Сравнительный анализ экологических и технико-экономических показателей ртутного и безртутных методов получения хлора и каустической соды

дамента, над которым платформенный чехол имеет антиклинальное строение. Современные опускания, фиксируемые на графиках отрицательными аномалиями, совпадают с впадинами в рельефе фундамента, над которыми платформенный чехол залегает синклинально. В свою очередь, устанавливается отчетливая связь выступов и впадин фундамента с его геотектонической природой.

Отрицательные структуры платформенного чехла и соответствующие им впадины в рельефе фундамента, отражающиеся на графиках вариации уклонов в виде отрицательных аномалий, обычно соответствуют грабенам или синклиналям палеозойского фундамента либо мезозойско-кайнозойским отложениям чехла.

На графиках вариаций уклонов (рис. 1,2,3) продольных профилей рек выявляются новейшие разломы, обычно совпадающие с зонами древних (палеозойских) разломов. Наиболее значительные молодые разломы приурочены к границам между положительными и отрицательными аномалиями, то есть к границам между новейшими поднятиями и опусканиями. Установлено, что на участках положительных деформаций четвертичные отложения уменьшаются по мощности до 10 - 20 м, на участках отрицательных деформаций их мощность резко увеличивается до 100-120 м (по данным бурения, по материалам АТГФ).

Проведенными исследованиями установлено, что деформации продольного профиля русел рек Зейско-Буреинской равнины имеют в основном тектоническое происхождение и сформированы в течение плиоцен-голоцена (N2-0^); положительные и отрицательные аномалии уклонов продольного профиля рек соответствуют зонам молодых (голоценовых) поднятий и опусканий; современные поднятия и опускания совпадают с зонами молодых поднятий и опусканий; положительные и отрицательные структуры мезозойско-кайнозойского платформенного чехла (поднятия и прогибы) фиксируются достаточно четко на графиках (см. рис. 1,2,3) вариаций уклонов рек в виде соответствующих положительных и отрицательных аномалий; зоны неотектонических поднятий совпадают с гранитными массивами или с горст-антиклиналями в палеозойском фундаменте, а зоны опусканий - с грабен-синклиналями фундамента; новейшие разломы фик-

сируются на графиках вариаций уклонов продольного профиля в виде относительно резких уступов. При анализе графиков вариаций уклонов продольных профилей русел рек Зейско-Буреинской равнины в комплексе с другими геолого-геоморфологическими данными выявлены зоны неотектонических поднятий и опусканий и соответствующие им платформенные структуры, с которыми обычно совпадают те или иные структуры погребенного фундамента; установлены не выраженные в рельефе молодые разломы и почти полная прямая унаследовательность тектонических форм от палеозойского фундамента через платформенные структуры к современным морфоструктурам.

Для верховьев речных систем характерны речные перехваты, которые не влияют, однако, существенным образом на рисунок основной речной сети, а тем более на направления главнейших линий стока. На космических снимках четко прослеживается изменение направления русла (рек Ивановка, Томь, Белая, Завитая). Перехваты являются следствием дифференцированных движений земной коры в пределах относительно активных поднятий и развиваются, как правило, вдоль зон тектонических нарушений (Притуранский разлом - верховье р. Завитой; Томский разлом - верховья рек Ивановка, Белая, Томь) и повышенной тре-щиноватости. Эрозионно-денудационные процессы на таких участках в значительной степени определяются также литологией и физико-механическими свойствами пород, ландшафтными и климатическими особенностями территории.

Речная сеть Зейско-Буреинской равнины является весьма устойчивым геоморфологическим образованием и развивалась в соответствии с разновозрастным морфоструктурным перекосом и сопутствующими ему тектоническими разломами в земной коре, начиная с позднего мезозоя и по кайнозой включительно. Современные очертания речной сети Зейско-Буреинской равнины начали проявляться с позднего мезозоя — раннего кайнозоя. Четковидное строение крупных речных бассейнов обусловлено наложенностью де-прессионных морфоструктур на древнескладчатый участок континентальной земной коры, что характерно при прогрессивном увеличении площади континентальной земной коры.

УДК 502. 174

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РТУТНОГО И БЕЗРТУТНЫХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И КАУСТИЧЕСКОЙ СОДЫ

С.С.Овсянников1

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Представлен сравнительный анализ предприятия до и после реструктуризации, а также обоснован выбор варианта по технологии производства хлора и каустической соды мембранным методом. Табл. 3. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: безопасность при производстве; природопользование; экологическая безопасность; высокоопасные отходы.

1Овсянников Сергей Сергеевич, аспирант, тел.: 89501290717. Ovsyannikov Sergey Sergeevich, a postgraduate, tel.: 89501290717.

COMPARATIVE ANALYSIS OF ECOLOGICAL AND TECHNICAL AND ECONOMICAL SHOWINGS OF MERCURY

AND MERCUTY-FREE METHODS OF CHLORINE AND CAUSTIC PRODUCTION

S.S.Ovsyannikov

Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074

The author presents a comparative analysis of an enterprise before and after the conversion. He also justifies the choice of the variant on the production technology of chlorine and caustic soda by the membrane method. 3 tables. 5 sources.

Key words: safety in manufacturing; nature management; ecological safety; highly dangerous wastes.

Особенность производства хлора в мире заключается в том, что при производстве 1 тонны хлора образуется 1,13 т соды каустической. В связи с этим данные производства всегда сбалансированы по хлор-потреблению и сбыту соды каустической.

Каустическую соду называют «хлебом промышленности», ее используют практически все отрасли. По объемам потребления соды каустической судят об уровне развития экономики государства. Например, период с 1999 г. по 2001 г., когда объем продаж каустической соды в ОАО «Саянскхимпласт» увеличился на 12,4 тыс.т, характеризуется и подъемом экономики в России. При этом возросла цена на соду каустическую с 44,5 $ США за 1 тонну в 1999 году до 47,3 $ США за 1 тонну в 2000 году.

Увеличение спроса на соду каустическую в России вызвано тем, что в период с 1998 по 2001 год произошло сокращение хлорпотребляющих производств (производство фреонов, ЧХУ и др.). Соответственно возник дисбаланс между потреблением хлора и спросом на соду каустическую. Предприятия-производители соды каустической не могут увеличить свои мощности по данному продукту, т.к. отсутствует хлор-потребление. Кроме того, основные конкуренты ОАО «Саянскхимпласт» по производству хлора и соды каустической за последние 10 лет не обновляли и не модернизировали свои технологии, основное оборудование. Электролизеры работают 20 и более лет.

Действующее ртутное производство хлора и соды каустической ОАО «Саянскхимпласт» введено в эксплуатацию в 1979 году. По проекту в зале электролиза было установлено 96 ртутных электролизёров СДМ-200/7,5. Проектная мощность по хлору составляла 195000 тонн в год. Максимально достигнутая мощность по хлору в 1991 году составила 152000 тонн в год. В настоящее время установленная мощность по хлору составляет 102000 тонн в год. В работе находятся 62 ртутных электролизёра; 34 электролизёра из-за высокого физического износа выведены из эксплуатации и восстановлению не подлежат. Находящиеся в работе электролизёры эксплуатируются в течение 23-х лет без замены с выполнением только текущего ремонта, их износ составляет 90 - 95 %. Электролизёры СДМ 200/7,5 были изготовлены по разовому заказу в бывшем ГДР, поэтому замена изношенных электролизёров может быть осуществлена только на новые модели ртутных электролизёров. Российские правила ПБ 09-322-99 «Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении хлора» (пункт 2.1.1) предписывают, что все вновь

проектируемые и реконструируемые производства хлора должны оснащаться мембранными или диа-фрагменными электролизерами, исключающими использование ртути. Необходимость конверсии (перевода) ртутного производства хлора на безртутную технологию была продиктована и экологической ситуацией.

Институт геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН, проводивший изучение загрязнения ртутью бассейна Братского водохранилища, выдал заключение о необходимости закрытия ртутных производств ОАО «Усольехимпром» и ОАО «Саянскхимпласт». Ртутное производство на ОАО «Усольехимпром» было закрыто в октябре 1998 года.

ОАО «Саянскхимпласт», чтобы не допустить закрытие производства хлора, вынуждено было продекларировать свое решение о переводе к 2006 году ртутного производства хлора и соды каустической на безртутную технологию. В связи с этим вопрос о закрытии ртутного производства ОАО «Саянскхимпласт» был отложен до 2010 года. Основным сырьем для производства смолы ПВХ, наряду с этиленом, является хлор. Текущая потребность в хлоре составляет 135000 - 140000 тонн в год. При собственной выработке хлора 102000 тонн в год, ОАО «Саянскхим-пласт» вынуждено закупать и привозить со стороны 35000 - 40000 тонн хлора в год.

Основными поставщиками хлора являются: хлорное производство ОАО «Целлюлозно-картонный комбинат» г. Братск и Кемеровское ПО «Химпром». В 2002 году они обеспечили поставку 27825 тонн хлора.

Эти предприятия в настоящее время находятся в плохом техническом состоянии. Количество работающих электролизёров постоянно сокращается, основное оборудование не обновляется. Возможна ситуация, что из-за технического состояния данные предприятия снизят мощность по хлору или будут совсем остановлены. Если это произойдёт, ОАО «Саянскхимпласт» вынуждено будет снизить мощность по ПВХ.

Для обеспечения выработки ПВХ в объёме 230000 - 240000 тонн в год поставки из Братска и Кемерово при сохранении существующего положения обеспечат ОАО «Саянскхимпласт» в привозном хлоре на уровне 55%. Остальной хлор придется закупать в районах Урала и Европейской части РФ.

Доставка хлора с данных регионов становится проблематичной, так как «Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении хлора» ПБ 09-322-99 (пункт 8.2) запрещают транспортирование жидкого хлора по железной дороге

на расстояние свыше трех тысяч километров. Одновременно за счет высоких железнодорожных тарифов приобретение хлора в этих регионах экономически невыгодно для ОАО «Саянскхимпласт».

Для надежного обеспечения производства ПВХ собственным хлором и решения экологических проблем специалистами ОАО «Саянскхимпласт» был тщательно изучен вопрос выбора варианта конверсии ртутного производства на современную технологию [2].

В последнее десятилетие в мире активно развивается мембранная технология производства хлора и соды каустической, почти все новые и реконструируемые производства хлора строятся в мире по мембранной технологии. По данным ассоциации «Евро-хлор» доля мембранных производств в 1990 году составляла 14%, в 2000 году - 35%, в 2002 году - 42%. Такое положение обуславливается высокими технико-экономическими показателями мембранного производства, его экологической и промышленной безопасностью, по сравнению с другими методами. Ассоциацией «Еврохлор» принято решение о переводе к 2010 году всех ртутных производств на мембранную технологию.

Перевод ртутных производств на мембранную технологию в мире осуществляется в основном на действующих площадях с максимальным использованием имеющихся стадий и основного оборудования. Как показал опыт Японии (первая страна в мире, где все ртутные производства были переведены на мембранную технологию), конверсия на действующих площадях уменьшает ореол загрязнения ртутью, предприятия эффективнее проводят работы по демеркуризации объектов.

Такое положение обуславливается высокими технико-экономическими показателями мембранного метода производства хлора и соды каустической по сравнению с другими методами.

Учитывая мировой опыт и сложившуюся ситуацию по обеспечению хлором производства ПВХ, было предложено провести конверсию ртутного производства хлора и соды каустической на мембранную технологию на действующих площадях, с максимальным использованием имеющихся стадий и основного оборудования.

С целью выбора наиболее прогрессивного, экологичного и экономически выгодного метода получения хлора и каустической соды приведены краткие характеристики трех технологических вариантов: мембранный, диафрагменный и ртутный. Даны прогнозные оценки воздействий на окружающую среду (выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, водо-потребление и водоотведение, отходы производства).

При получении хлора и каустической соды ртутным методом в настоящее время в атмосферу в процессе производства выделяется ртуть металлическая в количестве 0,22 т/год, водород хлористый 8,21 т/год, хлор 3,66 т/год, сода кальцинированная 0,309 т/год.

При применении мембранного способа получения хлора и каустической соды постоянные выбросы загрязняющих веществ будут осуществляться только от

установки синтеза соляной кислоты. Выбросы будут представлены хлором 0.003 т/год и хлористым водородом 0.001 т/год. От установки абсорбции абгазного хлора предполагаются только аварийные выбросы хлора на санитарные колонны. С учетом таких выбросов около 3 часов в год в атмосферный воздух будет поступать 0.00002 т/год хлора при эффективности очистки 99,99%.

При диафрагменном методе постоянно действующими источниками выбросов загрязняющих веществ являются: установка электролиза, вентсистемы корпуса электролиза и цеха очистки рассола. От установки электролиза выбросы осуществляются через санитарные колонны. Загрязняющим веществом является хлор. Выброс хлора в атмосферу составит 0,058 т/год.

Из приведенных параметров выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух очевидно, что при реализации планируемой конверсии производства хлора и каустической соды ртутным методом на мембранную технологию будут исключены выбросы в атмосферный воздух ртути металлической и соды кальцинированной (в связи с применением при очистке рассола уже готового раствора). Выбросы хлора будут сокращены на 3.663 т/год, выбросы хлористого водорода - на 8.217 т/год. При применении диафрагменно-го метода также будут исключены выбросы ртути металлической и кальцинированной соды, кроме того, не будет выбросов хлористого водорода, так как в этом методе не предусматривается установка по производству соляной кислоты. Выбросы в этом случае будут представлены только хлором, и сокращение выбросов в сравнении с ртутным методом произойдет на 3.605 т/год. Выбросы хлора при мембранном методе меньше, чем при диафрагменном.

На предприятии при использовании метода ртутного электролиза образуется 1874.35 м3/сут. производственных сточных вод, из которых ртутьсодержа-щих сточных вод, направляемых на локальную очистку, - 229.91 м3/сут. После очистки ртутьсодержащие сточные воды возвращаются в производство на собственные нужды и в сеть производственной канализации не попадают. Но ливневый сток с территории промплощадки, загрязненный ртутью, поступает в ливненакопитель и далее в р. Ока.

При внедрении мембранного метода получения хлора и каустической соды водопотребление (свежая вода) составит 183 м3/сут. водоотведение (на очистные сооружения) составит 27 м3/сут., данные стоки будут загрязнены И2304 и N804. Основной объем стоков - 79568 м3/сут. будет направляться в оборотную систему водоснабжения, треть стоков (237 м3/сут.) вместе с анолитом будет направляться в скважины рассолопромысла.

Объемы водопотребления при производстве хлора и каустической соды диафрагменным методом ориентировочно составляют 1560 м3/сут. Сточные воды будут состоять из постоянных стоков в объеме 288 м3/сут., загрязненных N80! и N804 , разовых стоков по 10 м3 раствора 0.5 г/л уротропина 4 раза в год (всего в канализацию будут сбрасываться 20 кг в год уротро-

пина), периодических стоков от промывки оборудования до 5 м3/сут. (4 раза в год), загрязненных №0!, периодических стоков от смыва полов и ливневых стоков с открытых площадок, загрязненных №0! с рН 8-10.

Наиболее приемлемым в плане рационального водопотребления и водоотведения является мембранный метод.

Общий объем образующихся от ртутного производства отходов составляет 20686.6 т/год. Из них ртутьсодержащих отходов, которые направляются на термическую регенерацию (с учетом объемов ртутьсодержащих ламп всего предприятия),- 145,5 тонн/год. В результате проведения термической регенерации ртутьсодержащих отходов образуются огарки печей регенерации, годовой объем которых составляет 144 т/год. Содержание ртути в огарке 0.4-0.6 масс. Огарок направляется на складирование.

При использовании мембранного метода получения хлора и каустической соды отходы основного производства будут представлены шламом рассолоочи-стки в объеме 20844 т/год, отработанным вспученным перлитовым песком в объеме 22 т/год, тканью полипропиленовой в объеме 250 м3/год, мембранами электролизеров в объеме 2м3 1 раз в 4 года.

Общий объем образующихся отходов составляет 20866 т/год. Для складирования отходов будет использоваться карта № 1 рассолопромысла и полигон твердых бытовых отходов. Высокоопасных отходов образовываться не будет.

При внедрении диафрагменного метода будут образовываться шламы от очистки сырого рассола в объеме 8450 т/год, шламы от очистки обратного рассола 6760 т/год и асбестовый шлам в объеме 42.25 т/год. Общий объем производственных отходов составляет 15252.25 т/год. Асбестовые шламы являются отходами рассолоочистки в объеме 16912 т/год, песок кварцевый и мраморная крошка в объеме 22 т/год, ртутьсодержащие шламы очистки обратного рассола в объеме 62.1 т/год, отработанные ртутьсодержащие сорбенты в объеме 47,4 т/год, отработанные масла (нефтепродукты) в объеме 8 т/год, отработанная серная кислота в объеме 3482 т/год, ртутьсодержащие прокладки мембран электролизеров и отработанное анодное покрытие в объеме 15 т/год, отходы гумиро-ванного материала в объеме 16 т/год [1,3].

В технологическом плане также выигрывает мембранный метод, так как для получения товарной каустической соды здесь необходима выпарка электролитической щелочи по двухступенчатой схеме. При диафрагменном методе электролитическая щелочь содержит еще часть неразложившегося хлорида натрия, и в этом случае требуется ее выпарка в многоступенчатых выпарных установках с четырехкратным применением пара (табл. 1). Эксплуатация производства становится дороже, так как потребляется больше электроэнергии и пара, который также нужно производить. Кроме того, мембранный электролитический хлор будет подаваться на производство винилхлорида напрямую, минуя стадию сжижения, что исключает проблему утилизации абгазов от сжижения хлора и, как следствие, позволит исключить выбросы абгазов в

атмосферу от установки получения дихлорэтана.

Таблица 1

Расходные нормы основных видов сырья, энер-

горес урсов

Показатель Ед. измерения Метод производства

Диафрагм. Мембран. Ртутный

Соль поваренная в пересчете на 100 % по ЫаО! кг 1600 1470 1600

Серная кислота 100 % Н2304 кг 25 - 30 1 - 5 25 - 30

Электроэнергия постоянного тока Вт/ч 2640 2200 3500

Пар т 3,0 0,6 2,5

Немаловажную роль здесь играет и экономический аспект проблемы. Наиболее выгодным в финансовом отношении также является внедрение мембранного метода.

Мембранные электролизеры будут закупаться по импорту. Размещение оборудования планируется в существующем зале ртутного электролиза, строительные конструкции и оборудование которого предполагается подвергнуть демеркуризации. Неиспользованная ртуть из электролизеров будет сливаться в герметичную спецтару, складироваться на специально для этого оборудованной площадке с целью ее дальнейшей реализации.

Численность обслуживающего персонала действующего ртутного производства хлора и каустической соды составляет 592 человека. После выполнения мероприятий по конверсии производства численность персонала для его обслуживания сократится и составит 381 человек, в том числе:

- ИТР-101 чел;

- основные рабочие - 102 чел;

- вспомогательные рабочие - 178 чел.

В целом по предприятию численность сохранится за счет увеличения рабочих мест на новых производствах, связанных с переработкой ПВХ.

В плане надежности и долговечности также выигрывает мембранный способ получения хлора и каустической соды, так как срок службы электролизеров у данного метода неограничен (табл. 2).

Таблица 2 Срок службы основных элементов

электролизеров

Наименование элемента Срок службы, лет

Диафраг-менный Мембранный Ртутный

Анод 4 8 1

Катод 5 8 4

Мембрана (диафрагма) 1 4 -

Ячейки, электролизер 10 Не ограничен 10

При работе ртутного производства хлора и соды каустической ОАО «Саянскхимпласт» вынуждено ежегодно все дороже платить за сверхнормативные выбросы ртути (табл. 3).

Таблица 3 Технико - экономические показатели

Капитальные затраты на переход с ртутного метода производства хлора и каустической соды на мембранную технологию составляют 2122390 тыс. руб., но после реализации проекта полностью исключается плата за загрязнение окружающей среды ртутью в размере 85255,5 тыс. руб. Предотвращённый экологи-

ческий ущерб составит 512,6 тыс. руб.

Можно сделать вывод о том, что в дальнейшем неприемлем метод ртутного электролиза, а из оставшихся двух приоритеты нужно отдать мембранному методу, так как производственные отходы при реализации этого метода по своему объему меньше, чем при диафрагменном, и менее опасны.

Таким образом, из вышеизложенного видно, что реализация проекта конверсии ртутного метода производства хлора и каустической соды на мембранную технологию эффективна с эколого-экономической точки зрения. Переход на мембранную технологию полностью покроет потребности предприятия в хлоре; снизит водопотребление и энергопотребление производства; улучшит экологическую обстановку на территории предприятия и в его ближайшем окружении посредством полного исключения поступления ртути в окружающую среду; ликвидации существующего загрязнения ртутью посредством демеркуризационных мероприятий; исключения выбросов ртути в атмосферный воздух.

Библиографический список

1. Юрасова Т.М. Краткий обзор ТЭО ОАО «ВостСибХим-Проект». 2003.

2. Ефимова Н.В. Опасность ртутного загрязнения и принципы здорового безопасного питания на территориях с повышенной ртутной нагрузкой (Приангарье) /Н.И. Маторова [и др.]. Иркутск-Ангарск, 2004.

3. ОВОс, выполненная Ин. Геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН, 1999.

4. Финансовая модель ОАО "Саянскхимпласт", 2003.

5. Эффективность инвестиций. Сводный сметный расчет / ОАО "Востсибхимпроект". Иркутск, 2003. Т.7.

Наименование платы До реализации мембранной технологии После реализации мембранной технологии

Плата за выбросы в атмосферу ртути, тыс. руб. 2,754 -

Плата за сбросы ртути в водные объекты, тыс. руб. 60881,28 -

Плата за размещение отходов, тыс. руб. 152,190 -

Капитальные затраты на оборудование, тыс. руб. 2122390

Эксплуатационные затраты, тыс. руб. 1057155

Эколого - экономический эффект, тыс. руб. 85255,5

Предотвращённый экологический ущерб, тыс. руб. 512,6

УДК 574

СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ОТ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЕВ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

С.С.Тимофеев1

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведена методика оценки финансовых потерь при несоблюдении требований охраны труда. Ил. 2. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: ущербы от нарушений условий охраны труда; экологические и профессиональные риски.

MODERN APPROACHES TO THE ESTIMATION OF ECONOMICAL LOSSES FROM ACCIDENTS AT PRODUCTION S.S. Timofeev

Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074

The author presents the procedure to estimate financial losses under the labor protection demands failure. 2 figures. 3 sources.

Key words: losses caused by the violation of labor protection conditions; ecological and professional risks.

Одной из задач современного производства является оптимизация затрат и получение максимальной прибыли путем сокращения издержек. В условиях эко-

номического кризиса все чаще стали иметь место факты снижения финансирования мероприятий по охране труда, в том числе на обучение по охране тру-

1Тимофеев Семен Сергеевич, старший преподаватель кафедры промэкологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952)405671.

Timofeev Semen Sergeevich, a senior lecturer of the Chair of Industrial Ecology and Safety of Life Activity, tel.: (3952)405671.