СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 1.

2. 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.

3. 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.

4. 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).

5. Пирамида (иерархия) предотвращения загрязнения (РР) • 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.

6. Пирамида (иерархия) предотвращения загрязнения (РР) • Minimize generation(минимизируй образование) 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 • 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. • Treat for discharge(обработай перед выбросом) 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. • Safe disposal(складируй безопасно) Под этим надо понимать тотальную конверсию отходов в СО2, воду и нетоксичные продукты.

7. 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).

8. 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.

9. 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).

10. 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.).

11. 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.

12. Из истории химической технологии (3) Типичная аппаратура дистилляции (перегонки) алхимиков в Александрии в 1-ом веке н.э.

13. 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.).

14. 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

15. 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!!!

16. 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

17. 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.

18. 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

19. 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

20. 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.

21. "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

22. Rohm&Haas – крупнейшая американская химическая компания. Основная продукция: полимеры, химические волокна, лаки и краски и др.

23. Union Carbide – американская химическая корпорация