Технико-экономическая оценка методов утилизации водного стока совместного производства стирола и оксида пропилена

УДК 66.094.3-926.214+ 54.057

Нго Куи Куен, Т. С. Ситмуратов, И. Р. Таймасов, А. А. Петухов, Е. И. Григорьев

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕТОДОВ УТИЛИЗАЦИИ

ВОДНОГО СТОКА СОВМЕСТНОГО ПРОИЗВОДСТВА СТИРОЛА И ОКСИДА ПРОПИЛЕНА

Ключевые слова: сжигание, подкисление, озонирование.

Проведена сравнительная оценка экономической эффективности методов утилизации концентрированного загрязненного водного потока, образующегося в качестве отхода на стадии отмывки реакционной массы дегидратации метилфенилкарбинола в совместном производстве стирола и оксида пропилена. При выполнении оценки рассмотрены два метода утилизации сжиганием и комбинированного, состоящего из операций подкисления и озонирования. Показано, что комбинированный метод является оптимальным, позволяющим снизить расход сырья, энергетики и получить значительный экономический эффект.

Keywords: combustion, acidification, ozone treatment.

It was carried out comparative evaluation of the economic efficiency of methods for utilization of concentrated contaminated water stream produced as waste in the washing step of the reaction mass from dehydration of methylphenyl carbinol in the technological process of combined production of styrene and propylene oxide. In the assessment was considered two methods of utilization, combustion and combined, which consists of the operations of acidification and ozone treatment. It is shown that the combined method is optimum, allowing to cut a consumption of raw materials, power and to gain considerable economic effect.

Введение

Совместное производство стирола с оксидом пропилена (СОП) гидропероксидным методом является наиболее перспективным и экономически выгодным. Однако, на этом производстве образуются высоко концентрированные [1,2], не поддающиеся очистке известными

технологическими приемами загрязненные органическими веществами водно-щелочные потоки, утилизация которых возможна только огневым методом. Метод сжигания связан со значительными энергозатратами, приводит к увеличению расходной нормы по сырью за счет значительного уноса углеводородов в виде устойчивой эмульсии, и к ухудшению экологической ситуации окружающей среды на производстве.

Нами проведено сравнительное изучение эффективности утилизации водно-щелочного потока методами сжигания и комбинированного, состоящего из стадий подкисления и озонирования.

Экспериментальная часть

Объектом исследования являются

концентрированный загрязненный водный поток, образующийся на стадии дегидратации метилфенилкарбинола (МФК) в стирол. Данный поток имеет высокое содержание органических веществ, такие как этилбензол (ЭБ), стирол, пропиленгликоль (ПГ) ацетофенон (АЦФ), МФК, фенол и эфиры. Кроме того, в состав этого потока входят соли натрия, как №2ТО3, NaHCO3 и C6H5C(O)ONa. Большое содержание этих загрязнителей приводит к образованию стабильной эмульсии.

Обсуждение результатов

Методами хроматографии и кислотно-основного титрования определен состав загрязненного водного

потока. Результаты изучения представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Содержание основных компонентов загрязненного потока стадии дегидратации МФК в стирол совместного производства СОП

Примечание: Массовая доля загрязнителей больше 50 % масс.

Как видно из результатов, представленных в таблице 1, в исходном потоке содержатся 9,8 % масс МФК, 7,4 % масс ЭБ, 3,3 % масс фенола, 3,2 % масс АЦФ, 2,4 % масс стирола и 1,7 % масс ПГ. Таким образом, концентрированный загрязненный водный поток имеет большое содержание загрязнителей, которое является экстремально высоким по сравнению со сточными водами других предприятий [3,4]. Кроме того, в изучаемом потоке содержится 16,9 % масс C6H5C(O)ONa и 6,9 % масс Na2COз, обуславливающих, высокий показатель pH на уровне 13,2 [5].

Сжигание потоков с таким сложным составом требует значительных энергозатрат в виде топливного газа, воздуха, водяного пара, воды, электроэнергии и т.д. [6]. В таблице 2 представлен расчет энергозатрат, необходимых для утилизации

№ пп Компонент %масс. т/год

1 ЭБ 7,4 2070

2 Стирол 2,4 670

3 ПГ 1,7 480

4 АЦФ 3,2 900

5 МФК 9,8 2750

6 Фенол 3,3 930

7 Эфиры 6,9 1930

8 CeHsC(O)ONa 16,9 4740

9 Na2CO3 6,9 1930

10 Вода 41,5 11640

Итого 100 28040

загрязненных водных потоков в реакторах установки огневого обезвреживания отходов.

Таблица 2 - Расход энергетических затрат на утилизацию огневым методом загрязненного водного потока в расчете на 1000 т

№ Удельный расход Расход на

пп Энерго-поток На 1т. Ц

1 Электроэнергия, кВт/т 99 2 0,20

2 Топливный газ, нм3/т 270 3 0,81

3 Вода оборотная, м3/т 3 5 0,01

4 Очищенная вода, м3/т 96 80 7,68

5 Воздух, м3/т 1200 0,8 0,96

6 Метано-водородная фракция, м3/т 480 3 1,44

7 Вода теплофикационная, м3/т 24 50 1,20

8 ЗОП, т/г 3 - -

Итого - - 12,30

Из результатов, представленных в таблице 2 видно, что затраты на утилизацию 1000 т данного потока сжиганием оценены в размере 12,3 млн. руб., В том числе требуются затраты на очищенную воду 7,68 млн. руб., метано-водородную фракцию 1,44 млн. руб., теплофикационную воду 1,2 млн. руб. и др.

Таким образом, уменьшение количества сжигаемых отходов путем выделения и направления целевых продуктов в рецикл не только улучшает экологическую ситуацию на производственной зоне, а также значительно сокращает затраты на сырье. Внедрение новой ресурсосберегающей технологии стало актуальной задачей на совместном производстве стирола с оксидом пропилена [7].

Нами был выполнен расчет прибыли при внедрении комбинированного метода подкисления и озонирования, который представлен в таблице 3. Надо отметить, что в расчете не засчитан расход на оборудование.

Сумма денег, получаемая от реализации каждого, указанного в таблице 3, продукта рассчитывается по формуле:

Д = т * С / 1000,

где Д - сумма денег (млн. руб.); т - количество углеводородов (т); С - стоимость (тыс. руб./т).

Таким образом, прибыль рассчитывается по следующей формуле:

П = ЕД1 - Р(И2804) - Р(Оз),

где П - Прибыль

Таблица 3 - Расчет прибыли при выделении углеводородов в качестве целевых продуктов методом подкисления и озонировании подкисленной воды

Стадии Компоненты Количество

Приход ЭБ 72,5 2,01

ПГ 13,9 1,17

АЦФ 31,8 0,88

МФК 94,3 2,62

Стирол 23,9 1,05

Фенол 27,5 0,91

С6И5С(0)0И 134,4 9,68

Эфиры 58,9 0,07

Итого 457,3 18,39

Расход И2804 129,3 0,47

Озон 0,2 0,01

Прибыль - - 17,92

Результаты расчета показали, что выход целевых продуктов составляет 457,3 т. (на сумму 18,4 млн. руб.), в том числе ЭБ - 72,5 т., ПГ - 13,9 т., АЦФ -31,8 т., МФК - 94,3 т., стирол - 23,9 т., фенол - 27,5 т., бензойная кислота - 134,4 т. и эфиры- 58,9 т., тогда как расход И2804 - 129,3 т. на сумму 0,47 млн. руб. и расход озона - 0,21 т. на сумму 0,01 млн. руб. Следовательно, прибыль при внедрении предполагаемой технологии составляет 17,9 млн. руб. на 1000 т. данного потока. Таким образом, новая технология позволяет получить значительную большую прибыль при утилизации данных потоков совместного производства стирола и оксида пропилена.

Заключение

Расчет экономической эффективности утилизации высококонцентрированных

загрязненных органическими веществами водных потоков показал, что использование сжигания связано со значительными энергозатратами и приводит к увеличению расходной нормы по сырью (расход на утилизацию 1000 т загрязненного потока энергетических затрат составляет 12,3 млн. руб.). Комбинирование методов подкисления серной кислотой и озонирования позволяет возвращать углеводороды в технологический процесс совместного производства стирола и оксида пропилена в качестве рецикла, и, таким образом, снижать расходную норму реагентов. Возможная прибыль (не засчитаны расход на оборудование) составляет 17,9 млн. руб.

Литература

1. Нго, К.К. Использование озона для очистки сточных вод в технологии получения стирола / К.К. Нго, Е.И. Григорьев, Е.А. Кияненко, Л.Р. Зайнуллина, А. А. Петухов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2013. - Т.16. - №.7. - С.247-249;

2. Нго, К.К. Очистка высоконагруженных по органике сточных вод методом экстракции/К.К. Нго, Р.В. Сафиуллин, Е.И. Григорьев, А.А. Петухов // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2014. - Т.17. - №.12. - С.85-87;

3. Савельев, С. Н. Интенсификация очистки сточных вод химических производств от углеводородов окислительными методами : дис. ... канд. техн. наук : 03.00.16 / С. Н. Савельев. - Казань, 2008. - 155 с.;

4. Перушкина, Е. В. Биообезвреживание серусодержащих сточных вод в процессах культивирования

сероокисляющих микроорганизмов : дис. ... канд. техн. наук : 03.00.16 / Е. В. Перушкина. - Казань, 2008. - 145 с.;

5. Ngo, Q. The ozonation of extremely polluted petrochemical wastewater: Effect of catalysts, initial pH, volumetric flow rate and concentration of ozone on oxidation rate / Q. Ngo, L. Dao, E. Grigoriev, A. Petukhov // Journal of Biodiversity and Environmental Sciences. - 2015. - V. 6 - №. 1. - P. 587-598.

6.И.Р.Таймасов, А.А. Петухов, Л.А. Зенитова, Р.З. Шайхутдинов, Вестник Казан. технол. ун-та. - 2013. -Т.16. - №.20. - С.50-53;

7. Нго, К. К. Очистка высоконагруженных по органике нефтехимических сточных вод методом подкисления / К. К. Нго, А. А. Сибагатуллин, А. А. Петухов, Е. И. Григорьев // Вода: Химия и Экология. - 2015. - №. 3. -С. 56-61.

© Нго Куи Куен - аспирант кафедры технологии синтетического каучука КНИТУ, quyenkazan@gmail.com; Т. С. Ситмуратов - магистрант группы 514-М12 той же кафедры, sitmuratov@bk.ru И. Р. Таймасов - асп. той же кафедры, ildartaymasov@yandex.ru; А. А. Петухов - д-р техн. наук, профессор той же кафедры, Petukhov-AA@yandex.ru; Е. И. Григорьев - канд. хим. наук, доцент той же кафедры, grigoriev@kstu.ru.

© Ngo Quy Quyen - Ph.D-student of department of technology for the processing of artificial rubber, KHRTU, quyenkazan@gmail.com; T. S. Sitmuratov - master student of department of technology for the processing of artificial rubber, KHRTU, sitmuratov@bk.ru; 1 R. Taimasov - Ph.D-student of department of technology for the processing of artificial rubber, KHRTU, ildartaymasov@yandex.ru; A. A. Petukhov - Doctor of Thechnical Sciences, Professor of department of technology for the processing of artificial rubber, KHRTU, Petukhov-AA@yandex.ru; E. I. Grigoriev - Ph.D, Assoc. Prof. of department of technology for the processing of artificial rubber, KHRTU, grigoriev@kstu.ru.