Утилизация отхода энергетики в химических технологиях промышленных предприятий

Аннотация

Николаева Л.А., Зайнуллина Э.Р. Утилизация отхода энергетики в химических технологиях промышленных предприятий. В процессе выработки тепловой и электрической энергии на ТЭС образуется многотоннажный шлам химводоочистки. Поэтому утилизация и вторичное использование шлама в химических технологиях имеет большое практическое значение, что позволяет решать рядэкономических и экологических проблем.

В современном мире энергетика является основой для развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного развития. По мере развития экономики прирост масштабов энергопотребления происходит все быстрее. Каждое из направлений развития энергетики своеобразно отражается на экологической обстановке региона.

На ТЭС при производстве электрической и тепловой энергии в результате подготовки больших объемов воды для восполнения потерь, связанных с отпуском технологического пара на производство, образуются значительные объемы отходов водоподготовки – шлама химводоочистки (ХВО). Ежегодно в зависимости от объемов производства электрической и тепловой энергии образуется от 6,5 до 7 тысяч тонн шлама. Шлам из осветлителей с влажностью 90 % удаляется в результате непрерывной продувки в виде пульпы, которая направляется на шламоотвалы для осаждения осадка и обезвоживания шлама.

По данным, приведенным в Государственном докладе о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан, в 2010 году на энергетических предприятиях Республики Татарстан образовалось 76,1 тысяч тонн отходов, что составляет 3,44% от общего объема образовавшихся отходов в республике, хотя в энергетике Татарстана объем образования отходов увеличился по сравнению с 2009 годом на 18,52%.

Проблема утилизации и переработки отходов стоит сегодня особенно остро. По официальным данным не более 2% извлекаемых из недр сырья превращается в конечный продукт, оставшиеся 98% - это отход. Поэтому необходимо как можно быстрее научиться перерабатывать их, использовать.

На тепловых электрических станциях в процессе известкования и коагуляции на стадии предварительной очистки воды в химическом цеху образуется карбонатный шлам. Экспериментальные исследования проводились с использованием шлама Казанской ТЭЦ-1 влажностью 20%. Высушенный шлам представляет собой сыпучий мелкодисперсный порошок от светло-желтого до бурого цвета. В процессе исследований использовали фракцию с размером зерен от 0,09 до 0,5 мм. Химический состав шлама представлен в таблице 1.

Шлам содержит органические вещества – до 12% от общей массы образца, которые выявлены методом газовой хроматомасс-спектрометрии. Хроматограмма, представленная на слайде 4, показала наличие типовых функциональных групп гуминовых веществ -OH, -NH, -CH3, -CH2, ароматических C=C – связей, С-О – карбоксильных групп и ОН – спиртовых групп. Материалы, поверхность которых характеризуется наличием сильнополярных групп, имеют повышенную гидрофильность. Определены характеристики карбонатного шлама как сорбционного материала.

Шлам имеет насыпную плотность 560 кг/м3, зольность – 89%. Шлам имеет однородный гранулометрический состав. рН водной вытяжки из шлама – 8,53.

Одной из возможных направлений утилизации отхода энергетики – его применение в качестве адсорбционного материала при очистке сточных вод промышленных предприятий, в частности от нефтепродуктов (НП) [1]. При оценке эффективности шлама как адсорбента НП определена его адсорбционная емкость по отношению к растворенным НП бензина (марки АИ-92) и нефти Шийского месторождения (далее – нефть).

Влагоемкость шлама составила 57%, что подтверждает высокую гидрофильность и плохую смачиваемость неполярными соединениями.

Значит, для увеличения сорбционной емкости, увеличения смачиваемости нефтепродуктами шлама необходимо провести гидрофобизацию.

По экспериментальным результатам из полученных сорбционных материалов выбран гранулированный СМ-5, как наиболее эффективный. На примере технологической схемы очистки сточных вод от нефтепродуктов с использованием СМ-5 в качестве фильтрующей загрузки в адсорбционные фильтры предлагается схема ПАО «Нижнекамскнефтехим». После использования в качестве фильтрующей загрузки предлагается не регенерировать, а использовать его в качестве добавки при укладке дорожных грунтов. Проведены исследования физико–механических свойств укрепленных цементом местных грунтов с добавкой отработанного сорбционного материала. Введение добавки (15 % масс.) способствует увеличению в 1,4 раза остаточной прочности после 15 циклов попеременного замораживания–оттаивания, росту морозостойкости и предела прочности на растяжение при изгибе.

Для очистки по технологии изготовления СМ–1 разработан мелкодисперсный гидрофобный сорбент с использованием в качестве гидрофобизатора жидкость Силор. Нефтеемкость – 0,95 г/г. Предложено технологическое оборудование для его использования. Материал имеет наименование СМ-6.

Шлам химводоочистки может использоваться в качестве минерального наполнителя в резины и резинотехнические изделия [2].

Проведенные экспериментальные результаты испытания резин на Казанском заводе РТИ в центральной заводской лаборатории показали следующие результаты:

• Опытные резиновые смеси по прочностным характеристикам значительно уступают контрольным образцам.
• По стойкости и тепловому старению опытные резины аналогичны контрольным.
• Шлам не влияет на значение температурного предела хрупкости, но наблюдается уменьшение значения коэффициента морозостойкости по сравнению с серийными резинами.

При введении шлама в алкидную пентафталевую эмаль цвет покрытия, условная вязкость, степень перетира, блеск пленки соответствует нормам контрольного образца алкидной пентафталевой эмали с моногидратом оксида железа ?-формы. Внешний вид покрытия эмали имеет небольшие включения. Таким образом, экспериментальные исследования показали, что шлам в качестве пигмента вводится в алкидную пентафталевую эмаль ПФ – 266 до 50 % массы эмали. Также введение шлама позволяет не только получить эмаль соответствующих свойств, но и снизить стоимость эмали. Снижение стоимости эмали достигается за счет замены стандартного пигмента моногидрата оксида железа ?-формы более дешевым шламом [2].

Шлам химводоочистки может использоваться в качестве сорбционного материала при очистке газовых выбросов от оксидов азота и серы, сероводорода [3].

Для проведений исследований был собран лабораторный адсорбер реакционная колонка подвод и отвод газовой смеси осуществлялись с помощью штуцеров которые объединялись с диффузионными колпачками с помощью резьбового соединения. Это обеспечивало равномерное распределение газов по слою сорбента, размещенного на сетке. Газовая среда имела определенный состав. По адсорбции оксидов азота концентрация в течение опыта изменялась от 0 – 1750 мг/м3. а SO2 от 0 – 5550 мг/м3 . Рассчитан промышленный адсорбер периодического действия с неподвижным слоем шлама и его регенерацией для очистки газовых выбросов. Эффективность очистки составила 95% .

Список использованной литературы

1. Николаева Л.А., Голубчиков М.А. Очистка производственных сточных вод от нефтепродуктов модифицированными сорбционными материалами на основе карбонатного шлама// Водоснабжение и санитарная техника. – 2016. – №7. – С. 251-58.
2. Николаева Л.А., Каляпина С.А. Использование шлама химводоочистки ТЭС в производстве полимерных композитов // Экология и промышленность России. – 2011. – №11. – С. 5-7.
3. Николаева Л.А., Хуснутдинов А.Н. Очистка газовых выбросов предприятий химической промышленности карбонатным шламом // Экология и промышленность России. – 2018. – Т. 22. – № 8. – С. 14-18.