СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 1.

СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ЛЕКЦИЯ 1.

Сколько энергии и природных ресурсов можно еще
использовать, чтобы не губить нашу Землю?

Какие пределы существуют в устойчивом обществе
для антропогенной деятельности?

Выбросы парниковых газов, которые вызывают
глобальное потепление климата (СО2; NOx; CH4; CFCs и
др.), показали серьёзность ситуации с окружающей
средой.
2

90-тые годы 20 века - «предотвращение загрязнения»
(„pollution prevention”, PP)

Начало 21-го столетия - «нулевые выбросы» (zero
discharge, ZD)

Последний подход отличается от предыдущего тем,
что здесь ищут возможности превращения отходов в
полезные продукты потребления или сырье для
других производственные процессов.
3
Лучшие технологические процессы и техника
(BAT = best available technology or technique) для
достижения ситуации, максимально близкой к
нулевым выбросам (ZD).
В промышленности отходы определяют как
нежелательный побочный продукт или испорченный
продукт производства. В большинстве случаев отходы
не имеют четкой ценности или цены.
Отходы могут быть неопасными или опасными, но
любые отходы загрязняют окружающую среду, т.е.
являются загрязнителями (pollutant).



4
Пирамида (иерархия) предотвращения загрязнения (РР)
5

В США Агентство по защите окружающей
среды (U.S. Environmental Protection
Agency (EPA)) определяет
предотвращение загрязнения (PP) как
только два верхних уровня этой
пирамиды - минимизируй вход (input) и
выход (output). Целую пирамиду EPA
рассматривает как «распоряжение
окружающей средой» (environmental
management options).

В Европейском Союзе (EU) эта
пирамида, наоборот, рассматривается
как ступени для предотвращения
загрязнения.
Пирамида (иерархия) предотвращения загрязнения (РР)

Segregate and reuse (разделяй и используй снова)
Избегай перемешивания разных потоков отходов без анализа их
токсичности и стоимости переработки. Обычно целесообразно
разделить, например, малый, но очень токсичный сток, от большого
объема малотоксичного стока.

Recycle (рециркулируй)
Многие химические предприятия имеют внутреннюю систему
рециркуляции как часть производственного процесса. Целесообразно
создать и внешнюю систему рециркуляции для полимерной пленки,
бутылей, бумаги, использованных растворителей и т.д.

Recover energy value in waste (используй энергию
отходов)
Использованные органические жидкости, газы с VOC (volatile organic
compounds) и водородсодержащий газ надо сжигать для получения
энергии.
Minimize generation (минимизируй
образование)


Перед выбросом в окружающую среду надо снизить токсичность,
мутность, глобальный потенциал потепления климата (GWP),
содержание патогенов и т.д. путем адсорбции, фильтрации, химического
или биологического окисления и т.д.
Доведи до минимума образование компонентов в
химической реакции, не подлежащих продаже (пыль, пек,
осадок, отстой и т.д.)
Minimize introduction (минимизируй
поступление)

Доведи до минимума количество исходных материалов,
проходящих через реактор или систему без превращения
и выделяющихся в виде отходов
6
Treat for discharge (обработай перед выбросом)

Safe disposal (складируй безопасно)
Под этим надо понимать тотальную конверсию отходов в СО2, воду и
нетоксичные продукты.

В промышленности идёт движение за нулевые выбросы.

В мире создана специальная организация - United Nations University’s
(UNU) Zero Emissions Research Initiative (ZERI) со штаб-квартирой в
Токио
http://www.zeri.org

International Environmental Technology Centre (IETC)
Международный центр природоохранных технологий
http://www.unep.or.jp/ietc/

Многие корпорации оказывают ZERI свою поддержку и содействие.

Имеются замечательные примеры почти безотходного производства:

Известная компания DuPont превратила отходы производства TiO2 в пищевую соль,
удобрение и СО2 для пищевой промышленности.

Второй пример касается обработки дымовых газов электростанций, работающих на
каменном угле. Применяя аммиак и электронное излучение, можно превратить
выбросы NOx и SO2 в удобрения (NH4NO3 и (NH4)2SO4).
7

Целью данного курса «Малоотходная технология»
(Sustainable Technology, Säästev tehnoloogia) является
изучение путей и методов предотвращения
образования отходов и ликвидации уже
образовавшихся отходов в химической технологии,
применяя новейшие достижения науки и техники.

Нулевые выбросы и экономия в использовании
энергии (Zero discharge and energy saving) являются
ключевыми словами этого курса.
8
Чтобы лучше понять, откуда произошла химическая
технология, каково её состояние сегодня и как довести
её до устойчивого состояния, т.е. в форму
малоотходной технологии, рассмотрим краткую
историю химической промышленности.
Древняя Греции → промышленная революция 17 века
→ основные неорганические и органические
производства настоящего времени и
Каковы пути приближения химико-технологических
процессов к нулевым выбросам?
Характерные примеры (Success cases).




9
Из истории химической технологии (1)




Химическая технология развивалась на основе сложной смеси умений
ремесленников, мистицизма, эмпирики и неправильных теорий.
384-322 до н.э. – Аристотель писал, что при выпаривании морской
воды можно получить несоленую, чистую воду, но не доказал это ни
теоретически, ни практически.
1 век н.э., Рим – Плиний-старший описывал примитивный метод
конденсации, где пары, образующиеся при нагревании канифоля
собирали на поверхности шерсти в верхней части дистилляционной
колонны. Плиний также сообщил, что шторм на море можно успокоить
наливанием оливкового масла («святого масла»).
В средние века многие процессы химической технологии впервые
разработали на территории Ирака и Сирии (Багдад, Басра, Нисибин,
Дамаск и др.).
10
Из истории химической технологии (2)

Знания и накопленный опыт передавали через Турцию и Италию
(Падуя, Болонья, Флоренция), а также через Египет (Каир,
Александрия) в Испанию (Севилья, Толедо, Кордова), и оттуда во
Францию, Англию, Германию.
11
Из истории химической технологии (3)
Типичная аппаратура дистилляции (перегонки) алхимиков в
Александрии в 1-ом веке н.э.
12
Из истории химической технологии (4)

В Европе алхимики тратили много сил и времени, чтобы выделить т.н. пятый
элемент (кроме огня, воды, воздуха и земли) – «квинтэссенцию (сущность,
совершенство).

XII век – в Италии, в Салерно открыли процесс производства спирта в
результате брожения.

XIII век – искусство производства мыла (описанное ранее в Библии и
Плинием) дошло до Англии.

XIV век – в монастырях северной Италии приготовляли крепкий спирт путем
перегонки вина; добавляя разные травы, получали ликеры.

XV век период расцвета ренессанса в Италии, его влияние достигло через
Альпы и в другие европейские страны.

XV-XVI век – получили дальнейшее развитие труды Платона и Пифагора.
Леонардо да Винчи нарисовал пузырьки и завихрения в воде. Парацельс
описал детально многие операции (сублимация, кальцинирование,
растворение, коагуляция, кристаллизация и др.).
13
Из истории химической технологии (5)


XVI век – совершенствовалось оборудование химической
лаборатории (на рис. 4 - спиральные холодильники 16-го века).
Был разработан процесс получения сахара из сахарной свеклы
(прессование, выпаривание, кристаллизация).
Спиральный холодильник 16-го века
14
Из истории химической технологии (6)

XVII век – большая техническая революция! Английский философ
Франц Бэкон (F.Bacon) написал о значении эксперимента в научной
работе. Большие открытия в астрономии, математике, физике были
сделаны Кеплером, Гильбертом, Торричелли, Паскалем, Ньютоном.

XVIII век – в 1789 г. французский врач и химик Николас Ле Блан
(Nicolas Le Blanc) впервые описал метод получения соды (Na2CO3) из
сульфата натрия (Na2SO4):
Na2SO4 + CaCO3 + 2С → Na2CO3 + CaS + 2СО2

В 1791 г. метод внедрили в промышленности. Этот год считается
началом крупной химической промышленности!!!
15
Чтобы дойти до практического внедрения какого-либо химического
процесса, надо начинать с микроуровня (термодинамика, молекулы,
кинетика, побочные продукты), пройти через мезоуровень
(реакторы, процессы и аппараты) и дойти до промышленной
технологии, контроля производства
16



Журнал «Chemical and Engineering News» ежегодно
публикует список 50-ти основных химикатов и 100
ведущих компаний мира.
В числе 50-ти химикатов всегда есть аммиак, серная
кислота, кислород, сода, МТВЕ (метил-трет-бутиловый
эфир), метанол, бензол, этанол, уксусная кислота и др.
Имена самых знаменитых компаний: DuPont, Dow
Chemical Company, Exxon, Monsanto, Shell Oil,
Rohm&Haas, Union Carbide и др.
17

DuPont - американская химическая компания.
Выпускает широкий спектр химических материалов
(тефлон, кевлар, нейлон, неопрен и др.), средства для
защиты растений, автомобильные краски и др.

По данным рейтинга Toxic 100, формируемого Political
Economy Research Institute (США), на 2010 год DuPont
назван компанией, в наибольшей степени
загрязняющей окружающую среду в США
18

Dow Chemical Company – американская химическая
компания, крупнейшая транснациональная
корпорация

Выпускает промышленные, бытовые и сельскохозяйственные химикаты,
пластмассы, медикаменты, химическую продукцию военного назначения,
специализируясь, в основном, на полуфабрикатах для иных производств, а не
на конечных потребительских товарах.

Во время войны во Вьетнаме являлась поставщиком напалма и дефолиантов

3 декабря 1984 года - Бхопальская катастрофа (Индия) – крупнейшая
техногенная катастрофа 20 века, погибло 18 тысяч человек
19

Американская крупнейшая нефтяная корпорация.
Область деятельности - добыча и переработка нефти

24 марта 1989 года произошло крушение танкера «Exxon Valdez». 40,9
миллионов литров нефти вылилось в море, образовав нефтяное пятно
в 28 тысяч квадратных километров.
20

"Shell"- крупнейшая в мире англо-нидерландская
компания по добыче нефти и газа, производству и
переработке нефтепродуктов (бензина, керосина,
дизельного топлива, мазута, смазочных материалов,
твердых углеводородов, битумов и др.). Более 50
нефтеперерабатывающих заводов
21

Rohm&Haas – крупнейшая американская химическая
компания. Основная продукция: полимеры,
химические волокна, лаки и краски и др.
22

Union Carbide – американская химическая корпорация
23