Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,618

РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ, РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ: БЕЗОТХОДНЫЕ, ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КАРБОНАТНОГО И УГОЛЬНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Жуков А.В.
 Состояние производства карбида каль­ция, направления разработки ресурсо- и энер­госберегающих технологий переработки кар­бонатного и угольного минерального сырья

До последнего времени производство кар­бида кальция в бывшем СССР, в основном, было сосредоточено в двух крупных производствен­ных объединениях, расположенных в г. Усолье-Сибирское Иркутской области и в г. Темиртау Карагандинской области. В УХО «Химпром» (г. Усолье-Сибирское) в эксплуатации находятся две прямоугольные электропечи, средняя произ­водительность одной печи равна 100-105 тыс. т карбида кальция в год. Эти мощности по произ­водству карбида кальция до конца 90-х гг. были практически единственными на всю азиатскую часть России.

В настоящее время в Дальневосточном федеральном округе (ДФО) не существует про­изводств сходного профиля, ориентированных на комплексное использование минерального сырья. В основном, производства работают по одному целевому продукту, при этом, доля отхо­дов составляет порядка 50% от объема исполь­зуемого сырья. Проект предусматривает органи­зацию производства (на первом этапе) карбида кальция, углекислоты, ацетилена, препаратов за­щиты и ускорителей роста растений. В Примор­ском крае и других регионах ДФО потребность в карбиде кальция около 1000 т/год, при разви­тии промышленного производства в Приморье потребность может возрасти до 2 тыс. т/год. В настоящее время карбид кальция завозится из КНР, причем, невысокого качества. Основной объем завозится из г. Усолье-Сибирское по це­нам на крупные партии 25 тыс. руб./т, мелкие - 28-35 руб./кг. Используется на ацетиленовых станциях ДФО и Хабаровском заводе по про­изводству технических газов. Уровень цен на углекислоту свыше 4500 руб./т, весь объем угле­кислоты завозится из-за пределов Приморского края (в основном, из Хабаровского края).

В России фирмой НПП «Энерготермси-стема» выпускаются комплексы оборудования для производства карбида кальция производи­тельностью 1500; 2500; 6000 тонн в год. На этом оборудовании карбид кальция получают спеканием кокса (каменного угля) с известняком в электродуговых печах. Карбид кальция исполь­зуется для производства ацетилена, который по­лучают на специальных ацетиленовых станциях производительностью от 10 до 80 м3/час.

В современный период в высокотемпе­ратурной технологии известно применение вы­сокопроизводительных поточных процессов с использованием электрических плазматронов и плазменных реакторов. Реактор мощностью 1 МВа при работе в сутки 6 часов обеспечит выход 4 т карбида кальция. Такой реактор пред­полагается модернизировать с учетом разрабо­ток ДВГТУ в области проектирования и созда­ния специальных плазматронов.

В качестве примера рационального при­родопользования в докладе предложена дивер­сификация производства на основе комплексной переработки карбонатного и угольного мине­рального сырья. Для реализации данного пред­ложения нами разработаны и запатентованы ре-сурсо- и энергосберегающие способы и техно­логии последовательной переработки только двух широко распространенных минеральных ресурсов: карбонатов (известняков) и качествен­ного угля или кокса. С целью повышения эко­логической безопасности производство карби­да кальция (CaC2) в технологическом комплексе применяется установка для утилизации отходя­щих газов (углекислого газа и окиси углерода) и получения углекислоты (H2CO3), а для снижения энергопотребления при производстве карбида кальция (25-35% от себестоимости 1 т продукта) в электротермической печи предусмотрен обжиг известняка в специальном реакторе с подачей в него и сжиганием высокотемпературного ацети­ленового энергоносителя.

Разработанный нами технические и тех­нологические решения базируются на научных результатах, полученных в последние годы (не старше 3-5 лет, защищенных рядом патентов РФ, подтверждающих высокую степень новизны). План НИОКР включает создание опытно-промышленного плазменного реактора и орга­низацию его опытно-промышленной эксплуа­тации; также необходима отработка режимных параметров процессов утилизации отходов, по­являющихся на различных этапах реализуемой технологии.

В Дальневосточном регионе России аце­тилен, в основном, используется в качестве вы­сокотемпературного энергоносителя для свар­ки и резки черных и цветных металлов. В разра­ботанном нами способе и промышленном мире более 90% получаемого ацетилена подвергается дальнейшей химической переработке для синте­за большого числа ценных химических продук­тов: пластических масс, уксусного альдегида, этилового спирта (этанола), винил-ацетилена, растворителей, ацетона, синтетических масел и др., что значительно повышает эффективность комплексной химической переработки углекар-бонатного минерального сырья и позволяет по­лучить конкурентоспособные продукты, исполь­зуемые в химической и пищевой промышленно­сти, энергетике, сельском хозяйстве.

Реализация вышерассмотренного способа переработки ацетилена запланирована при про­ектировании и строительстве второй очереди горно-химического комплекса в условиях соз­дания совместного предприятия и финансирова­ния проекта государственными и коммерчески­ми организациями России и зарубежных стран.

Этиловый спирт, этанол, биоэтанол, синтетический этанол (предпроектные ис­следования для производства синтетического этанола и другой конкурентоспособной про­дукции)

Этанол или этиловый спирт более изве­стен как сырье для изготовления алкогольных напитков. Биоэтанол - это обезвоженный эти­ловый спирт, изготовленный из биологически возобновляемого сырья. Есть три способа получения этилового спирта: 1) сбраживанием пище­вого сырья (переработкой содержащегося в сы­рье сахара в спирт при помощи дрожжей); 2) ги­дролизом растительного сырья и 3) гидратацией этилена (синтетический спирт).

Из растений, продуцирующих этиловый спирт, наиболее широко используется сахар­ный тростник. Этанол из сахарного тростника в больших количествах производится в Брази­лии. В связи с растущим дефицитом торгового баланса, вызванного резким увеличением цен на нефть в последние годы, в Бразилии было реше­но использовать в качестве автомобильного то­плива не бензин, а 1) чистый этанол; 2) смесь этанола с бензином. По сравнению с бензином этанол обладает не только экономическими, но и техническими преимуществами, например, более высоким октановым числом.

В Москве в 2007 г. обсуждали перспекти­вы этанола в России - вся европейская научная элита собралась в Москве на конгресс «Топлив­ный Биоэтанол 2007», чтобы обсудить возмож­ности использования биосырья в качестве моторного топлива. На конгрессе была озвучена мысль, которую в России многие продолжают считать фантастической: совсем скоро весь мир будет ездить на спирте (биоэтанол) и раститель­ном масле (биодизель). Дорожающую с каждым месяцем нефть призвано заменить доступное и возобновляемое сырье: кукуруза, свекла, сахар­ный тростник, пшеница, рожь, соя и прочие зла­ки. Однако, в случае, если мы все же перейдем на биоэтанол, об экспорте придется не только забыть, но и многократно увеличить посевы (из 20 млн. тонн зерна получается 7 млн. тонн эта­нола).

В отличие от спирта, из которого произ­водятся алкогольные напитки, биоэтанол не со­держит воды и производится укороченной дис­тилляцией, поэтому содержит метанол и сивуш­ные масла, что делает его малопригодным для питья. Биодизель - это эфиры растительных масел или жира в смеси с метанолом. Наибо­лее распространенное сырье для производства биодизеля в Европе - рапс, а в США и Южной Америки - соя.

В Европе сейчас принята программа до­ведения доли биотоплива до 5,75% к 2010 году (уровень 1,4% был достигнут в 2005 году). К этому времени потребление в Европе автомо­бильного топлива (биоэтанол и биодизель) вырастет с 7 млн. тонн до 15 млн. тонн, при этом инвестиции на строительство 40 новых заводов биодизеля и 60 заводов биоэтанола до 2010 года составят порядка $4 млрд. По оценке компании Volkswagen к 2030 году доля биотоплива соста­вит 15-20%. Отметим, что несмотря на то, что российские ученые наравне с европейцами вла­деют самыми продвинутыми биотехнологиями, на территории экс-СССР пока существует лишь один завод по производству биоэтанола - в Ка­захстане. На данном этапе биоэтанол произво­дится там в небольших количествах и использу­ется для промышленных нужд.

В России также стремительно растет доля машин, требующих высокооктанового (бо­лее 92) топлива, грядет законодательное вве­дение топлива Евро-4 и выше. Использование экологически чистого топлива позволит миро­вым автопроизводителям вывести на россий­ский рынок автомобили с дизельными двигате­лями, работающими на биодизеле - сейчас ми­ровые автопроизводители себе этого не позволя­ют по причине плохого качества дизельного то­плива, что вызвано высоким содержанием серы в нашей нефти, низкой степенью очистки нефти и в целом плохим качеством изготовления диз-топлива.

В третьих, спиртовое топливо полезно для двигателя: в бензин добавка биоэтанола в концентрации до 10% позволяет повысить его денотационную стойкость и снизить содержа­ние токсичных ароматических углеводородов. На западе, кстати, водители машин на экологи­чески чистом топливе имеют льготы на ежегод­ные налоги на автомобиль, а по платным доро­гам ездят бесплатно.

Впрочем, есть у спиртового топлива и свои недостатки: спирт расслаивается при низ­ких температурах - что не вполне подходит для нашего северного климата. Хотя, можно рассчи­тывать, что к тому времени, когда мы все будем ездить на спирте и масле, климат уже, ско­рее всего, станет иным. Кроме того, биоэтанол оказывает агрессивное воздействие на металл и резинотехнические изделия в топливных систе­мах двигателя и на АЗС, поэтому потребуются соответствующие присадки. В настоящее вре­мя уже начато производство двигателей со спе­циально измененной конструкцией, позволяю­щей работать при любом соотношении бензина и биоэтанола. Для таких моторов рекомендует­ся к использованию топливо Е-85, которое со­держит 85% биоэтанола и 15% углеводородов. Volkswagen, Saab и Ford уже приступили к про­изводству автомобилей с такими двигателями.

На наш взгляд, биоэтанол и другие виды биотоплива целесообразно получать из отходов пищевых продуктов, древесных отходов (щепа, опилки и др.) Использование зерна, кукурузы, свеклы и других сельскохозяйственных продуктов необходимо для получения высококаче­ственного этилового спирта для получения ал­когольных и медицинских продуктов.

В запатентованном способе переработ­ки углекарбонатного минерального сырья пред­лагается наряду с другими конкурентоспособ­ными продуктами получить из этилена этило­вый спирт (синтетический этанол) путем комплексной химической переработки минерально­го сырья. Изобретение относится к способу пе­реработки углекарбонатного минерального сы­рья, включающему обжиг известняка в реакто­ре с получением окиси кальция, карбида каль­ция, ацетилена и едкого кальция; утилизацию газообразных отходов процесса обжига извест­няка с водой для получения угольной кислоты, при этом используют тепло, получаемое сжига­нием части объема ацетилена. Далее часть полу­ченного ацетилена используют для синтеза эта­нола и/или дихлорэтана и/или этиленгликоля и/или ацетона, при этом в процессе синтеза эта­нола и/или дихлорэтана ацетилен вводят в реак­цию с водородом в присутствии палладия в ка­честве катализатора.

Изобретение направлено на расшире­ние спектра получаемых товарных продук­тов и исключение появления техногенных от­ходов.

Список литературы

  1. Жуков А.В., Первухин П.Н. Инновационные технологии для комплексной химической переработки углекарбонатного минерального сырья. Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Т.8 Сб. тр-ов Третьей международной НПК «Исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности»/ Под ред. А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007, с. 237-238.
  2. Жуков А.В., Первухин П.Н. Минерально-сырьевой потенциал, технические и технологические средства, организация производства на предприятиях горно-химического комплекса.
    Сб. тр-ов Третьей международной НПК «Исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности»/ Под ред. А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007, с.
  3. Гнездилов Е.А., Жуков А.В. Создание горно-химического производства на основе ин­новационных технологий комплексной химиче­ской переработки углекарбонатного минераль­ного сырья. - М: Изд-во «Академия Естествоз­нания», журнал «Фундаментальные исследова­ния», № 9, 2007, с. 61-64.
  4. Жуков А.В., Ковалев В.Н. Способ пере­работки углекарбонатного минерального сырья. Патент RU № 2256611 С1, опубл. 20.07.2005, Бюл. № 20.
  5. Жуков А.В., Звонарев М.И., Жукова Ю.А. Линия для переработки углекарбонатного минерального сырья. Патент № 74912, Бюл. изобр. № 20, 2008.
  6. Жуков А.В., Звонарев М.И., Жукова Ю.А. Установка для переработки углекарбонатного минерального сырья. Патент RU № 2362735 С1. Опубл. 27.07.2009. Бюл. № 21.
  7. Жуков А.В., Звонарев М.И., Жуко­ва Ю.А. Способ переработки углекарбонатно-го минерального сырья. Патент RU 2367604 С1. Опубл. 20.09.2009. Бюл. № 26.
  8. Жуков А.В., Звонарев М.И., Жуко­ва Ю.А. Способ переработки углекарбонатно-го минерального сырья. Патент RU 2373178 С2. Опубл. 20.11.2009. Бюл. № 32.
  9. Жуков А.В., Звонарев М.И., Жуко­ва Ю.А. Установка для переработки углекар-бонатного минерального сырья. Патент RU 2367645 C1. Опубл. 20.09.2009. Бюл. № 26.

Библиографическая ссылка

Жуков А.В. РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ, РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ: БЕЗОТХОДНЫЕ, ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КАРБОНАТНОГО И УГОЛЬНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – № 12. – С. 147-150;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=1037 (дата обращения: 21.09.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252