятся из системы с целью их очистки или утилизации;

ввыяснение основных причин и противоречий, мешающих соз­ данию безотходных технологий;

©разработка нового метода получения целевого продукта или принципиальное совершенствование одного из существующих, удовлетворяющих основным принципам создания безотходных технологий;

©разработка нескольких безотходных технологий, базирующих­ ся на выбранном методе;

©выбор наиболее экономичной технологии при сохранении ее безотходности.

Алгоритм создания безотходных производств представлен на рис. 6.1.

Решая проблему создания безотходной технологии производ­ ства любого продукта основного органического и нефтехимического синтеза, необходимо использовать системный подход как к произ­ водству, так и множеству взаимосвязанных между собой принци­ пов создания безотходных технологий.

В данной главе не предусматривалось полное раскрытие путей реализации каждого принципа. Эти вопросы достаточно полно рас­ крыты в литературе, отражающей физико-химические основы и тех-

270 Часть 1. Теоретические основы технологии крупнотоннажных ...

Рис. 6.1. Алгоритм создания безотходных производств

нологические принципы осуществления различных стадий или под­ систем технологии основного органического и нефтехимического синтеза, а также в 1—5 гл. настоящего пособия.