Поиск

Поток

ЗЕЛЕНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ

17 Марта 2020
Светлана Сабило

Светлана Сабило

Обозреватель

Зеленые технологии прочно вошли в нашу жизнь. Один из самых наглядных примеров — современные холодильники. Они потребляют на 75% меньше электричества, чем их аналоги 1975 года, и в то же время примерно на 20% мощнее за счет эффективных систем охлаждения и изоляции. В целом наши холодильники более экологичны, чем их предшественники второй половины прошлого века.

заместитель директора — главный инженер ОАО «ГИАП» Максим ХМЫЛОВ

А вот насколько перспективны зеленые технологии в нефтехимическом комплексе? Каковы варианты их внедрения? На эти и другие вопросы отвечает заместитель директора — главный инженер ОАО «ГИАП» Максим ХМЫЛОВ.

 

В ГЛОБАЛЬНОМ МАСШТАБЕ

— Как могут ужиться зеленые технологии с нефтехимическими производствами?

— Они друг другу не противоречат. Передовые зеленые технологии позволяют длительное время эксплуатировать месторождения, добывать трудноизвлекаемые запасы нефти и газа, использовать попутный газ, а не сжигать его в факелах. К зеленым технологиям относятся утилизация отходов, применение новых изолирующих материалов, альтернативных источников энергии, например образующегося в процессе производства тепла, и т.п.

цитата

В глобальном масштабе зеленая химия в промышленном производстве развивается по трем направлениям — это новый синтез, в т.ч. с применением катализатора, возобновляемые источники сырья и энергии, замена традиционных органических растворителей. В 2005 году ученый-химик, лауреат Нобелевской премии Рёдзи Ноёри выделил три основных направления развития зеленой химии — использование сверхкритического CO2 в качестве растворителя, водного раствора перекиси водорода в качестве окислителя и водорода в асимметрическом синтезе.

 

Сегодня производство метанола, спрос на который растет из года в год, относится к зеленым технологиям. Компания ThyssenKrupp Industrial Solutions AG, лицензиар недавно запущенной технологии производства азотной кислоты в ОАО «Гродно Азот», предлагает схему производства метанола не из природного газа, а из воды и СО2, который получается в дымовых газах от сжигания топлива.

Предлагается из воды получать водород методом электролиза, используя возобновляемые источники энергии, а из него — метанол. Затем применять его в качестве топлива, продуктами использования которого являются СО2 и вода. Затем начинать процесс по новому кругу. А энергию для этого можно получать от солнца, ветра и т.п.

У российских производителей в планах или на начальной стадии реализации строительства находятся 8—10 проектов таких установок.

Кстати, ОАО «Мозырский НПЗ» для производства метил-трет-бутилового эфира использует метанол, поставляемый из ОАО «Гродно Азот». Как один из вариантов перспективного развития предприятия, полагаю, такая зеленая технология была бы вполне приемлема. Газы, в которых находится СО2, и вода на предприятии имеются.

ЗЕЛЕНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ

 

— Стоимость технологии, наверное, весьма ощутима?

— Сегодня она дорогая и не может конкурировать с крупнотоннажными установками или там, где природный газ используется в качестве дешевого сырья, как, например, в России. Но для стран, где цена на энергоресурсы высокая, в качестве альтернативного производства у этой технологии большие перспективы. Ведь во многих странах дальнего зарубежья действуют различные директивы, регламентирующие выбросы СО2. Поэтому все стремятся их сократить. Пусть это будет объект небольшой мощности, но предприятие уменьшит выбросы в окружающую среду и получит ценный продукт, излишки которого можно продавать.

— Какой растворитель более экологичен: вода или диоксид углерода?

— Во многих процессах в качестве растворителя используется вода. Однако для получения продукта из водного раствора воду необходимо упарить, вернуть в цикл, чтобы не потерять с выхлопными газами. На все это нужна энергия. Как растворитель жидкий СО2 намного эффективнее воды. Наглядный пример — производство растворимого кофе. Его получают с использованием СО2. Кофеин экстрагируют углекислотой, затем снижают давление. Углекислота испаряется, ничем не загрязняя кофе. В результате при минимальных энергетических затратах получается необходимый пищевой продукт. Если бы это делали с применением воды, то сколько бы потребовалось энергии на ее испарение и очистку!

цитата

К преимуществу СО2 можно отнести также и то, что достичь сверхкритического состояния диоксида углерода проще, чем воды, — он дешевый, относительно нетоксичный. Для него характерны низкая вязкость, небольшая теплота испарения, что исключает перегрев, а также легкость выделения из реакционной среды в виде газа при сбросе давления.

 

СО2 — это продукт, который мы можем взять из отходов существующих производств, и тем самым уменьшить количество выбросов, снизить экологическую нагрузку.

 

 


ПРИНЦИПЫ

В 1998 году П.Т. Анастас и Дж.С. Уорнер в своей книге «Зеленая химия: теория и практика» сформулировали двенадцать принципов зеленой химии:

  1. Лучше предотвратить потери, чем перерабатывать и чистить остатки.
  2. Методы синтеза необходимо выбирать таким образом, чтобы все материалы, использованные в процессе, были максимально переведены в конечный продукт.
  3. Методы синтеза по возможности следует выбирать так, чтобы применяемые и синтезируемые вещества были как можно менее вредными для человека и окружающей среды.
  4. Создавая новые химические продукты, необходимо стараться сохранить эффективность работы, достигнутую ранее, при этом токсичность должна уменьшаться.
  5. Вспомогательные вещества при производстве, в частности растворители или разделяющие агенты, лучше не использовать, а если это невозможно, то их применение должно быть безвредным.
  6. Обязательно следует учитывать энергетические затраты, их влияние на окружающую среду и стоимость продукта. Синтез по возможности надо проводить при температуре, близкой к температуре окружающей среды, и при атмосферном давлении.
  7. Исходные и расходуемые материалы должны быть возобновляемыми во всех случаях, когда это технически и экономически выгодно.
  8. Если возможно, необходимо избегать получения промежуточных продуктов.
  9. Всегда следует отдавать предпочтение каталитическим процессам (лучше — наиболее селективным).
  10. Химический продукт должен быть таким, чтобы после его использования он не оставался в окружающей среде, а разлагался на безопасные продукты.
  11. Необходимо развивать аналитические методики, чтобы отслеживать в реальном времени образование опасных продуктов.
  12. Вещества и формы веществ, применяемые в химических процессах, нужно выбирать таким образом, чтобы риски химической опасности, включая утечки, взрыв и пожар, были минимальными.

 

ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ

— Максим Геннадьевич, на ваш взгляд, в каких сегментах нефтехимического комплекса внедрение зеленых технологий наиболее актуально и перспективно?

— Если рассматривать глобально, то, полагаю, усилия должны быть направлены, прежде всего, в сторону производства минеральных удобрений. Там просматривается явный рост экологичного производства. Думаю, необходимо начинать не с крупнотоннажной, а малотоннажной зеленой химии, где выпускают продукты с высокой добавленной стоимостью в небольших объемах.

Нефтепереработка тоже уходит, как говорится, немного в сторону, ориентируясь на продукцию средне- и малотоннажной химии. На мой взгляд, перспективное зеленое направление — это развитие процесса получения водорода методом электролиза за счет зеленой энергетики.

На нефтехимических производствах двуокись углерода выбрасывается с дымовыми газами, поэтому всегда актуальны зеленые преобразования. Думаю, и дальше будут развиваться технологии, заменяющие воду как растворитель на СО2, поэтому перспективы развития и актуальность внедрения зеленых технологий будут лишь расти.

— Что можно сказать о производстве аммиака?

цитата

— Хорошим примером комплексного инженерного подхода к использованию современных технологий и зеленых принципов может служить работа над обоснованием инвестиций по реконструкции агрегата аммиака в цехе «Аммиак-3» ОАО «Гродно Азот». Изначально этот агрегат создан как энерготехнологическая система, в которой потребность в энергии для привода компрессоров обеспечивается в основном за счет утилизации тепла химических реакций.

 

Машинный зал компрессии цеха «Аммиак-3»
Машинный зал компрессии цеха «Аммиак-3»

Энерготехнологическая схема агрегата имеет достаточно низкую энергоемкость производства, которая в настоящее время составляет 8,8 Гкал на 1 т производимого аммиака. Однако резервы агрегата полностью не исчерпаны, и специалисты ОАО «Гродно Азот» рассматривают возможность очередной реконструкции, чтобы повысить производительность еще на 15—30% с увеличением энергоэффективности до уровня агрегатов последнего поколения.

Нашим институтом совместно с признанными мировыми разработчиками технологий производства аммиака — Casale (Швейцария), Kellogg Brown&Root (Великобритания) и Haldor Topsoe A/S (Дания) — выполнено обоснование инвестиций по этому вопросу. Зарубежные компании имеют значительный мировой опыт как по внедрению новых установок, так и по реконструкции действующих агрегатов аммиака. Предложенные разработчиками мероприятия основаны в том числе на зеленых технологиях, так как поставленная задача по снижению удельного энергопотребления возможна только за счет эффективности внутренних ресурсов путем сокращения тепловых потерь, переработки отходов, уменьшения количества побочных продуктов, повышения КПД турбин, компрессоров.


СПРАВКА

Агрегат производства аммиака по технологии компании Kellogg (США) в цехе «Аммиак-3» в ОАО «Гродно Азот» введен в эксплуатацию в мае 1979 года. Проектная мощность 450 тыс. т в год аммиака при суточной производительности цеха 1 360 т аммиака. С 1981 по 2018 год на данном агрегате были реализованы мероприятия, которые позволили увеличить его суточную производительность на 20% — до 1 630 т в сутки. По проекту ОАО «ГИАП» внедрена автоматизированная система управления технологическим процессом с системой противоаварийной защиты с тренажерами для подготовки операторов.


 

Цех «Аммиак-3»
Цех «Аммиак-3»

 

Основные мероприятия, которые позволят выполнить обе задачи — повысить производительность и снизить энергопотребление:

  • установка дополнительного реактора теплообменного риформинга, использующего высокотемпературное тепло от установки вторичного риформинга для осуществления риформинга газа вместо сжигания природного газа;
  • реконструкция конвективной зоны существующей печи риформинга для более эффективного использования тепла;
  • реконструкция отделения очистки от CO2 для снижения энергопотребления за счет ступенчатого снижения давления раствора абсорбента;
  • установка дополнительной колонны синтеза аммиака с новым катализатором с блоком утилизации тепла;
  • модернизация насадки в существующей колонне синтеза аммиака для снижения гидравлического сопротивления;
  • повышение эффективности существующего контура синтеза аммиака за счет уменьшения количества инертных соединений в контуре синтеза путем внедрения новой установки аммиачной промывки между второй и третьей ступенями компрессора синтез-газа;
  • установка блока выделения аммиака и водорода из танковых и продувочных газов с возвратом их в процесс;
  • установка дополнительной холодильной системы для цикла выделения аммиака на базе литий-бромистой холодильной машины;
  • реконструкция системы очистки газового конденсата;
  • реконструкция, замена компрессорного оборудования и паровых приводных турбин;
  • оптимизация системы производства и потребления пара для обеспечения «нулевого» баланса;
  • замена внутренних устройств реакторного и колонного оборудования для снижения гидравлического сопротивления системы;
  • замена горелочных устройств на печи риформинга, обеспечивающих пониженное образование NOx.

 

Основные принципы зеленых технологий, которые используют на производстве аммиака:

  • минимальное образование отходов за счет извлечения ценных продуктов (аммиак, водород) из продувочных и танковых газов;
  • получаемые продукты должны быть максимально чистыми и по возможности применяться в технологическом процессе повторно. Этот принцип используется на стадии очистки газового конденсата в целях его повторного использования в системе парообразования;
  • применение каталитических процессов на стадии теплообменного риформинга, синтеза аммиака повышает выход целевых продуктов и снижает энергию активации химических реакций, что в свою очередь снижает энергетические затраты на процесс.

 

Полученные продукты — аммиак и диоксид углерода — используют для производства карбамида, являющегося высокоэффективным удобрением для выращивания сельскохозяйственных культур. Мочевина, находясь в почве, подвергается воздействию почвенных вод, под влиянием которых она гидролизуется и превращается в карбонат аммония. При благоприятных условиях, определяющих превращение мочевины в аммиачную форму (температура, влажность, наличие микроорганизмов), азот поглощается корнями растений или превращается под влиянием почвенных кислот в нитратную форму. Связанный азот в свою очередь в процессе денитрификации превращается в азот, используемый для синтеза аммиака. Тем самым обеспечивается принцип возобновления сырья, используемого для производства, и полной утилизации продуктов производства за счет биохимических природных процессов.

Резервуар для хранения жидкого аммиака
Резервуар для хранения жидкого аммиака

 

— Насколько энергоэффективным окажется модернизированный агрегат?

цитата

— Основные показатели, которые могут быть достигнуты при проведении реконструкции агрегата для производства аммиака, — это снижение удельного расхода природного газа на синтез на 4%, на топливо — на 34%, удельного расхода деминерализованной воды — на 34%. За счет внедрения новых горелочных устройств, созданных с применением современных технологий конструирования, будет обеспечено сокращение выбросов оксидов азота на 23%, что эквивалентно 250 т в год. Валовой выброс загрязняющих веществ в атмосферу уменьшится на 25—30 т в год. Оптимизация работы системы парообразования и паропотребления, а также внедрение методов очистки процессного газового конденсата с использованием его в качестве воды для производства пара обеспечит сокращение объемов речной воды на 100—150 тыс. м3 в год.

 

С первого взгляда эти показатели кажутся фантастическими. Но любое чудо — это всего лишь результат правильных целей и подходов к их реализации. Надеюсь, что выполненная работа по оценке путей реконструкции в скором будущем будет реализована. Мы станем свидетелями и участниками процесса внедрения современных зеленых технологий, которые позволят сохранить природные ресурсы и обеспечат минимальное воздействие на окружающую среду, при котором будет соблюдаться принцип баланса между природными возможностями по утилизации отходов и развитием человечества.

ФОТО автора, Валерий Василевич, ОАО «ГИАП»

 

Самое интересное в белорусской нефтехимии всегда на нашем Telegram-канале. Присоединяйтесь!

 

 

ГИАП Зеленые технологии Нефтехимия Внедрение Максим ХМЫЛОВ
17 Марта 2020
376
Рейтинг: 4