Поздравления
В научном совете по катализу
В Президиуме Российской Академии наук
Премии
Химическая промышленность на рубеже веков
Воспоминания каталитика
Пробелы, нужды и возможности в промышленном катализе
Региональная научно-практическая конференция
"Химическая и химико-фармацевтическая промышленность в современных условиях "
(Продолжение)
В Москве в Министерстве науки и технологий Российской Федерации с 6 по 8 сентября 1999 года проходил Российский конгресс "Химическая промышленность на рубеже веков: итоги и перспективы". Мы публикуем некоторые из тезисов докладов, в основном касающихся перспектив каталитических, а также близких к ним технологий.
Экологические проблемы химической промышленности и их решение: опыт БАСФ
Д.Ю.Мурзин (Представительство фирмы "БАСФ" в России)
Группа компаний БАСФ - химический концерн, который успешно работает в более чем 170 странах мира с различной политической, социальной и культурной обстановкой. Деятельность фирмы охватывает такие области, как производство сырья и энергетических ресурсов, различных химикатов, продуктов для сельского хозяйства, пластмасс, красителей, текстильно-вспомогательных веществ, а также таких продуктов для потребителя, как лаки, краски, информационные системы и лекарства. Наша деятельность соответствует концепции устойчивого развития, которая была согласована как совместная цель мирового сообщества на конференции ООН в 1992 году в Рио-де-Жанейро. Такое развитие понимается как процесс, который соответствует экономическим, экологическим и социальным нуждам общества сегодняшнего дня, давая возможность при этом и будущим поколениям достигать своих собственных целей. Программа "Responsible Care" ("Ответственная забота"), которой придерживается фирма, предполагает целый ряд добровольно выполняемых мер с целью постоянного улучшения окружающей среды, безопасности и здоровья. Фирма БАСФ рассматривает вопросы безопасности и защиты здоровья и окружающей среды в качестве исключительно важных и приоритетных как на уже действующих производствах, так и при разработке новых продуктов и процессов. Затраты фирмы в 1998 году, связанные с защитой окружающей среды, составили более 1,5 млрд. марок.
Несколько примеров из опыта фирмы обсуждены в докладе. Так, известно, что катализаторы широко используются для защиты окружающей среды, например, при очистке отходящих газов автомобилей. Единственная задача катализаторов в этом случае состоит в уменьшении вредных выбросов продуктов сгорания. При химическом производстве основные принципы катализа применяются намного эффективнее, так как приводят к повышению селективности процесса, при этом уменьшаются энергетические затраты. В сегодняшней химической промышленности катализаторы играют ключевую роль в 80 % различных процессах. Одним из примеров существенного прогресса, который был достигнут фирмой в области уменьшения вредного воздействия побочных продуктов на экологию, может служить катализатор синтеза акриловой кислоты. Последняя широко применяется при производстве дисперсий, лаков, суперабсорбентов и т.д. Синтез акриловой кислоты из пропилена осуществляется путем двух каталитических стадий. За 25 лет исследований количество нежелательных побочных продуктов уменьшилось на 75 %. Положительное действие катализатора проявилось как в более полном использовании исходного сырья по целевому назначению (увеличение селективности), так и в образовании меньшего количества отходов, что привело к существенному снижению потребления энергии. Последнее связано с тем, что снизились затраты на стадии ректификации и экстаркции.
Еще один пример - производство винилхлорида на площадке БАСФ в Антверпене. Цех винилхлорида был пущен в эксплуатацию более 30 лет назад, поэтому возникла необходимость полной его модернизации, связанная также с тем, что заканчивался срок эксплуатации, разрешенной фламандским законодательством. Важный продукт в производстве винилхлорида - дихлорэтан, получаемый оксихлорированием этилена в присутствии НСl и воздуха. Этот процесс сопровождается образованием побочных газов: СО, хлоруглеродов. Кроме того, в реакционной смеси содержится азот из воздуха. Чтобы уменьшить количество газов, было решено применять в качестве окислителя кислород. После модернизации из оборудования остались только реакторы и некоторые узлы теплообменного оборудования, все остальное было заменено. В настоящее время на этом производстве используется НСl на 20 % больше, чем раньше. Образующаяся в процессе вода загрязнена хлорорганическими соединениями. Для уменьшения негативного влияния на окружающую среду было решено установить дополнительную колонну-регенератор, в которой происходит удаление хлорорганики. На этом производстве есть необходимость в охлаждающей воде. До модернизации эта вода направлялась непосредственно в бассейн находящегося рядом порта. После проведения необходимых инженерных работ была создана двойная замкнутая система, которая полностью предотвращает возможность попадания органических веществ в морскую воду. Были установлены также два новых хранилища жидкого дихлорэтана емкостью по 8 тыс. м 3 с двойной обечайкой для большей безопасности. Необходимые улучшения были произведены и в системе управления производством. Всего в этот проект было инвестировано около 70 млн. марок.
В докладе рассмотрен также опыт работы фирмы по утилизации твердых, жидких и газообразных отходов (например, диоксина).
Каталитические методы для защиты окружающей среды, ресурсо - и энергосбережения
В.Н.Пармон, А.С.Носков ,Россия, Новосибирск, Институт катализа Сибирского отделения РАН)
Современные каталитические методы предоставляют широкие возможности для обезвреживания разнообразных отходов промышленных производств, а также для модернизации производств в направлении ресурсо- и энергосбережения.
Каталитические методы очистки газообразных отходов промышленных предприятий обладают универсальностью, что позволяет применять их для удаления различных токсичных соединений. В случае концентрированных газовых выбросов для их обезвреживания может быть рекомендовано их сжигание в кипящем слое катализатора или, что пока еще менее распространено в практике, глубокое окисление на слое сотового катализатора. Процессы обезвреживания на слое сотового катализатора отличаются низким гидравлическим сопротивлением (порядка 100 мм вод. ст.) и позволяют автотермично, т.е. без затрат энергии на подогрев газов, обезвреживать газы, содержащие около 10 г/м 3 органических примесей.
Для очистки газов, содержащих от 1 до 7 г/м 3 токсичных соединений (углеводороды, NO x, SO2 ), широкое применение находит так называемый реверс-процесс - метод, основанный на периодическом изменении газового потока в слое неподвижного катализатора. Наконец, для обезвреживания низкоконцентрированных газов, содержание примесей в которых не превышает 100 мг/м 3 , используют адсорбционно-каталитический метод, основанный на чередовании стадий адсорбции примесей при низких температурах и регенерации катализатора-адсорбента за счет подъема температуры. Этот способ применяется для удаления из газов фенола, формальдегида, стирола, толуола и других ароматических соединений.
Для очистки сточных вод катализаторы также находят применение при сжигании примесей в кипящем слое катализатора. Кроме того, в последнее время активно развиваются методы очистки сточных вод, основанные на окислении содержащихся в них примесей при температуре 150-250 оС и давлении 10-30 атм. на гетерогенном катализаторе. При таких условиях сточная вода остается в жидкой фазе, а содержащиеся примеси окисляются до безвредных (или менее токсичных) соединений. В качестве примеров приводятся данные по очистке сточных вод производства спиртов, сточных вод, содержащих органические соединения азота, и сточных вод, содержащих сульфиды.
Каталитические методы позволяют значительно расширить возможности вовлечения в энергопроизводство некондиционных топлив. Это происходит благодаря использованию кипящего слоя катализатора. В таких агрегатах можно применять для производства тепла отходы органических производств и отходы углеобогащения. Каталитическое сжигание отходов позволяет избавиться от образования оксидов азота, серы и СО.
Экономическое и экологическое состояние отрасли основного органического и неорганического синтеза: проблемы и перспективы
И.Н.Сенченя, (Россия, Москва, Центр подготовки и реализации международных проектов технического содействия)
Данный доклад основан на результатах отраслевого плана действий по охране окружающей среды, представленного Центром подготовки и реализации международных проектов технического содействия в рамках крупномасштабного Проекта по управлению окружающей средой, который реализуется в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации N 808 от 11 августа 1995 г. "О мерах по выполнению Соглашения между Российской Федерацией и Международным банком реконструкции и развития о займе для финансирования Проекта по управлению окружающей средой".
Представлены детальный анализ современного состояния отрасли, ее место и роль в экономике России, динамика выпуска основных видов продукции в период с 1991 по 1998 г.г., анализ подотраслей, проанализированы экспорт и импорт основной продукции отрасли, внутренний и внешний рынки. Проведено сопоставление основных характеристик отрасли с соответствующими данными для других стран.
Перед отраслью стоит целый ряд проблем, угрожающих ее финансовой жизнеспособности и конкурентоспособности на мировом рынке. Главной проблемой отрасли является ее чрезвычайная раздробленность, возникшая в результате приватизации каждого химического завода как отдельного предприятия. В отличие от крупных международных химических компаний российские предприятия не достаточно крупны, чтобы иметь низкую себестоимость единицы продукции. Многие предприятия ориентированы на один и тот же сегмент рынка. Другой проблемой является отсутствие вертикальной интеграции. Производственные связи, существовавшие в советский период, разрушены в ходе приватизации. Новые связи в рамках одного предприятия или в рамках договоров между разными предприятиями возникают очень медленно.
Технологии, используемые предприятиями отрасли, в целом устарели. Многие технологии относятся к семидесятым годам, поскольку капиталовложения в отрасль резко сократились в восьмидесятые годы. Около 70 % используемых технологий являются физически и морально устаревшими. Перед отраслью стоят и другие проблемы, общие для всей российской промышленности. Это, прежде всего, нехватка оборотных средств, которая приводит к взаимным задолженностям. Результатом этого являются широкое распространение бартерных сделок, обязательная предоплата сырья, толлинговые соглашения и увеличение объема экспортируемой продукции.
Месторасположение заводов зачастую не выгодно по отношению к рынкам сбыта и источникам сырья, так как транспортные расходы не принимались во внимание в эпоху государственного планирования. Основным видом транспорта в России является железнодорожный. Тарифы на железнодорожные перевозки сопоставимы с европейскими и вдвое выше, чем в США. Многие предприятия неэффективно используют энергию. После того, как цены на природный газ и электроэнергию стали сопоставимы с мировыми, их доля в себестоимости продукции увеличилась до 25 %.
Экологические проблемы, стоящие перед отраслью, тесно связаны с экономическими проблемами. Старые технологии, несомненно, являются более загрязняющими и ресурсоемкими в сравнении с современными. Поэтому модернизация отрасли будет одним из основных средств для улучшения экологической ситуации. Некоторые экологические проблемы останутся даже после модернизации отрасли.
Переработка и накопление твердых и опасных отходов являются наиболее серьезной экологической проблемой. В России не хватает мощностей по переработке и хранению опасных отходов. Фосфогипс, который образуется при производстве фосфорных удобрений, хотя и относится к малотоксичным отходам, но накоплен на некоторых предприятиях в больших количествах, что привело к загрязнению грунтовых вод. Вызывает большую озабоченность также скопление высокотоксичных отходов, например, содержащих шестивалентный хром, на предприятиях, производящих пигменты, и ртутьсодержащие отходы предприятий, производящих хлор и каустическую соду ртутным методом. Результаты ранжирования крупнейших предприятий отрасли по уровню воздействия на окружающую среду свидетельствуют о том, что почти половина из них находится на грани допустимого или является неприемлемым.
Необходимы существенные изменения в отрасли основной органической и неорганической химии для повышения ее финансовой жизнеспособности и улучшения экологической ситуации. Необходимы действия по реструктуризации как всей отрасли, так и отдельных химических предприятий. Наиболее важными изменениями, касающимися повышения финансовой жизнеспособности отрасли, являются следующие: консолидация предприятий как вертикальная, так и горизонтальная; модернизация производственной базы; государственный контроль за деятельностью монополий (природный газ, электричество, железнодорожный транспорт); развитие внутренних рынков; привлечение внешних и внутренних инвестиций; освобождение новых инвесторов от штрафов за загрязнение окружающей среды, произведенное до инвестирования.
Для улучшения экологической ситуации в отрасли и повышения эффективности мероприятий по охране окружающей среды необходимо следующее:
Реализация описанных выше изменений обеспечит также привлекательность предприятий для внешних и внутренних инвесторов, поскольку изменения приведут к более приемлемому правовому и налоговому климату для инвесторов, а также к появлению жизнеспособных компаний, в которые можно инвестировать средства.
Химия как фактор оздоровления окружающей среды
А.А.Соловьянов (Россия, Москва, Государственный комитет по экологии)
Химическая промышленность относится к числу отраслей, представляющих наибольшую опасность для окружающей природной среды, поскольку в результате функционирования ее предприятий в атмосферный воздух, поверхностные водоемы и почву попадает значительное количество разнообразных вредных веществ, а большие территории изымаются под различные объекты, в том числе для размещения жидких и твердых отходов, варьирующихся по степени опасности. Но при этом химические предприятия производят широкую номенклатуру продукции, без которой невозможно решить экологические проблемы, порождаемые не только ими самими, но и всеми другими отраслями экономики, в том числе коммунальным хозяйством, оборонной промышленностью, агропромышленным и топливно-энергетическим комплексами и др. Кроме того, химическая промышленность производит большое количество продукции, которая сама по себе направлена на решение глобальных экономических проблем, например, на сохранение и восстановление озонового слоя Земли, снижение парникового эффекта и др. К числу основных видов химической продукции, которая используется для защиты и оздоровления окружающей природной среды, а также снижения негативного антропогенного воздействия, относятся:
Разработка и совершенствование химических и технических средств защиты и реабилитации окружающей природной среды, природных комплексов и экосистем должны всегда входить в число приоритетов химической промышленности.
Новые технологии в нефтехимии
С.П.Черных ,(Россиия, Москва, ОАО "Всероссийский научно-исследовательский нститут органического синтеза (ОАО "ВНИИОС"))
Главная причина значительного падения объемов выпуска химической продукции заключена в низкой ее конкурентоспособности, обусловленной наряду с другими факторами (тарифы на энергоресурсы, транспорт, налоги и т.п.) недостаточным техническим уровнем ряда производств. Поэтому создание новых передовых технологий, коренное совершенствование действующих производств, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели, являются центральной задачей ученых, проектировщиков, производственников.
Несколько примеров перспективных разработок, реализация которых была бы заметным вкладом в нефтехимическую отрасль России.
Традиционный способ получения этилена и пропилена, основного сырья для производства химической продукции, - пиролиз углеводородного сырья. Процесс отличается энергоемкостью, высокими расходными показателями по сырью и топливу. Над повышением селективности процесса по наиболее ценным продуктам работают многие ведущие фирмы мира. ОАО "ВНИИОС" совместно с ГАНГ им. И.М.Губкина и ОАО "Ангарская нефтехимическая компания" разработали принципиально новую технологию получения низших олефинов пиролизом нефтяных фракций с применением гетерогенных катализаторов. Процесс отрабатывался на демонстрационной установке. Испытательные циклы подтвердили возможность получения высоких суммарных выходов этилена и пропилена при пиролизе легкой и тяжелой фракций бензинов прямой гонки в условиях более низких температур. Для коммерциализации процесса необходимы реконструкция демонстрационной установки и проведение длительных испытательных пробегов. Лицензия на эту технологию продана американской фирме. Ведутся переговоры с другими фирмами.
Каталитический пиролиз с применением специальных сталей и сплавов предложила МГАТХТ им. М.В.Ломоносова. Получены интересные результаты, требующие крупномасштабной проверки.
В качестве альтернативного способа получения этилена может быть использован процесс каталитической окислительной димеризации метана по оригинальной технологии, разработанной ОАО "ВНИИОС". Проведены исследования на пилотной установке. Процесс может представлять интерес для регионов с большими запасами природного газа.
Для удовлетворения нужд промышленности и улучшения экологических условий производства ОАО "ВНИИОС" разработало технологические процессы получения ряда химических продуктов, в том числе изопропилового спирта, прямой гидратацией пропилена, метилэтилкетона жидкофазным дегидрированием вторбутилового спирта, сложных эфиров (бутилацетата и этилацетата), закупаемых за рубежом.
По процессу получения изопропилового спирта проведены исследования и выполнено ТЭО. Показано, что при создании узла гидратации мощностью 10 тыс. т/год себестоимость спирта снижается на 25 %, практически исключается образование сточных вод и газовых выбросов по сравнению с сернокислотным методом. Срок окупаемости - один год. Внедрение процесса следовало бы осуществлять на тех же предприятиях, где применялся устаревший метод (в городах Орск и Дзержинск).
Процесс получения метилэтилкетана (МЭК), разработанный ОАО "ВНИИОС", характеризуется низкими удельными затратами сырья, энергии и минимальным количеством отходов. Выданы исходные данные для проектирования процесса дегидрирования вторбутилового спирта в присутствии гетерогенного катализатора. В настоящее время завершаются исследования по созданию технологии производства вторбутилового спирта без применения серной кислоты. Производство МЭК может быть организовано на предприятиях: АО "Омский каучук", ОАО "Невинномысский азот", Дзержинский завод им. Я.М.Свердлова и др.
Для получения сложных эфиров разработана технология этерификации уксусной кислоты спиртами в присутствии цеолитных катализаторов. Выполнен проект установки получения бутилацетата мощностью 10 тыс. т/год для ОАО "Салаватнефтеоргсинтез". Процесс не внедряется из-за отсутствия средств.
К ресурсо- и энергосберегающим технологиям относятся также процессы олигомеризации этилена, пропилена и бутилена, содержащихся в пиролизных и крекинговых фракциях (ППФ, ББФ). Используется катализатор, разработанный ОАО "ВНИИОС" на основе соединений переходных металлов и обычных карбоцепных промышленных каучуков. Катализатор может применяться в процессах олигомеризации в высшие альфа-олефины, димеризации и содимеризации пропилена и бутиленов с получением моторных топлив, пластификаторов к маслам. Катализатор прошел испытания на опытно-промышленной установке АО "Нижнекамскнефтехим".
Другой вариант олигомеризации этилена в высшие альфа-олефины разработан в содружестве с ИХФ (Черноголовка) (теперь - ИПХФ (Институт проблем химической физики) РАН). Лицензия на процесс продана Германии.
Еще один неиспользуемый резерв - извлечение ацетилена из этан-этиленовой фракции пиролизного производства. На отечественных этиленовых заводах удаление ацетилена осуществляется методом селективного каталитического гидрирования, потери товарного этилена при этом достигают 5 %. ОАО "ВНИИОС" разработало процесс абсорбции ацетилена диметилформамидом. Выполнено ТЭО для различного типа этиленовых производств. Ацетилен, выделенный путем абсорбции селективными растворителями, может быть использован для производства химической продукции и для газопламенной обработки металлов. Себестоимость продукта существенно ниже, чем при получении ацетилена из природного газа и карбида кальция.
Повышение технико-экономических показателей в производстве низших олефинов может быть достигнуто также путем модернизации печных блоков с использованием ингибиторов коксоотложения, расширения сырьевой базы с переводом установок на более дешевые виды сырья.
Прогресс в производстве фенола-ацетона в дальнейшем, несомненно, будет связан с использованием цеолитных катализаторов на стадии алкилирования бензола пропиленом. Традиционный процесс получения кумола алкилированием бензола на хлористом алюминии характеризуется образованием значительного количества побочных продуктов в связи с недостаточным селективным действием катализатора и необходимостью нейтрализации алкилата. Для устранения недостатков, обусловленных применением хлористого алюминия, в ОАО "ВНИИОС" проверены и предложены катализаторы, приготовленные на основе промышленно выпускаемых цеолитов. Новая технология может быть применена для получения изопропилбензола на фенольных производствах в городах Омск, Дзержинск, Саратов, Уфа, Казань, Новокуйбышевск.
