Переработка твердых отходов химической промышленности

РЕФЕРАТ

 

Тема: «Переработка твердых отходов химической промышленности»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Введение ……………………………………………….…... 3
2. Классификация отходов химической промышленности ... 5
1. Твердые отходы ………………………………..……. 5
2. Жидкие отходы …………………………………..….. 5
3. Газообразные отходы …………………………..…… 7
4. Шламы ……………………………………………..… 8
3. Переработка и обезвреживание твердых отходов ….……. 9
1. Переработка фосфогипса ………………….…….…..10
2. Переработка пластмасс и эластомеров ……….…….16
3. Переработка пиритных огарков ………………….…18
4. Переработка галитовых отходов ……….…………...19
4. Заключение …………………………………………….…....21
5. Литература ……………………………………………….….23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

     Наука и техника начала третьего тысячелетия развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением и промышленность как одна из самых (если не самой) масштабных сфер  деятельности человека. Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже  захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. Российская Федерация обладает  одним из мощнейших во всем мире  промышленным  потенциалом, доставшимся ей в наследие от Советского Союза, после распада которого до сих пор промышленность нашей страны не оправилась в полной  мере. Несмотря на это, промышленность России, так или иначе, развивается всё более стабильно и целенаправленно. В связи с не безупречностью технологических процессов на данном этапе неизбежно негативное воздействие промышленности на окружающую  среду, промышленных отходов как компонента данного воздействия. Во избежании вреда на неживую и живую природу и существуют способы переработки отходов.

     Цель  же  данной  работы  заключается в рассмотрении, во-первых, классификации отходов химической промышленности по их химической природе, а во-вторых, охарактеризовать способы утилизации, переработки и, при необходимости, условий их захоронения.

 

 

 

 

Классификация отходов химической промышленности

Химическая  промышленность образует огромное количество различных отходов. В литературе [1] представлена их классификация по агрегатному состоянию.

Твердые отходы – это отходы, получаемые в виде порошков, пыли, слитков или затвердевшей массы. К этой группе относятся огарки, зола, частицы пыли и сажи, отходы пластмасс и резины, отработанные катализаторы, остатки после обогащения руд, твердые органические остатки, адсорбенты, некондиционные продукты (каучук, волокна) и др.

При выборе переработки  твердых отходов существенную роль играют их состав и количество. Преобладают  тенденции, связанные с созданием  мощных установок по комплексной  переработке больших количеств смесей твердых отходов. Получила  развитие  утилизация (повторное использование или возвращение в оборот отходов производства) твердых отходов в агрегатах промышленности строительных материалов при получении кирпича, керамзита, цемента и др.

Жидкие отходы состоят в основном из жидкой фазы и содержат растворенные в воде или других растворителях соли, щелочи, кислоты, а также примеси взвешенных частиц. Содержание взвешенных частиц не превышает обычно уровня, начиная с которого происходит их осаждение. Жидкие отходы обладают хорошей подвижностью, и их можно транспортировать насосами, применяемыми в химической промышленности. Концентрация растворимых веществ не должна превышать предел, при котором начинается их кристаллизация из раствора при нормальных условиях.

К этой группе отходов  относятся, прежде всего, производственные сточные воды, загрязненные токсичными и ядовитыми соединениями и требующие  специальной обработки (воды, содержащие кислоты, щелочи, хлориды, фториды, бромиды, растворенные металлы, токсичные органические вещества и т.д.); отработанные  органические растворители и жидкости. В некоторых случаях жидкие отходы представляют собой какой-либо продукт, загрязненный небольшим количеством примесей. К подомным отходам относятся отработанные масла, содержащие продукты окисления, полимеризации и механические примеси.

Переработка жидких отходов осуществляется с помощью  многочисленных типовых процессов  химической технологии: осаждения, фильтрации, дистилляции и ректификации, выпаривания, кристаллизации, термической обработки, химической переработки. Иногда жидкие отходы представляют собой многокомпонентную смесь, разделение которой затруднено и экономически нецелесообразно. В таком случае отходы сжигают или закачивают в глубокие поглощающие горизонты земной коры.

Газообразные  отходы включают в себя газовые выбросы промышленных печей и вентиляционных установок, сушилок, различные отходящие газы технологических установок. К этой группе относятся продукты сгорания (дымовые газы) парогенераторов и печей; газы, обладающие сильным запахом, содержащие дисперсные твердые частицы (пыль) или жидкие частицы в виде тумана, а также газы с содержанием паров органических веществ и др.; паровоздушные смеси, загрязненные токсичными примесями.

При извлечении газов полезных компонентов или для обезвреживания применяют основные процессы химической технологии, в том числе абсорбцию, адсорбцию, осаждение, фильтрование, термическую переработку, хемосорбцию. Термическая переработка газообразных отходов заключается в дожигании органических примесей, содержащихся в газах, до безвредных продуктов сгорания O, , . Недостатком этих методов является уничтожение всех органических веществ, содержащихся в газах. Поэтому их применяют в тех случаях, когда по экономическим соображениям эти вещества нецелесообразно выделять.

При производстве некоторых продуктов отходящие  газы представляют собой смеси углеводородов. Когда разделение таких смесей экономически нецелесообразно, их используют в качестве горючих вторичных энергетических ресурсов.

В случаях малого содержания горючих компонентов  в газообразных отходах, когда экономически невыгодно использовать метод прямого  сжигания, широко применяется каталитическое горение. Процесс каталитического горения протекает в реакторах с неподвижным или кипящим слоем катализатора при  200-600 вместо 950-1100 при прямом сжигании.

Шламы представляют собой амфорные или мелкокристаллические массы, содержащие 20-80% воды и плохо транспортируемее без предварительной обработки методами сушки, фильтрования, вымораживания и др. К этой группе отходов относятся остатки процессов фильтрации и седиментации; шламы, получаемые при нейтрализации или специальной обработке жидких отходов; шламы и илы, получаемые в процессе  биохимической очистки сточных вод. Сюда следует отнести также смолы, кислые и вязкие гудроны, остаточные нефтепродукты, получаемые при переработке нефти, нефтяные шламы.

В переработке  шламовых отходов используются процессы фильтрования и центрифугирования, сушки, термического обезвоживания, сжигания. При сжигании шламов, содержащих органические и горючие вещества, выделяется высокопотенциальное тепло, которое обычно утилизируется. Выбор способа переработки зависит от качества шлама и состава содержащихся в нем компонентов.

Переработка и обезвреживание твердых отходов

В химической и  нефтехимической промышленности образуются многочисленные твердые отходы, различающиеся  по своему происхождению и составу. Ввиду большого многообразия этих отходов  предложить обобщенную схему их утилизации и обезвреживания не предоставляется возможным, поэтому рассмотрим основные методы применительно к многотоннажным отходам производства.

Переработка фосфогипса. Фосфогипс образуется как отход в производстве фосфорной кислоты из природных фосфатов. При разложении фосфатов серной кислотой в раствор переходит фосфорная кислота и образуется труднорастворимый сульфат кальция (фосфогипс):

Ca₅F (PO₄)₃ + 5H₂SO₄ = 5CaSO₄ + 3H₃PO₄ + HF.

Основными примесями, препятствующими прямому использованию фосфогипса вместо природного гипса в строительстве, являются соединения фтора и P₂O₅. В России и странах СНГ в настоящее время в отвалах находится более 40 млн. т фосфогипса и ежегодно образуется около 10 млн. т этого отхода. Фосфогипс помимо загрязнения окружающей среды наносит большой экономический ущерб, поскольку до 10% себестоимости фосфорной кислоты приходится на затраты по его транспортировке и хранению. Шламохранилища занимают огромные площади земель, необходимые сельскому хозяйству.

В нашей стране и за рубежом разработано несколько направлений использования фосфогипса:

1. Производство гипсовых вяжущих;
2. Производство цемента (в качестве добавок);
3. Производство серной кислоты и цемента;
4. Производство серной кислоты и извести;
5. Производство сульфата аммония;
6. Сельское хозяйство.

Процесс получения гипсовых вяжущих из фосфогипса обычно состоит из двух стадий: очистка фосфогипса от соединений фтора и фосфора и последующая дегидратация CaSO₄ * 2H₂O до CaSO₄ * *0.5H₂O. Дегидратацию осуществляют путем обжига в печах при температуре 120-170 . Технология получения вяжущих освоена в промышленном масштабе, в настоящее время по этому методу в мире перерабатывается 3 млн. т фосфогипса и производится 1,9 млн. т вяжущих материалов.

Ниже представлена структурная схема технологического процесса получения строительного гипса из фосфогипса, предложенная авторами [1]:

 

 

   Фосфогипс

промывка

флотация

вакуум-

фильтрация

 сушка

 

 

 

 

Фосфогипс

     промывка

флотация

 

 сушка с  частичной

  дегидратацией

 

гранулирование

дозревание

в бункерах

обжиг

 Фосфогипс

 

 

 

 

 

гранулирование

дозревание

в бункерах

обжиг

размол 

полугидрат                      строительный гипс            строительный гипс

для производства

плит

а                                          б                                        в

 

Рис.1. Схема получения гипсовых вяжущих из фосфогипса (а, б, в – варианты)

В производстве цемента фосфогипс гранулируют и подсушивают в барабанных сушилках до содержания гигроскопической влаги около 5%. Использование фосфогипса уменьшает расход топлива в производстве цемента, повышает производительность печей и качество цементного клинкера.

В производстве серной кислоты и цемента высушенный фосфогипс смешивают с глиной, песком и коксом и обжигают при температуре 1200-1400 . При обжиге протекают следующие реакции:

CaSO₄ + 2C = CaS + 2CO₂;   CaS + 3CaSO₄ = 4CaО + SO₂.

Процесс может  быть описан суммарной реакцией:

CaSO₄ + 2C = 2CaО + 2SO₂ + CO₂.

В процессе применяют небольшой избыток углерода (20-30% от стехиометрического) для компенсации его расхода на побочные реакции.

Образующийся диоксид серы направляется на окисление до SO₃, который далее абсорбируется водой с получением серной кислоты.

В производстве серной кислоты и извести фосфогипс восстанавливают коксом или продуктами конверсии природного газа: 

CaSO₄ + 2C = CaS + 2CO₂; CaSO4 + 4CO = CaS + 4CO_2;

CaSO₄ + 4H₂ = CaS + 4H₂O.

Сульфид кальция  обрабатывают водой, а полученную суспензию – диоксидом углерода: CaS + H₂O + CO = H₂S + CaCO₃.

Полученный  сероводород окисляется до диоксида серы:

H₂S + 1.5O₂ = SO₂ + H₂O.

Разработаны способы, основанные на взаимодействии предварительно приготовленного карбоната аммония - (NH₄)₂CO₃ с фосфогипсом или на непосредственном контактировании газообразных NH₃ (аммиак) и CO₂ (оксид углерода).

Рис.2. Схема комплексной переработки фосфогипса

Авторами [1] разработана  схема комплексной переработки  фосфогипса в сульфат аммония, оксид  кальция и концентрат редкоземельных элементов (рис. 2). Метод основан на том, что CaO, полученный из осадка карбоната кальция CaCO₃, растворяется в аммониевых солях, а редкоземельные элементы остаются в осадке. Прокаливание CaCO₃ проводят при 1000 , полученный оксид кальция обрабатывают раствором хлорида аммония  NH₄Cl с получением раствора хлорида кальция CaCl₂ и осадка редкоземельных элементов. Аммонизированный раствор хлорида кальция CaCl₂ насыщается углекислым газом CO₂ для выделения карбоната кальция CaCO₃ и регенерации хлорида аммония NH₄Cl.