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
- 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.
- 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. - 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.
- Жуков А.В., Ковалев В.Н. Способ переработки углекарбонатного минерального сырья. Патент RU № 2256611 С1, опубл. 20.07.2005, Бюл. № 20.
- Жуков А.В., Звонарев М.И., Жукова Ю.А. Линия для переработки углекарбонатного минерального сырья. Патент № 74912, Бюл. изобр. № 20, 2008.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.