Экологические аспекты утилизации промышленных азотсодержащих отходов коксохимии
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УТИЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ КОКСОХИМИИ
Т.Ф. Дорошенко, Ю.Г. Скрыпник, С.H. Лящук, И.В. Романенко
Институт физико-органической химии
и углехимии им. Л.М. Литвиненко HАН Украины, г. Донецк
Современный этап развития производства в нашей стране сопровождается высоким риском техногенных аварий (в 1995-2000 гг. - более 300 чрезвычайных ситуаций), что связано с износом основных производственных фондов на 39-48 % и коррозионно-механическим разрушением трубопроводов и других металлоконструкций. Это приводит к ежегодным потерям 9-15 % металлофонда Украины и увеличению техногенных загрязнений окружающей среды, негативно влияющих на экологическое равновесие в природе [1]. Поэтому постоянно растет роль коррозионной и экологической науки, как основного фундамента безопасности жизни и деятельности людей.
В последние десятилетия проявились технократический уклон, пренебрежительное отношение к решению экологических проблем, продолжает проводиться практика неразумного "покорения природы", "варварских" способов обработки и использования природных ресурсов. По предварительным оценкам ученых, улучшение экономики при помощи затратного механизма, развитие производства "взаймы" привело бы к разрушению природы уже через 15-20 лет. Поэтому крайне необходимо внедрение новейших природоохранительных технологий, обеспечивающих эффективную очистку, обезвреживание, улавливание вредных выбросов и отходов, что позволит одновременно решить проблему охраны окружающей среды от загрязнений и проблему ресурсосбережения и расширения сырьевой базы промышленного комплекса.
Анализ нынешнего состояния производства показывает, что в настоящее время в Украине сложилась критическая ситуация с промышленными отходами. Причем, особо актуальны вопросы охраны окружающей среды в коксохимии (в частности, в Донецком регионе), которая
вносит большой негативный вклад в загрязнение атмосферы, водного бассейна и почвы. В современных условиях дефицита и высокой стоимости сырья и материалов экологическое и экономическое значение этой проблемы трудно переоценить, так как проводимая в последнее время переработка угля с точки зрения достаточно полной утилизации коксохимического сырья весьма несовершенна. Так сегодня из 14 коксохимических заводов Украины лишь Криворожский КХЗ частично (на 10 %) выделяет и рационально использует легкие пиридиновые фракции, а еще недавно 10-12 КХЗ выделяли их на 30-40 %. Необходимость утилизации отходов коксохимической промышленности связана, с одной стороны, с увеличивающимися темпами роста промышленных отходов, а с другой - с экономией их расходования, поскольку запасы вторичного сырья небезграничны, а цены на него и затраты на воспроизводство ресурсов непрерывно растут. Применительно к коксохимии это означает обеспечение термической переработки каменного угля при минимальных энергетических затратах и максимальном извлечении полезных веществ, особенно азотсодержащих. При этом поиск новых способов рационального использования промышленных отходов в качестве противокоррозионных материалов, в том числе ингибиторов коррозии, несомненно, важен.
На основе многолетних исследований промышленных азотсодержащих отходов коксохимического производства, в частности, легких и тяжелых пиридиновых оснований, было установлено, что они содержат целый ряд веществ (около 120 соединений ароматического и гетероциклического строения), способных служить основой для производства различных химических реагентов: ингибиторов коррозии и солеотложения в различных коррозионно-агрессивных средах, дезактиваторов и т.п. Такое использование азотсодержащих отходов и побочных продуктов коксохимической промышленности обусловлено наличием следующих преимуществ: чрезвычайно высокой термо- и химической стойкости, многопрофильности использования, потенциальной возможности промышленного выделения из каменноугольной смолы на стандартном оборудовании по простой технологии и др. Однако, как показывает практика, сами отходы производства в исходном состоянии в большинстве случаев использоваться не могут ввиду загрязненности и, соответственно, невысокой эффективности. После соответствующей технологической переработки отходов (растворение, нейтрализация, термообработка, разделение на фракции и т.д.) образуются вещества, из которых путем научно обоснованного и целенаправленного синтеза можно получить новые соединения с заранее заданными свойствами: противокоррозионными, деэмульгирующими, биоцидными, моющими, протипарафинистыми и др.
Хроматографически (длина колонки 3 м, диаметр 4 мм, неподвижная фаза - 5 %-ный полиэтиленгликоль адипинат, нанесенный на хроматон N-AW, температура 100-200° С, газ-носитель - гелий 50 мл/мин) были выделены и изучены фракции каменноугольных пиридиновых и хинолиновых оснований, представляющие собой сложные по составу смеси [2] и содержащие тяжелые пиридиновые основания (выход в % от смолы): легкая фракция 0.4-0.8, фенольная – 1.5-2.5, нафталиновая - 9-12, поглотительная - 9-13, антраценовая - 19-24.
Гравиметрически было исследовано защитное действие узких коксохимических фракции в трех промысловых средах.
Таблица 1.Защитная эффективность коксохимических фракций и некоторых азинов, входящих в их состав, при торможении коррозии в различных промысловых средах
Наименование фракции,
соединения
Защитная эффективность Z, %
углево-дород-ная
водная минерализо-ванная
смесь
УВ-вода (1:1)
парогазовая среда над смесью
УВ-вода
Широкая
лутидиновая
Хинолиновая I
Пиридин
Хинолин
84-89
90-93
42-47
72
82-84
94-96
51
77
83-86
88-93
49-52
72-75
79-82
68-74
67-70
53-56
Следует отметить, что благодаря различной растворимости отдельных составляющих фракций в воде, водно-метанольной смеси и углеводородах, различной адсорбируемости на поверхности металла и другим различиям в свойствах ингибиторные композиции на основе фракций легких и тяжелых пиридиновых оснований могут обладать высоким защитным эффектом в широких границах применения.
Также была изучена противокоррозионная активность производных пиридина и хинолина, входящих в состав коксохимических фракций, в условиях сернокислотной (сталь 20, 0.1 М раствор H2SO4, концентрация азинов 0.01 моль/л, температура 30° С, время эксперимента 4 ч) и сероводородной (сталь 20, pH раствора H2S в воде равно 5, концентрация азинов 0.005 моль/л, температура 30° С, время эксперимента 20 ч) коррозии [3,4]. Обнаружена высокая противокоррозионная эффективность замещенных пиридинов и хинолинов в различных коррозионно-активных средах, что дает основание для использования промышленных отходов и побочных продуктов коксохимии, содержащих в своем составе соединения аналогичного строения, в качестве эффективных ингибиторов коррозии металлов. Причем, пиридины с донорными заместителями - для эффективной защиты от разрушающего действия сероводорода, а с акцепторными - в ингибиторных композициях кислотной коррозии. В то же время защитное действие ингибиторов на основе пиридиновых оснований во многом определяется и биоцидными свойствами соединений, входящих в их состав, а также характером влияния их на процессы жизнедеятельности бактерий. Отобранные нами в результате коррозионных исследований отходы протестированы в соответствии с предлагаемыми нормами прогнозной санитарно-гигиенической оценки. Выявлены наиболее перспективные из них по показателям растворимости, степени очистки, пожаровзрывобезопасности и др. Противокоррозионную эффективность ингибиторов исследовали на моделях пластовой воды с содержанием сероводорода 100 мг/л, биоцидную активность проверяли согласно методике определения сульфатредуцирующих бактерий в нефтепромышленных средах при концентрациях ингибиторов 25-200 мг/л и контакте в течение 24 часов.
Таблица 2.Защитная и биоцидная активность ингибиторов на основе отходов коксохимического производства
Наименование
ингибитора
Защитное действие Z, % при концентрации, мг/л
Конц. ингибитора,
при которой погибают все бактерии, мг/л
100
50
25
Фуксар-2
СКИ-2
Фуксар-4
92
93
95
90
90
90
88
80
85
200
50
200
Как показали проведенные исследования, биоцидная эффективность предложенных композиций связана с адсорбцией таких катионоподобных ингибиторов, на отрицательно заряженной поверхности стали и несущих отрицательный заряд клетках сульфатредуцирующих бактерий, изменением их электрических и гидрофобных свойств и структуры двойного электрического слоя на границе их раздела.
В результате проведенных исследований влияния структуры соединений на их защитные свойства были модифицированы известные ингибиторы коррозии, расширен спектр их действия, а также разработаны новые ингибиторы комплексного действия серии "Донбасс", "Фуксар" и др.
Таким образом, перспективным и экономически выгодным направлением в создании ингибиторов коррозии является применение малоиспользуемых продуктов и отходов коксохимического производства.
Литература
1. Разработка новых антикоррозионных материалов и ингибиторов солеотложения на основе отходов химических производств // Толстых В.Ф., Лилак Н.Н., Самонова Л.С., Ольхов Г.Р., Козловская Л.С. / Физико-химическая механика материалов. Спец. выпуск: "Проблемы коррозии и противокоррозионной защиты материалов". – 2000, № 1. – С.500-503.
2. Каменноугольные хинолиновые основания – перспективное сырье для производства ингибиторов коррозии// Скрыпник Ю.Г., Дорошенко Т.Ф. / Физико-химическая механика материалов. – 1996. – Т.32, № 4. – С.19-27.
3. О роли структуры замещенных азинов в ингибировании кислотной коррозии // Дорошенко Т.Ф., Скрыпник Ю.Г., Лящук С.Н. / Защита метал лов. – 1995. - Т.31, № 4. – С.360-364.
4. Влияние природы коррозионной среды на скорость и механизм ингибиторной защиты азинами // Дорошенко Т.Ф., Скрыпник Ю.Г., Жовнирчук В.М. / Физико-химическая механика материалов. 1996. - Т.32, № 5. - С.60-67.
Другие новости
| 07.03.2001 | Экономико – математическая модель |