И их классификация

Сырьевые ресурсы – источники сырья для переработки в промышленном производстве.

Источниками сырья для химической промышленности являются природные материалы, полупродукты и вторичное сырье (рис. 2).

Источник сырья Виды сырья

Рудное

Минеральное Нерудное

Природные Растительное Горючее

материалы

Животное

Воздух, вода

Продукты других

Полупродукты производств

Побочные продукты

Отходы производства

Вторичное сырье

Отходы потребления

Рис. 2. Сырьевые ресурсы химической промышленности

Источниками природных материалов являются окружающая среда – земные недра, гидросфера и атмосфера; растительный и животный мир.

Природные материалы классифицируют:

– по происхождению – минеральные, растительные и животные;

– по запасам – невозобновляемые (руды, минералы, горючие ископаемые) и возобновляемые (вода, воздух, растительное и животное сырье);

– по химическому составу – неорганические (руды, минералы) и органические (нефть, уголь, природный газ);

– по агрегатному состоянию – твердые (руды, минералы, уголь, сланцы, торф), жидкие (вода, рассолы, нефть) и газообразные (воздух, природный газ).

Сырье можно подразделить на первичное (минеральное, растительное и животное, горючие ископаемые, вода и воздух) и вторичное (промышленные и потребительские отходы).

Минеральное сырье – это добываемые из недр земли полезные ископаемые, которые при данном уровне развития техники экономически эффективно могут быть переработаны в требуемые продукты. В свою очередь минеральное сырье включает рудное (металлическое), нерудное и горючее.

Рудным минеральным сырьем называют горные породы, из которых получают металлы. В ходе переработки многих видов рудного сырья наряду с металлами получают также другие химические продукты. Рудное сырье – это железные, медные, хромовые, титановые и другие руды, содержащие в основном оксиды и сульфиды металлов. Руды, в состав которых входят соединения разных металлов, называют полиметаллическими.

Нерудное минеральное сырье – горные породы, не содержащие металлы или содержащие в количествах, не пригодных для получения этих металлов промышленным путем. Из этого вида сырья производят используемые в промышленности химические, строительные и другие материалы. Так, галит (поваренная соль NaCl) – нерудное сырье, применяемое в производстве каустической соды NaOH и хлора; сильвинит – в производстве хлорида калия, являющегося удобрением, серный колчедан (пирит FeS₂) и сера – в производстве серной кислоты; апатит и фосфорит (группа фосфорсодержащих минералов, например, Са₅(РО₄)₃F) – в производстве фосфорной кислоты.

Горючее минеральное сырье содержит в своем составе углерод, поэтому его также называют углеродсодержащим. К этому виду сырья относят угли, нефть, горючие сланцы, природный газ, торф. Они способны сгорать в кислородсодержащей среде и поэтому служат источниками тепловой энергии. Из-за этого их также называют топливным сырьем. Горючее минеральное сырье – основа для очень широкой гаммы продуктов химических производств.

Нефть – смесь предельных и непредельных, алициклических и ароматических и других углеводородов – является сырьевой базой для группы химических производств, вырабатывающих бензин, мазут, моторное и дизельное топливо, обобщенно называемых нефтепереработкой.

Уголь, сланцы перерабатывают в разнообразные промежуточные продукты для процессов органического синтеза и других химических производств. Значительный интерес в последнее время вызван к углю как сырью, альтернативному нефти, разработаны методы его превращения в жидкие углеводороды (их смесь иногда называют «искусственной нефтью»), моторное топливо.

Широко используемым сырьевым ресурсом является природный газ, который содержит 95–99% метана и его гомологов. Природный газ служит сырьем для получения продуктов тяжелого органического синтеза, аммиака, пластических масс, синтетических каучуков, химических волокон, фармацевтических препаратов и др.

Растительное и животное сырье имеет происхождение, соответствующее их названию. Растительное сырье включает древесину, картофель, подсолнечник, сахарную свеклу, хлопок, лен, коноплю, отходы первичной обработки сельскохозяйственной продукции (подсолнечная, хлопковая лузга). Животное сырье представляет собой шерсть, кожу, жиры. Растительное сырье претерпевает следующие превращения: переработка его высокомолекулярных компонентов в неизменном или модифицированном виде (производство пластмасс, волокон); пиролиз с получением газообразных и жидких продуктов (оксид углерода, водород, масляные фракции); каталитическое, в частности ферментативное, расщепление полимерных компонентов с образованием органических продуктов (этанол, фурфурол, фенолы, кормовой белок и др.). Растительное и животное сырье перерабатывают в продукты питания (пищевое сырье), в бытовые и технические продукты. Так, твердые и жидкие растительные масла используют в производстве мыла, лакокрасочных материалов, вспомогательных веществ для отделки изделий легкой промышленности, а крахмалопродукты потребляются в текстильной промышленности. Стержни початков кукурузы, подсолнечная, рисовая и хлопковая лузга широко применяются в микробиологической промышленности в качестве сырья для производства кормового белка, фурфурола и ксилита.

Воздух и вода. Атмосферный воздух – это газообразная оболочка Земли высотой 2000 км с постоянно убывающей концентрацией химически не связанных и уникальных по своим свойствам компонентов. Общая масса земной атмосферы оценивается в 5100 трлн. т; 90% этой массы сосредоточено в слое высотой 16 км. В число постоянных составляющих воздуха входят следующие газы, об. %: азот – 78,16; кислород – 20,90; аргон – 0,93; гелий, неон, криптон, ксенон и другие инертные газы – 0,01. В технических расчетах принимают, что воздух содержит 79 об. % азота и 21 об. % кислорода.

Воздух в химической промышленности используют, в основном, как сырье или реагент в технологических процессах, а также для энергетических целей. Чистый кислород, выделяемый ректификацией жидкого воздуха, обычно применяется для кислородной плавки металлов, в доменном процессе и т. п. Кислород воздуха чаще всего используют в качестве окислителя: окислительный обжиг сульфидных руд цветных металлов, серосодержащего сырья при получении диоксида серы в сернокислотном и целлюлозно-бумажном производствах; окисление метана в некоторых процессах конверсии природного газа; неполное окисление углеводородов при получении спиртов, альдегидов, кислот и т. д.

Азот применяют как сырье в производстве синтетического аммиака и других азотсодержащих веществ и как инертный газ. Жидкий азот в синтезе аммиака используют для промывки конвертированного газа от оксида углерода, метана и аргона.

Из воздуха в промышленном масштабе получают почти все инертные газы. Только для производства гелия применяется пока в основном природный газ, в котором концентрация гелия выше, чем в воздухе. Инертные газы (аргон, гелий, неон, криптон и ксенон) широко используются в качестве эффективных защитных сред и рабочих веществ в металлургии, машиностроении, энергетике и других важнейших отраслях промышленности.

Воздух, применяемый в качестве реагента, подвергается в зависимости от характера производства специальной очистке от пыли, влаги и контактных ядов.

Вода не только непосредственно является реагентом во многих химических процессах, но и служит источником получения водорода и кислорода. Из высококонцентрированных соляных растворов (рапы) морских заливов (лагун) получают йод и бром. Воду используют как вспомогательный материал для приготовления растворов твердых, жидких и газообразных веществ, в качестве абсорбента при очистке газов.

Полупродукты – вещества и материалы, являющиеся целевым продуктом в одном производстве и исходным в другом. Например, продукт химического производства – аммиак – может выступать в качестве как продукта потребления – удобрения, непосредственно вносимого в почву, так и полупродукта – сырья для производства азотной кислоты, карбамида. В свою очередь, азотная кислота может быть продуктом потребления, например, в текстильной промышленности и полупродуктом – сырьем в производстве азотных удобрений. Бензол – продукт переработки нефти и угля – является полупродуктом – сырьем в производстве алкилбензолов. Масла, извлекаемые из растительного сырья, в дальнейшем используют в производстве мыла, лакокрасочных материалов, вспомогательных веществ для легкой промышленности. Нефть как сложная многокомпонентная смесь углеводородов является самым многоассортиментным минеральным сырьем. Продукты нефтепереработки – исходные вещества для многочисленных технологических процессов нефтехимической промышленности и производств органического синтеза.

Побочные продукты образуются в процессе переработки сырья наряду с целевыми продуктами производства, но не являются целью производственного процесса. Однако побочные продукты, как правило, могут быть использованы в качестве готовой продукции. Они в большинстве случаев бывают товарными, на них имеются ГОСТы и ТУ, их производство планируется. Те побочные продукты, которые получаются при добыче или обогащении основного сырья, принято называть попутными продуктами (попутный газ). Побочные и попутные продукты данного процесса, как правило, являются сырьем для другого производства.

Существенным источником химического сырья являются вторичные сырьевые ресурсы (ВСР) или вторичные материальные ресурсы (ВМР). К ним относятся отходы производства и отходы потребления.

Отходами производства могут быть остатки непрореагировавшего сырья, побочные и промежуточные продукты после выделения целевого продукта, материалы и полупродукты, используемые в процессе производства продукции. В зависимости от свойств и состава выделяют три основные группы отходов предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности: близкие к исходному сырью; к целевым продуктам; к сырью других производств или отраслей. К первой группе относятся отходы, из которых можно извлечь непрореагировавшее сырье или промежуточные продукты и вернуть их обратно в цикл, зачастую после регенерации. Ко второй группе принадлежат отходы, которые могут быть переработаны в продукты с заданным составом и свойствами. Третья группа включает в себя отходы, пригодные для переработки в других отраслях.

Отходами потребления называют различные бывшие в употреблении изделия и вещества, восстановление которых экономически нецелесообразно, например, полностью изношенные, выбывшие из строя машины, изделия производственного назначения из стекла, резины и пластмасс, отработанные реактивы, катализаторы и т. п. (отходы промышленного потребления) или пришедшие в негодность изделия домашнего обихода и личного потребления (отходы бытового потребления).

Вторичные материальные ресурсы полностью или частично заменяют первичные сырье и материалы в производстве необходимой продукции. Химическая промышленность, таким образом, выступает не только как потребитель природных ресурсов, но и как отрасль, сберегающая природное сырье. На нефтехимических предприятиях вторичными ресурсами являются различные углеводородные компоненты, отработанные катализаторы и реагенты. За счет их использования экономия сырья и материалов составляет не менее 20–25% от общего потребления.

В промышленно развитых странах повторное использование стали составляет 70%, меди – 55%, алюминия – 45%, олова – 45%, цинка – 21%. Необходимо отметить, что энергоемкость производства алюминия из вторичного сырья в 20 раз, а стали в 10 раз ниже, чем энергоемкость их производства из первичного сырья. Капитальные вложения при переработке вторичного сырья примерно в 4 раза меньше, чем при переработке первичного.

Использование вторичных ресурсов экономит традиционное сырье и снижает загрязнение окружающей среды. Так, многотоннажный отход производства фосфорной кислоты – фосфогипс целесообразно использовать, например, для химической мелиорации солонцеватых почв, в качестве добавки при производстве цемента, для изготовления гипсовых вяжущих, для производства серной кислоты и цемента. Наиболее перспективным и экономически целесообразным направлением применения галитовых отходов производства KCl является получение поваренной соли (пищевой и технической). Золошлаковые отходы можно использовать для производства цемента, кирпича, добавок в бетон и для других строительных целей. Шлаки черной металлургии являются хорошим сырьем для производства цемента, минеральной ваты, шлаковой пемзы и других материалов.

В последние годы благодаря развитию науки и техники номенклатура применяемых отходов в химической промышленности постоянно расширяется. В настоящее время частично или полностью используется более 250 видов отходов, в том числе таких многотоннажных, как огненно-жидкий шлак – отход фосфорной промышленности, применяемый для получения гранулированного шлака, шлаковаты, пемзы, ситаллов, щебня и других продуктов; фторсодержащие растворы – отходы производства простого и двойного суперфосфата, экстракционной фосфорной кислоты. Эти растворы используют для получения кремнефторидов и фторидов алюминия и натрия, заменяя при этом природное сырье – плавиковый шпат. Такие побочные продукты, как абгазная соляная кислота, хлороводород, раствор гидросульфита, отсев фосфорита, а также отходы производства полиамидных, полиэфирных и полиакрилонитрильных волокон, пенополиуретана, применяются полностью.

Отходы химических производств широко используются не только внутри отрасли, но и в других отраслях вместо дефицитных материалов и сырья. Абгазная соляная кислота может заменить в других отраслях дефицитную синтетическую соляную кислоту. Значительная часть железного купороса, мела мелких фракций, отходов содового и других химических производств ежегодно передается для удовлетворения производственных нужд предприятиям промышленности строительных материалов, сельскому хозяйству, мелиорации.

Сырье, применяемое в химико-технологических процессах, должно удовлетворять ряду требований, в частности обеспечивать:

– минимальное число стадий переработки в конечный продукт;

– минимальные энергетические и материальные затраты на подготовку сырья к химическому превращению и в целом на осуществление процесса;

– минимальное рассеяние исходной энергии, т. е. характеризоваться максимумом эксергии;

– возможно более низкий уровень температуры, давления, расхода энергии на изменение агрегатного состояния реагирующих веществ;

– максимальную концентрацию полезного компонента (реагента) и, соответственно, максимальную концентрацию целевого продукта в реакционной смеси.

Поиск по сайту: