Повышение экологической безопасности содового производства с ростом углеводородных включений в сырье (на примере оао сода, г.стерлитамак)
На правах рукописи
МОТИНА НОННА НИКОЛАЕВНА ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СОДОВОГО ПРОИЗВОДСТВА С РОСТОМ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В СЫРЬЕ (на примере ОАО «Сода», г.Стерлитамак) Специальность 03.00.16 – «Экология»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Уфа – 2005 2
Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом уни верситете.
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Абдрахимов Юнир Рахимович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный сотрудник Минигазимов Наил Султанович;
кандидат технических наук, старший научный сотрудник Купцов Александр Васильевич.
Ведущая организация ГУП НИИ Безопасности жизнедеятельности РБ
Защита состоится « 18 » февраля 2005 года в 11-00 на заседании диссер тационного совета Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул.Космонавтов, 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государ ственного нефтяного технического университета.
Автореферат разослан «_» января 2005 года.
Ученый секретарь диссертационного совета Абдульминев К.Г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы Сода кальцинированная является одним из основных продуктов неоргани ческого синтеза и используется во многих отраслях промышленности. Наибо лее крупные объемы соды потребляются в химической, целлюлозно-бумажной промышленности и предприятиях топливно-энергетического комплекса.
В настоящее время подавляющее большинство предприятий содовой про мышленности в той или иной мере соприкоснулись с проблемой ограниченно сти природных ресурсов, в частности известнякового сырья. Остро стоит во прос исчерпывания поверхностных запасов, что предопределяет возрастание глубинных поисков и добычи, ухудшение горно-геологических условий, выход в районы, более трудные для освоения и вовлечения в оборот сырья худшего качества. При этом в промышленном производстве, как правило, происходит рост негативного воздействия на окружающую среду.
Из проблемы истощения источников известнякового сырья для содовой промышленности вытекает ряд отрицательных последствий, находящихся в тесной взаимосвязи между собой: ухудшение условий добычи сырья, рост за трат на переработку и на производство готовой продукции;
увеличение объе мов загрязнения окружающей среды отходами производства.
При развитии тенденции уменьшения доступных для производства объе мов ресурсов и ухудшения качества известнякового сырья возможно сокраще ние объемов производства кальцинированной соды. В условиях промышленно го роста снижение объемов выпуска кальцинированной соды нанесет значи тельный ущерб ряду отраслей промышленности. Исследование проблем огра ниченности природных минеральных ресурсов и ухудшения их качества, с уче том прогнозирования развития как негативных, так и позитивных факторов, оказывающих влияние на обозначенный круг проблем, является актуальной за дачей, требующей изучения и решения.
В настоящей диссертационной работе решаются задачи, связанные с огра ниченностью и ухудшением качества природных ресурсов в содовой промыш ленности, в частности проблема роста примесей нефтяного происхождения в известняковом сырье, рассматривается влияние изменения качества сырья на объемы и номенклатуру отходов. Исследования направлены на развитие мето дологических подходов в вопросах планирования и прогнозирования природо пользования предприятий содового производства и оценку влияния негативных факторов на окружающую среду.
Цель работы Анализ комплекса проблем, связанных с ограниченностью и ухудшением качества известнякового сырья для содовой промышленности;
разработка мето дологии моделирования и прогнозирования степени загрязнения окружающей среды при изменении качества сырья;
решение задач, связанных с уменьшением негативного влияния содового производства на окружающую среду.
Задачи исследований 1. Анализ проблем ограниченности сырьевыми ресурсами ОАО «Сода», оп ределение закономерностей и тенденций изменения качества известняка место рождения Шах-Тау.
2. Выявление причин ухудшения качества известняка, анализ состава при месей в виде локальных битуминозных включений, изучение их происхожде ния.
3. Определение закономерностей, связывающих ухудшение качества при родного карбонатного сырья и увеличение доли загрязнителей в стоках пред приятия.
4. Изучение процессов трансформации углеводородных примесей, содер жащихся в известняковом сырье в процессе производства кальцинированной соды.
5. Разработка методологии моделирования и прогнозирования изменения степени загрязнения окружающей среды при ухудшении качества используемо го сырья.
6. Разработка способов вывода примесей углеводородных компонентов из технологического цикла с использованием вторичных материальных ресурсов предприятия – шламовых отходов и некондиционного сырья.
Методы решения задач Поставленные задачи решались путем анализа статистических и аналити ческих данных, обобщения литературных и патентных материалов, проведения теоретических, лабораторных исследований и промышленных экспериментов, внедрением результатов в производство.
Научная новизна 1. Обоснованы основные положения теории появления углеводородных примесей в известняковом сырье, доказано их природное происхождение, ус тановлена динамика изменения их количества при разработке карьера Шах Тау.
2. Определены закономерности трансформации углеводородных включе ний в процессе получения технологического газа при производстве кальцини рованной соды.
3. Предложена методика прогнозирования динамики загрязнения окру жающей среды вследствие изменения качества природного сырья и ряда дру гих факторов.
4. Разработаны способы вывода и утилизации углеводородных примесей из производственного цикла с использованием шламовых отходов предприятия и некондиционного сырья.
Практическая ценность работы Разработанная методика моделирования и прогнозирования степени за грязнения окружающей среды даст возможность гибко и оперативно изменять режимы технологического процесса производства кальцинированной соды без снижения качества готового продукта, с переработкой известнякового сырья худшего качества и с минимальным ущербом окружающей среде.
В результате экспериментальных исследований, проведенных в рамках решения поставленных задач, разработана возможность вывода из технологи ческого процесса и утилизации значительной доли углеводородных включений с использованием вторичных материальных ресурсов содового производства.
Результаты исследований переданы на ОАО «Сода», г.Стерлитамак, ос новные подходы к прогнозированию и моделированию динамики образования отходов будут применены на предприятии с целью своевременного проектиро вания и внедрения необходимых природоохранных мероприятий, уменьшения выплат за загрязнение окружающей среды и улучшения экологических показа телей производства.
Предлагаемая методология прогнозирования и моделирования динамики образования отходов в зависимости от ухудшения качества сырья и других факторов используется в учебном процессе Стерлитамакского филиала ВЭГУ при чтении курса лекций по дисциплине «Природопользование».
Апробация работы Отдельные разделы работы докладывались и обсуждались на конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Уфа, УГНТУ, 2003 г.);
Всероссий ской научно-практической конференции «Реновация: отходы-технологии доходы» ВЦ БашЭКСПО, г.);
Всероссийской научно (г.Уфа, практической конференции «Современные проблемы химии, химической тех нологии и экологической безопасности», (г.Стерлитамак, ЗАО «Каустик», г.);
научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения», проводимой в рамках IV Российского энергетического форума «Уралэнерго - 2004» (г.Уфа,, 2004 г).
Публикации По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 статьи депонированы в ВИНИТИ, 7 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и 5 приложений, содер жит 25 рисунков, 30 таблиц, список литературы из 123 наименований. Мате риалы диссертации изложены на 156 страницах машинописного текста.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность решаемых в диссертации задач, сформулированы цель и основные задачи исследований, методы их решения.
Глава 1. Тенденции и перспективы обеспечения сырьем содовой про мышленности. Основой производства кальцинированной соды является при родное карбонатное сырье и раствор поваренной соли. Размещение завода в городе Стерлитамаке обусловлено наличием месторождения высококачествен ных известняков.
Производство кальцинированной соды – это совокупность сложных много стадийных технологических процессов. Большинство из них можно классифи цировать как совмещенные реакционно-массообменные процессы. Основная цель технологии производства кальцинированной соды и ее аппаратурного оформления – поддержание в процессе эксплуатации предельных стационарных состояний, обеспечивающих максимально возможную при заданных условиях степень превращения сырьевых компонентов.
Химизм процесса позволил создать малоотходную технологию производст ва кальцинированной соды на ОАО «Сода». Структурная схема малоотходного аммиачного содового комплекса показана на рис. 1.
В качестве ресурсной базы производственное объединение использует ме сторождение Шах-Тау, расположенное на правобережье реки Белой, в 6-ти км восточнее города Стерлитамака и в 1,2 км к юго-востоку от впадения реки Се леук в реку Белую (рис. 2). В настоящее время большая часть месторождения известняков Шах-Тау выработана. Всего добыто более 70% разведанных запа сов известняков. По состоянию на 01.01.2002 г. оставшиеся запасы составляют 59,5 млн т.
Ниже уровня грунтовых вод (абсолютная отметка 127 м) расположены мас сивы обводненных известняков. Проблематика разработки обводненных из вестняков представляет собой основное содержание вопросов ограниченности природных минеральных ресурсов на предприятии.
Высокая водообильность известняков обусловлена прямой связью с водоносными горизонтами, развитыми в районе месторождения, имеющих единый уровень подземных вод на абсолютной отметке 125 м, тесно взаимосвязанных между собой и с водами реки Селеук.
В результате исследования, проводимого в рамках доразведки месторожде ния, установлена высокая минерализация подземных вод. Указанные гидрогео логические условия месторождения по мере углубления карьера будут ухуд шаться, в частности, в воде возможно появление сероводорода и нефти.
Рис. 2. План карьера горы Шах-Тау в разрезе Потребность в сбросах подземных вод будет возрастать в уже разрабаты ваемом и осушаемом интервале 125-65 м с 25 до 140 тыс. м3/сут.
В процессе отработки известняков и, соответственно, снижения динамиче ского уровня подземных вод, возможно вскрытие в известняках зон с высоким содержанием сероводорода, от 30 до 100 мг/кг, также вероятность его поступ ления в атмосферу через дно карьера с поверхности динамического уровня под земных вод. Так как при осушении карьера водоотлив возрастает многократно, произойдет интенсивное подтягивание воды с повышенной минерализацией из глубоких горизонтов. Все вышесказанное свидетельствует о невозможности разработки карьера ниже горизонта 127 м.
Другой важной проблемой, имеющей прямое отношение к обеспеченности предприятия природными минеральными ресурсами, является изменение каче ственного состава известняка. В известняковом камне, поступающем с карьера Шах-Тау на обжиг в известково-обжигательные печи, с начала 90-х годов, когда наиболее качественная часть месторождения была уже разработана, стали появ ляться локальные битуминозные включения и налеты смолистых веществ.
Анализ статистических данных за прошедший период времени выявил, что количество загрязненных смолистыми примесями известняковых камней в об щем объеме добываемого сырья тем больше, чем ниже на карьере находится разрабатываемый в данный момент горизонт.
Рис. 3. Образцы чистого камня и известняка с налетом смолистых масс Примесные включения резко выделяются по цвету на фоне светло-серых и серых камней известняка ( рис. 3). Они имеет окраску от бурых и темно коричневых тонов до черного, с глянцевым отблеском, оттенка. Включения в известняке имеют отчетливый нефтяной запах;
если загрязненный камень про мыть в небольшом количестве воды, то на ее поверхности появится характерная маслянистая пленка с радужными разводами.
Смолянистые включения могут находиться в нескольких физических со стояниях. На некоторых образцах камня это может быть практически твердый налет, на других – твердые темные вкрапления в виде локальных пятен различ ных размеров. Достаточно часто встречаются образцы камня с трещиноватой структурой, заполненной густыми вязкотекучими или высокоэластичными смо листыми включениями.
Глава 2. Исследование свойств сырья, сырьевые ресурсы в производ ственном цикле. Косвенным признаком, по которому можно судить, что угле водородные примесные компоненты в сырье - природного происхождения, яв ляется характер расположения смолистых включений в структуре породы. На отдельных образцах камня мелкозернистая структура известняка насквозь про низана вкраплениями и включениями твердых смолистых примесей. Есть об разцы камня, имеющие цельную, без пор и трещин структуру внешней поверх ности с внутренними полостями, заполненные густыми смолистыми включе ниями.
В 2001 году на карьере Шах-Тау было произведено обследование отложе ний. Результатом обследования явилось предположение, что гора Шах-Тау представляет собой разрушенное рифовое нефтяное месторождение. В течение геологического периода времени легкая нефтяная фракция испарилась естест венным путем через поры в известняке, а оставшаяся часть представляет собой тяжелые битуминозные отложения и локальные вкрапления.
Анализ изменения количества примесей нефтяного происхождения в из вестняке по горизонтам позволяет говорить о существовании явно выраженной тенденции увеличения доли вредных примесей в природном сырье с углублени ем карьера Шах-Тау. На рис. 4 показаны обобщенные данные о содержании примесей на той или иной отметке. Из графика видно, что среднее содержание примесей на более низких отметках 140 м и 127 м значительно выше, чем на отметках 170 м и 155 м.
Из анализа статистической информации о доли примесей нефтяного проис хождения в известняковом камне следует, что предпосылки снижения или со хранения на современном уровне содержания нефтепродуктов в известняковом сырье при дальнейшей разработке карьера горы Шах-Тау отсутствуют. Ситуа ция будет развиваться в сторону ухудшения качества исходного минерального сырья для производства кальцинированной соды.
Процессы, которые происходят с примесями нефтяного происхождения при обжиге известнякового сырья, представляют собой сложную цепочку физико химических превращений высокомолекулярных углеводородных соединений.
Вместе с загружаемой шихтой примеси подвергаются постепенному нагреву в верхней части печи в потоке горячих отходящих печных газов.
Постепенный нагрев известняка и входящих в его состав примесей в потоке горячего печного газа ведет к разрушению высокомолекулярных углеводород ных соединений, составляющих большую часть примесей нефтяного происхож дения в природном карбонатном сырье, сопровождающуюся выделением про дуктов дистилляции и образованием углерода. Помимо расщепления высокомо лекулярных соединений, входящих в состав примесей нефтяного происхожде ния, при нагреве до 500°С происходят процессы выкипания прямогонных фрак ций.
% масс.
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, Горизонт, м 0, 170 155 140 Рис 4. Динамика изменения массовой доли примесей нефтяного происхождения в известняковом сырье с углублением карьера Газы и жидкие продукты, отгоняемые в процессе нагрева, практически в полном объеме переходят в печной газ и отводятся из печи и при температуре около 200 °С поступают в скруббера или в трубы Вентури (первая ступень очи стки). Здесь происходит охлаждение до 40 °С и грубая очистка от пыли техно логического газа. Вторая ступень очистки представляет собой электрофильтры, на которых производится тонкая очистка технологического газа. В процессе промывки и охлаждения технологического газа происходит конденсация угле водородных компонентов, содержащихся в нем, и переход нефтяных примесей в сточные воды.
С помощью аналитических методов ИК-спектроскопии выявлено сходство структурных элементов примесных углеводородных компонентов известняка месторождения Шах-Тау и нефтепродуктов в сточных водах узла очистки тех нологического газа.
Глава 3. Моделирование и прогнозирование темпов загрязнения окру жающей среды при возрастании в сырье доли углеводородных компонен тов. Степень загрязнения окружающей среды находится в тесной взаимосвязи с рядом существенных факторов. В первую очередь - это ухудшение качества ис пользуемого сырья. Использование в производстве минерального сырья худше го качества сопровождается рядом трансформаций, происходящих с вредными примесями, что приводит к росту количества отходов, образовывающихся на различных стадиях технологического процесса.
Прямое влияние на количество образующихся отходов оказывает измене ние объемов выпуска готовой продукции. В тесной взаимосвязи с указанными факторами, оказывающими влияние на количество образующихся на предпри ятии отходов, находятся проблемы износа технологического оборудования, от клонения от норм технологического режима. В результате комплексного анали за перечисленных факторов существует возможность прогнозирования объемов образования отходов на предприятии. Прогнозирование объемов загрязнения окружающей среды на предприятии перерабатывающего природное сырье ком плекса предлагается производить по следующей методике.
Информационной основой методики являются статистические показатели изменения физико-химических свойств сырья, динамика изменения объемов выпуска продукции и изменения спроса на выпускаемую продукцию в течение исследуемого промежутка времени. При прогнозировании объемов загрязнения окружающей среды допустимым является объяснение моделируемыми данными 90% фактического изменения анализируемого параметра.
Целью моделирования является отыскание связи между двумя независимы ми показателями (изменение доли примесей в природном сырье и изменение объемов производства готового продукта) и зависимым фактором (изменение объемов загрязнения окружающей среды). Для моделирования предлагается ис пользовать математический аппарат корреляционного и регрессионного анали за, в частности множественной регрессии.
В общем случае результирующий показатель y является функцией существенных (x1, …, xk) и несущественных (1, …,n) факторов:
y = F ( x1,..., xk, 1,..., n ). (1) В случае линейной множественной регрессии модель имеет следующий вид:
k y = ~(x ) +, ~ (x ) = + x, ii y y (2) i = где ~ ( x ) - детерминированная составляющая, зависящая от y x факторов x =... ;
x k 0 - значение y для точки, в которой функция пересекает ось ординат;
i - коэффициент регрессии при i-м факторе, показывающий, насколько изменится ~ ( x ), если i-й фактор изменится на 1;
y - случайная составляющая с независимыми значениями.
Введем следующие обозначения. Qij(T) - временной ряд изменения количе ства отходов производства j-го вида продукции при использовании природного сырья, содержащего i-й компонент примесей;
Pi(T) - временной ряд изменения количества i-го компонента примесей в природном сырье;
Vj(T) - временной ряд объемов выпуска j-го вида продукции.
Модель изменения объема загрязнения окружающей среды i-м загрязните лем при выпуске j-го вида продукции на основе уравнения 2, с учетом того, что анализируемые факторы и моделируемый параметр представлены в виде вре менных рядов, примет вид ( ) Qij (T ) = Qij Pi, V j, T +, ~ ( ) (3) Qij Pi, Vj, T = 0 + 1 Pi (T ) + 2V j (T ), ~ где Qij (Pi, Vj, T ) - детерминированная составляющая временного ~ ряда Qij (T ), зависящая от факторов V j (T ).
и Pi (T ) В соответствии с описанными выше общими условиями моделирования, на изменение объемов загрязнения окружающей среды нефтепродуктами, посту пающими со сточными водами стадии обжига природного известнякового сы рья и получения технологического газа ( QНП (T ), т/год), оказывают влияние из менение количества примесей нефтяного происхождения в известняке, добы ваемом на карьере Шах-Тау ( PНП, %) и динамика объемов выпуска кальцини рованной соды, исходным сырьем для производства которой, является извест няковый камень ( VС, %):
QНП (T ) = QНП (PНП, VС, T ) +, ~ (4) QНП (PНП, VС, T ) = 0 + 1 PНП (T ) + 2VС (T ), ~ где QНП (PНП, VС, T ) - детерминированная составляющая временного ~ ряда QНП (T ).
На примере ОАО «Сода» анализируются данные за период 1997-2002 гг.
Основой моделирования динамики изменения количества нефтяных приме сей в известняке являются данные аналитических исследований массовой доли нефтепродуктов. Обозначим как PНП(T) временной ряд изменения содержания примесей нефтяного происхождения в исходном сырье - известняковом камне, поступающем на обжиг. Тогда зависимость содержания углеводородных ком понентов примесей в известняке (PНП(T), %) от структуры разработки карьера будет иметь вид n vi (Т ) ci гор гор PНП (T ) = i =, (5) где viгор - объем добываемого известняка на i-м горизонте в течение периода времени Т, %;
ciгор - среднее содержание примесей нефтяного происхождения в известняке на i-м горизонте, %;
n – количество разрабатываемых в период T горизонтов.
На рис. 5 показан временной ряд PНП(T), описывающий изменение содер жания углеводородных компонентов примесей в известняке с течением време ни.
Вычисление коэффициентов регрессионной прямой и дополнительной рег рессионной статистики на основе статистических и расчетных данных произво дится с помощью пакета анализа электронной таблицы MS Excel.
% 0, 0, 0, 0, 0, Период 0, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Рис 5. График временного ряда PНП(T) В результате расчетов уравнение 4 примет вид QНП (PНП, VС, T ) = 14,685 + 399,676 PНП (T ) + 1,653 10 5 VС (T ).
~ (6) Значение R-квадрата (квадрат критерия Пирсона) является индикатором степени адекватности полученной функциональной зависимости к фактическим данным. Полученное в результате расчетов значение R-квадрата показывает, что 87 % изменений (вариаций) полученной регрессионной прямой 6 обуславлива ется вариациями в учтенных факторах. Значение индекса корреляции R=0, характеризует силу связи как очень значительную.
Причиной недостаточно высокого уровня надежности полученной функ циональной зависимости является неоднородность статистической информации, лежащей в основе исследуемого временного ряда, в частности сильный выброс в точке, соответствующей 1999 году. Для ликвидации отрицательного влияния неоднородности статистики на результат прогнозирования воспользуемся мето дом экспоненциального сглаживания.
Алгоритм расчета экспоненциально сглаженных значений в любой точке ряда основан на трех величинах: наблюдаемом значении Yi в данной точке ряда, ~ рассчитанном сглаженном значении для предшествующей точки ряда Yi 1 и не котором заранее заданном коэффициенте сглаживания W, постоянным по всему ряду. В первой точке ряда нет сглаженного значения для предшествующей точ ~ ки (нет самой такой точки), и сглаженным значением Y1 считается сама наблю даемая в этой точке величина отклика Y1. Все следующие точки ряда вычисля ются по формуле ~ ~ Yi = W Yi + (1 W ) Yi 1. (7) В результате расчета коэффициентов регрессионной прямой и дополни тельной регрессионной статистики с учетом экспоненциального сглаживания временного ряда QНП(Т) получаем QНП (PНП, VС, T ) = 15,346 + 424,366 PНП (T ) + 1,602 10 5 VС (T ).
~ (8) На рис.6 приведены графики исходного временного ряда объемов загрязне ния окружающей среды нефтепродуктами, поступающими со сточными водами содового производства и временного ряда Q НП (PНП, VС, T ), полученного в ре ~ зультате моделирования.
Уровень надежности описания искомой функциональной зависимостью анализируемого временного ряда (R2=0,941) является достаточным для выбран ных условий моделирования.
Для достижения сопоставимости коэффициенты регрессии исходного урав нения стандартизуют, взяв вместо исходных переменных их отношения к собст венным среднеквадратичным отклонениям. Значения бета-коэффициентов для регрессионного уравнения: 1 = 0,431, 2 = 0,590. Анализ -коэффициентов по казывает, что стандартные ошибки каждого из параметров модели практически в равной мере влияют на изменения результирующего признака, причем это из менение достаточно мало.
При интерпретации результатов корреляционно-регрессионного анализа также используют частные коэффициенты эластичности (Exi). Коэффициент эластичности показывает, на сколько процентов в среднем изменится значение результативного признака при изменении факторного на 1% и при постоянстве (фиксированном уровне) других факторов: E x1 = 0,90, E x2 = 0,95. Рассчитанные значения частных коэффициентов эластичности показывают, что степень влия ния параметров модели на результирующий признак высока и практически в равной мере значима.
т 1 2 3 4 5 период Временной ряд Qнп(Т) Функция Qнп(Pнп, Vc, Т) Рис. 6. Результат моделировании временного ряда QНП(Т) Необходимость прогнозирования выпуска готовой продукции, а соответст венно и непосредственно связанных с ним показателей (изменение объемов до бычи и использования сырьевых ресурсов, объемы загрязнения окружающей среды и т.д.) определяется достаточно высокими темпами роста российской экономики в целом, и в частности, минерально-сырьевого комплекса.
На основании статистических данных о выпуске товарной продукции с по мощью численных математических методов, можно определить соответствие между данными по рассматриваемому предприятию за выбранный период вре мени и макроэкономическими показателями развития экономики страны, ре гиона, отрасли.
Использование математического аппарата корреляционного анализа позво лило установить неслучайность (значимость) изменения показателей динамики объема выпуска кальцинированной соды VСi и степень их зависимости от ди намики индекса интенсивности промышленного производства (в химической и нефтехимической промышленности) IИППi. Определение точных количествен ных характеристик изменения динамики объема выпуска кальцинированной со ды VС производится с использованием методов регрессионного анализа.
Уравнение линейной регрессии динамики объема выпуска кальцинирован ной соды на динамику индекса интенсивности промышленного производства в химической и нефтехимической промышленности определяется в следующем виде:
VC = 1I ИПП + 0, (9) где 0, 1 – искомые параметры регрессионной функции.
С учетом вычисленных значений параметров 0, 1 искомое уравнение рег рессии примет вид VC = 2,062 I ИПП 109,648. (10) Полученное значение критерия R2=0,919 для исследуемой регрессионной зависимости свидетельствует о том, что динамика индекса интенсивности про мышленного производства в химической и нефтехимической промышленности в достаточной мере определяет изменение объемов выпуска кальцинированной соды. Качество модели определяется по критерию Фишера. Рассчитанное зна чение критерия Фишера больше табличного значения F=45,509 F распределения (df1=1, df2=4) для уровня значимости =0,05 (F = 7,709).
С учетом динамики прогнозируемых Правительством РФ реальных объемов произведенного ВВП в промышленности рассчитаны прогнозируемые значения объема выпуска кальцинированной соды на период 2003-2008 гг. (табл. 1).
Динамика прогнозируемого роста объемов загрязнения окружающей среды нефтепродуктами до 2008 г. с учетом прогнозируемой динамики объемов вы пуска кальцинированной соды и прогнозируемой динамики доли примесей уг леводородных компонентов в исходном сырье (рис.5) показана на рис. 7.
Таблица Прогноз динамики объема выпуска кальцинированной соды на ОАО «Сода» за период 2003-2008 гг.
Наименование показателя 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г.
Неблагоприятный прогноз 105,5 104,2 105,0 105,9 105,9 105, VС, в % к пред. году Неблагоприятный прогноз 1359368 1416461 1487284 1575034 1667961 VС, т.
Благоприятный прогноз 105,5 106,3 107,5 107,9 107,9 107, VС, в % к пред. году Благоприятный прогноз 1359368 1445008 1553384 1676101 1808513 VС, т.
Рис. 7. Прогноз объемов загрязнения окружающей среды нефтепродуктами В прогнозе загрязнения окружающей среды до 2008 г. рост объемов произ водства кальцинированной соды, обусловленный растущим спросом и интен сивным развитием производства в нашей стране и динамика примесей нефтяно го происхождения в известняке оказывают соизмеримое влияние на исследуе мый параметр. Однако при достижении предприятием объемов выпуска на уровне проектной мощности вклад составляющей, обусловленной ростом при месей нефтяного происхождения в известняковом сырье, будет расти, и дина мика объемов загрязнения окружающей среды нефтепродуктами будет в боль шей степени определятся именно ухудшением качества природного карбонат ного сырья.
Глава 4. Разработка схем вывода нефтяных примесей из технологиче ского процесса. Исследование эффективности очистки сточных вод содового производства от нефтепродуктов выявило ряд проблем, основная из которых – неудовлетворительная степень очистки стоков. Рядом факторов обусловлена необходимость разработки дополнительных природоохранных мероприятий, направленных на существенное снижение доли нефтепродуктов в сбрасываемых водах содового производства.
При разработке схем вывода примесей нефтяного происхождения из техно логического цикла существует два основных направления. Первое – выделение нефтепродуктов непосредственно из технологического газа, выходящего их из вестково-обжигательных печей. Второе направление – выделение нефтепродук тов из сточных вод, образующихся в результате промывки технологического га за на скрубберах и трубах Вентури перед опытно-промышленной установкой очистки сточных вод.
В результате снижения нагрузки на существующую установку очистки сточных вод значительно повысится ее эффективность.
Использование при адсорбции нефтепродуктов из печных газов известково обжигательных печей коксовой мелочи, образующейся в результате отсева при отборе кокса для обжига известняка (значительные запасы которой имеются на предприятии), определяется следующими факторами. Во-первых, выделение ад сорбированных продуктов из коксовой мелочи – простой и дешевый процесс, позволяющий получить нефтепродукты практически в чистом виде и утилизи ровать их в обычных котельных. Во-вторых, адсорбция нефтепродуктов из тех нологического газа характеризуется высокой степенью эффективности.
Другой предлагаемый способ выделения нефтепродуктов из технологиче ского цикла – адсорбция нефтепродуктов из сточных вод после первой ступени очистки и охлаждения технологического газа. Для использования в качестве сорбентов при очистке сточных вод цеха известковых печей от нефтепродуктов было решено исследовать свойства ряда шламовых отходов содового производ ства с развитой удельной поверхностью: шлам рассолоочистки, шлам дистил лерной жидкости и мелкие остатки гашения. По результатам экспериментов, сорбционные свойства шлама рассолоочистки оказались наиболее высокими по сравнению с другими шламовыми отходами.
В рамках обследования эффективности очистки сточных вод производилось изучение адсорбционных свойств коксовой мелочи по нефтепродуктам. Резуль таты исследований показали, что коксовая мелочь обладает высокими адсорб ционными свойствами при очистке сточных вод от нефтепродуктов.
Для рассмотренных схем вывода нефтепродуктов из технологического цик ла предложены принципиальные схемы аппаратурного оформления процессов, рассчитан предотвращенный экологический ущерб (табл. 2) согласно прогнози руемой массе количества примесей в известняковом камне.
Таблица Прогнозируемый предотвращенный экологический ущерб, руб.
№ Мероприятие 2004 г. 2006 г. 2008 г.
Адсорбция нефтепродуктов из печного 1 148555,0 170835,5 195990, газа шламом рассолоочи Адсорбция н/п 2 137000,1 157566,8 180759, стки из сточных вод коксовой мелочью 3 140317,3 161353,9 185099, На основании проведенных исследований сделаны следующие основные выводы:
1. На основе теоретических и экспериментальных исследований произведен анализ основных тенденций ограниченности природного минерального сырья для производства кальцинированной соды: показана невозможность использо вания обводненной части известняков карьера горы Шах-Тау;
исследованы проблемы ухудшения качества известняка, выявлены закономерности роста количества битуминозных включений в сырье, доказано их природное проис хождение.
2. Выполнены теоретические исследования физико-химических превращений примесей природного нефтяного происхождения карбонатного сырья в техно логическом процессе получения кальцинированной соды.
3. Установлена зависимость роста количества нефтепродуктов в сточных во дах цеха известковых печей ОАО «Сода» от ухудшения качества карбонатного сырья.
4. С помощью аналитических методов ИК-спектроскопии выявлено сходство структурных элементов примесных углеводородных компонентов известняка месторождения Шах-Тау и нефтепродуктов в сточных водах узла очистки тех нологического газа.
5. Разработана математическая модель, на основе которой было выполнено прогнозирование динамики доли нефтепродуктов в сточных водах в зависимо сти от роста содержания углеводородных примесных компонентов в известня ковом сырье и от изменения объемов выпуска кальцинированной соды.
6. Основываясь на принципах безотходного производства, разработаны схемы вывода нефтяных примесей из технологического цикла производства кальци нированной соды с использованием шламовых отходов и некондиционного коксового сырья.
7. По полученным результатам исследования произведен расчет предотвращенного эколого-экономического ущерба.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих печат ных работах:
1. Даминева Р.М., Мотина Н.Н. К вопросу о взаимосвязи экологической и экономической политики // Сб. тез. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. – Стерлитамак: СГПИ, 2001.
2. Мотина Н.Н., Абдрахимов Ю.Р. О некоторых подходах к теории безотход ных технологий // Материалы трудов конференции молодых ученых, аспиран тов и студентов. - Уфа, УГНТУ, 2003.
3. Мотина Н.Н., Абдрахимов Ю.Р. Некоторые аспекты теории и практики ор ганизации безотходных производств // Реновация: отходы-технологии-доходы:
Материалы Всерос. науч.-практ. конф. - Уфа, 2004. - С.151-152.
4. Мотина Н.Н., Абдрахимов Ю.Р. Применение отходов производства ОАО «Сода» для очистки сточных вод предприятия // Реновация: отходы технологии-доходы: Материалы Всерос. науч.-практ. конф. - Уфа, 2004. - С.7 10.
5. Мотина Н.Н., Шатов А.А., Мотин В.В., Абдрахимов Ю.Р. Моделирование и прогнозирование темпов загрязнения окружающей среды // Современные про блемы химии, химической технологии и экологической безопасности: Мате риалы Всерос. научн.-практ. конф. – Стерлитамак: ЗАО «Каустик»;
Уфа: Ги лем, 2004 - С. 261-266.
6. Мотина Н.Н., Абдрахимов Ю.Р., Мотин В.В., Ишмаков Р.М. Моделирова ние загрязнения природы нефтяными фракциями при производстве кальцини рованной соды. - М., 2004 – 17 с.- Деп. в ВИНИТИ № 1623- В2004.
7. Мотина Н.Н., Абдрахимов Ю.Р., Мотин В.В., Ишмаков Р.М. Прогнозирова ние загрязнения окружающей среды при производстве кальцинированной со ды. - М., 2004 – 16 с. - Деп. в ВИНИТИ № 1622- В2004.
8. Мотина Н.Н., Абдрахимов Ю.Р. Моделирование и прогнозирование объе мов загрязнения энергоносителей при производстве соды // Уралэнерго-2004:
Материалы IV Российс. форума;
Энергоэффективность. Проблемы и решения:
Материалы научн.-практ. конф. – Уфа;
ТРАНСТЭК, 2004. - С.118-119.
9. Мотина Н.Н., Абдрахимов Ю.Р. Методологические аспекты моделирования объемов загрязнения окружающей среды // Состояние и перспективы правово го регулирования природоохранной деятельности на региональном уровне:
Материалы Межрегиональной научн.-практ. конф. - Уфа, 2004.
Подписано в печать 30.12.2004 г. Бумага офсетная. Формат 60х84 1/16.
Печать трафаретная. Печ. л. 1,5. Тираж 90 экз. Заказ № Типография Уфимского государственного технического университета.
Адрес типографии: 4500062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.