ЗМІСТ

Основи розроблення регіональної політики ресурсозбереження

Путренко В. В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

Використанння промислових відходів – один зі шляхів заощаджен-

ня природних корисних копалин

Атамась Г. М., Столяренко Г. С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

Ресурсо- та енергозберігаючі аспекти переробки олій на якісні біо-

синтетичні матеріали

Кириченко В. І., Кириченко Л. М. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

Электрокаталитическая инсификация горения газообразного топ-

лива

Столяренко Г. С., Вязовик В. Н., Водяник О. В., Фролов К. І. . . . . . . .

14

Енергоефективність – гарантія екологічної безпеки

Третьяков С. В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

Підвищення ефективності та ресурсозбереження виробництва роз-

бавленої нітратної кислоти

Столяренко Г. С., Коржик Л. В., Соломка С. М. . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Автономний біоенергетичний центр для вироблення електричної та

теплової енергії й одержання органічних добрив з відходів сільсь-

кого господарства

Зінченко М. Г., Кравченко С. О., Тинда О. А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

2

ОСНОВИ РОЗРОБЛЕННЯ РЕГІОНАЛЬНОЇ ПОЛІТИКИ

РЕСУРСОЗБЕРЕЖЕННЯ

Путренко В. В.

кандидат географічних наук,

науковий співробітник

Інститут географії НАН України

Побудова ринкової економічної системи в Україні потребує підвищен-

ня конкурентоспроможності промислової продукції на міжнародному ринку,

збільшення ресурсної безпеки країни, впровадження інноваційних техноло-

гій, підйому економічної ефективності регіональних господарських комплек-

сів. Цілеспрямоване підвищення ефективності використання ресурсів у регіо-

ні потребує розроблення засад державної регіональної політики у сфері ре-

сурсозбереження. Тільки реалізація управління на основі цільових програм у

галузі ресурсозбереження може забезпечити прогнозовані позитивні зрушен-

ня у структурі господарства регіону, які приведуть до збалансованішого та

менш ресурсозат-ратного шляху господарського розвитку. При розробленні

засад регіональної політики ресурсозбереження провідна роль належить сус-

пільно-географічним дослідженням територіальної організації та речовинних

потоків господарських комплексів регіонів.

Регіональна політика ресурсозбереження – це організаційно-правова,

економічна, соціальна, культурно-освітня, екологічна та управлінська діяль-

ність держави, спрямована на раціональне та ощадне використання природ-

них ресурсів території. Регіональна політика ресурсозбереження є однією з

галузей загальної регіональної політики.

Метою регіональної політики ресурсозбереження є підвищення рівня

ефективності використання ресурсів у суспільно-територіальному комплексі

(СТК) на основі інноваційної організації матеріально-речовинних потоків та

зниження рівня ресурсоємності господарства регіону.

Завданнями регіональної політики ресурсозбереження є:

вибір пріоритетних напрямів ресурсозбереження у регіоні;

розроблення регіональної програми ресурсозбереження;

організація структури управління та контролю за програмами ресурсо-

збереження;

координація економічного, соціального, екологічного, науково-

технічного напрямів регіональної політики з метою прискорення про-

цесу ресурсозбереження;

створення умов для впровадження техніко-економічних заходів щодо

підвищення ефективності використання ресурсів;

трансформація господарського комплексу регіону в напрямі постіндус-

тріального розвитку за рахунок інвестиційного та науково-

технологічного факторів.

3

Регіональна політика ресурсозбереження включає стратегічний та так-

тичний рівні управління. Стратегічний рівень управління у свою чергу вклю-

чає загальні цілі прискорення ресурсозбереження: структурну перебудову

СТК, поглиблення поділу праці з урахуванням глобалізації ринків, організа-

цію замкнених циклів високотехнологічних виробництв, збільшення кількіс-

ної та якісної часток невиробничої сфери у структурі ВДВ. Тактичний рівень

управління вирішує завдання локального прискорення ресурсозбереження за

рахунок виконання інноваційних програм на рівні окремих адміністративних

районів та підприємств.

Регіональну політику ресурсозбереження реалізують на основі трьох

груп важелів: правових, адміністративно-планових, економічних.

Правові важелі регіональної політики ресурсозбереження є виключ-

ним пріоритетом держави, їх реалізують через законотворчу діяльність

центральних органів влади та регіонального самоврядування. До правових

важелів належать закони України, які регламентують діяльність у сфері ре-

сурсозбереження та поводження з вторинними ресурсами, держстандарти,

накази, нормативи використання ресурсів. На сьогодні прийнято закони

України «Про енергозбереження» (1994), «Про відходи», «Вторинні ресур-

си», про

держстандарт ресурсозбереження.

На рівні СТК області найбільший вплив має встановлення нормативів

використання природних ресурсів, які найбільше застосовують в енергозбе-

реженні та водокористуванні.

Адміністративно-планова група важелів являє собою найуживаніші

напрями регіональної політики ресурсозбереження. Вона включає управлін-

ня державним сектором, програмно-інвестиційну та науково-інноваційну

складові.

Управління державним сектором – найбільш багатогранний напрям

при реалізації програми ресурсозбереження. До підприємств державного сек-

тора належить більшість підприємств комунального господарства та забезпе-

чення інфраструктури, які мають низьку економічну ефективність та значний

відсоток зношення основних фондів. До основних шляхів здійснення політи-

ки ресурсозбереження у державному секторі слід віднести реструктуризацію,

залучення інвестицій та позик, роздержавлення підприємств з метою ство-

рення конкурентних відносин.

Програмно-інвестиційна група важелів складається з управління дер-

жавними та приватними інвестиційними фондами, що включає визначення

най-пріоритетніших напрямів інвестицій у реструктуризацію господарства,

управління державними капіталовкладеннями, встановлення пільг та субси-

діювання, залучення ПІІ.

Науково-інноваційна група важелів включає управління науково-

інноваційною діяльністю через координацію наукової діяльності в регіоні,

створення технопарків, залучення прогресивних ресурсозберігаючих техно-

логій, надання державної допомоги та пільг при впровадженні екологічно

чистих технологій у приватному секторі.

4

Економічні важелі регіональної політики ресурсозбереження предста-

влені регуляторними діями органів державної влади по керуванню ринкови-

ми відносинами в регіоні. Зарубіжний досвід свідчить про те, що вільне зрос-

тання цін у поєднанні з ринковими механізмами не можна розглядати як

автоматичний стимулятор технологічних нововведень, які сприяють підви-

щенню ефек-тивності використання матеріальних і паливно-енергетичних ре-

сурсів. У зв’язку з цим на перехідному етапі розвитку економіки важливою

залишається контролююча роль держави. Основними важелями державного

управління ресурсозбереженням у ринковій економіці є: податкове стимулю-

вання за рахунок по-даткових пільг підприємствам, які знижують ресурсоєм-

ність виробництва, та податкових санкцій у разі перевищення норм спожи-

вання; пільгове кредитування та субсидіювання при виробництві екологічної

продукції; нормування, квотування та цінове обмеження на ринку ресурсів

для корегування ринкової кон’юнктури.

Здійснення регіональної політики ресурсозбереження за допомогою ці-

льових програм потребує створення допоміжних інформаційних систем для

надання оперативної інформації та здійснення функції контролю. При здійс-

ненні регіонального управління найоптимальнішою інформаційною систе-

мою є геоінформаційна (ГІС).

З метою здійснення регіональної програми ресурсозбереження розроб-

лення потребує ГІС ресурсозбереження – система збирання, зберігання, об-

роблення та аналізу просторової інформації для підвищення ефективності

СТК та прискорення процесу ресурсозбереження.

Метою ГІС ресурсозбереження є збирання, організація та аналіз прос-

торової інформації, яка оцінює ефективність використання ресурсів регіону.

Завданнями ГІС ресурсозбереження є:

збирання просторової суспільно-географічної інформації з ресур-

сокористування у СТК;

зберігання інформації у вигляді реляційних просторових баз даних

з набором атрибутивної інформації;

організація інформації у вигляді тематичних блоків з формалізова-

ним набором функцій оброблення;

аналіз інформації у вигляді побудови тематичних карт, формуван-

ня просторових та атрибутивних запитів, застосування засобів ГІС-аналізу;

допомога у прийнятті рішень щодо планування ресурсозберігаю-

чих заходів у регіоні;

динамічне оновлення інформації та контроль за виконанням прог-

рами ресурсозбереження;

надання інформації для громадськості з метою прозорості держав-

ної політики управління та екологічного виховання за допомогою створення

ГІС-сервірів.

5

Одержані результати мають вигляд підсумкових карт, графіків та зві-

тів, які дають можливість відслідковувати динаміку обласних показників у

територіальному розрізі та контролювати ефективність проведення програм

ресурсозбереження.

Проведення щорічного обстеження регіону за допомогою інструмента-

рію ГІС ресурсозбереження дає змогу контролювати та корегувати регіона-

льну програму ресурсозбереження, визначати нові тенденції розвитку при

максимальній економії управлінських ресурсів.

Таким чином, розвиток напряму регіональної політики ресурсозбере-

ження є актуальним та необхідним інструментом зменшення ресурсоємності

господарства регіону, який потребує детальної методичного розроблення на

основі теорії та методології суспільної географії.

УДК 628.162

ВИКОРИСТАННЯ ПРОМИСЛОВИХ ВІДХОДІВ –

ОДИН ЗІ ШЛЯХІВ ЗАОЩАДЖЕННЯ ПРИРОДНИХ

КОРИСНИХ КОПАЛИН

Атамась Г. М.

асистент кафедри хімічної технології

неорганічних речовин

Столяренко Г. С.

доктор технічних наук, професор,

завідувач кафедри хімічної технології

неорганічних речовин

Черкаський державний технологічний

університет

Витрати на реалізацію природоохоронних програм і заходів потребу-

ють значних коштів. Однак протягом найближчих 5–10 років країна буде ду-

же обмежена у коштах, необхідних для поліпшення стану навколишнього

природного середовища та забезпечення раціонального використання при-

родних ресурсів. Тому необхідно визначити пріоритетні напрями та пробле-

ми з метою комплексного використання сировини, енергоресурсів та здійс-

нення програм комплексної переробки відходів. З цією метою, виходячи з

реального екологічного стану території України, необхідно враховувати такі

основні критерії й чинники, як впровадження наукоємних технологій, безвід-

ходних ресурсозберігаючих технологій. Також доцільно обмежити викорис-

тання природних корисних копалин, потреба в яких може бути задоволена

внаслідок використання вторинних та відновлюваних ресурсів.

6

Розглядаючи роботу хімічного промислового підприємства, для досяг-

нення поставленої мети слід звернути увагу на утилізацію цінних компонен-

тів та подальшу їх переробку.

Необхідність добування цінних металів, які використовують у високо-

технологічних виробництвах, приводить до того, що у відпрацювання залу-

чають так звані «техногенні родовища» – відходи, накопичені за тривалий

час.

Проблема розроблення ефективних технологій утилізації промислових

шламів, що містять корисні елементи, є надзвичайно актуальною, оскільки

кількість шламових накопичень на території України дуже велика, самі ж во-

ни можуть бути токсичними для людини і, крім того, створюють серйозні

проблеми для екології навколишнього середовища. Зокрема, відходи вироб-

ництва віскозного волокна, накопичені в кількості близько 1 млн т у м. Чер-

каси, містять до 5,5–6,8 % цинку, який є необхідним елементом у сучасній

промисловості та сільському господарстві.

Відходи виробництва віскозного волокна ВАТ «Черкаське хімволокно»

- це шлами, що являють собою аморфні або дрібнокристалічні маси, які міс-

тять від 20 до 80 % води. У технології виробництва віскозного волокна для

осад-ження віскози використовують сульфат цинку, який після процесу

практично весь переходить у відходи. Шлами утворюються в результаті про-

цесу нейтралізації кислих рідких відходів під час реакції:

Са(ОН)2 + ZnSО4 = Zn(ОН)2↓ + СаSО4

Також можливе протікання реакції з недопаленим вапняком:

3ZnSО4+5 СаСО3+4Н2О =Zn3СО3(ОН)4↓ + 3СаSО4 + 2Са(НСО3)2

Істотним недоліком використання осаджувача вапняного молока є те,

що утворений осад не підлягає переробці і його складують у спеціально від-

ведених місцях – шламонакопичувачах. Отже, перспективним напрямом є

одержання зі шламів сполук цинку саме у вигляді цинкового купоросу і по-

вернення його у виробництво.

Проаналізовано кілька варіантів вилуговування цинку з нерозчинних

сполук із застосуванням реагентів різної природи (кислоти, луги) [1, 2].

Розроблена методика вилучення цинку зі шламу полягає в тому, що

шлам обробляють розчином лугу. Одержаний розчин відокремлюють від не-

розчинного осаду за допомогою вакуум-фільтру. Осад промивають водою.

Фільтрат підкислюють розчином кислоти до рН 9–10. Одержану розведену

суспензію гідроксиду цинку фільтрують, фільтрат відділяють, у концентро-

вану суспензію гідроксиду цинку додають промивну воду. Рідину фільт-

рують, фільтрат відділяють, очищену концентровану суспензію гідроксиду

цинку нейтралізують розчином сульфатної кислоти, розчин цинкового купо-

росу подають на упарювання і перекристалізацію. Введено стадію кислотно-

го вилуговування нерозчинних залишків з одержанням розчину кальцієвої

селітри, збагаченої мікроелементами [3]. Слід зазначити, що одержаний по-

бічний продукт цієї технології кальцієва селітра відіграє ключову роль у фор-

муванні кліткових стінок и мембран, поліпшує колір і якість плодів, тому

особливо важливою є для швидкорослих культур. Кальцій не перерозподі-

7

ляється всередині рослин, тобто не переміщується від старого листя до моло-

дого, тому ґрунт завжди має містити достатню кількість цієї речовини у дос-

тупній для рослин формі. Кальцій запобігає втратам при зберіганні та транс-

портуванні овочів та фруктів. На ринок України завозиться, як правило, три

типи імпортної кальцієвої селитри: повністю водорозчинна кальцієва селітра

для систем крапельного зрошення (відома під торговими марками Кальциніт

(CalciNit) та Тессендерло), кальцієва селітра для відкритого ґрунту (відома

під маркою N30, або Тропікоут) та кальцієва селітра для відкритого ґрунту з

вмістом бору 0,2 % (відома під торговою маркою Нітрабор). На жаль, компа-

нії, що поставляють вищезазначені марки селітри, наполягають на своїй екс-

клюзивності й унікальності. Саме ця ексклюзивність змушує їх встановлюва-

ти завищені ціни на свою продукцію. У той же час можна використовувати

кальцієву селітру, одержану за наведеною технологією.

На рис. 1 наведено технологічну схему процесу переробки цинковміс-

них шламів.

Рис. 1. Технологічна схема способу одержання цинкового купоросу та кальцієваї селітри:

1, 4, 12, 24 – реактор змішування; 2, 6, 9, 11, 13, 16, 17, 19, 20, 23, 25 – насос;

3, 7 – гвинтовий прес; 5, 15, 18, 22 – буферна ємність; 8 – реактор; 10 – флотатор;

14, 21 – піщаний фільтр з рухомим шаром

8

Першою стадією технологічної схеми є переведення Zn2+

з нерозчинної

форми у розчинну шляхом обробки лугом, оскільки шлам має рН=8. Процес

відбувається під час реакції:

Zn(OH)2 + 2 NaOH = Na2[Zn(OH)4].

Оскільки в шламі міститься до 8 % целюлози, також відбувається побі-

чна реакція:

(С6Н9О4ОН)n + nNaOH = (С6Н9О4ОNa)n + nH2O.

Отже, в одержаному цинковмісному розчині спостерігається підвище-

ний вміст органічних домішок, що надалі негативно впливає на якість гото-

вого продукту. Це спонукало провести дослідження, спрямовані на зниження

вмісту органічних домішок у розчинах.

Для окиснення складних органо-мінеральних комплексів, токсичних

органічних мікродомішок успішно використовують озон, який дедалі актив-

ніше завойовує місце серед найефективніших окисників у різних технологіч-

них процесах, що пов’язано зі зменшенням витрат на його одержання. Озон

має окисно-відновний потенціал 2,07 В, що є в 1,52 раза вище, ніж у хлору, а

його використання є відносно безпечним, оскільки озон є нестійкою сполу-

кою і перетворюється на молекулярний кисень.

З можливих методів одержання озону використовують бар’єрний роз-

ряд, електроліз, фотохімічний спосіб і високочастотне електричне поле.

Створено і апробовано у лабораторних умовах установку для синтезу озону в

генераторі озону бар’єрного типу, яка складається з двох електродів і плас-

тини діелектрика (скла), розміщеного між ними. У зазорі між електродами

продувалося повітря, яке нагніталося компресором. На електроди подавався

змінний електричний струм високої напруги.

Для визначення озону в газовій фазі застосовували йодометричний ме-

тод. Вимірювання і контроль концентрації озону здійснювали на виході з ге-

нератора озону та на виході з контактної ємності.

Для контролю ефективності процесу зміни кількості органічних домі-

шок обрано зміну величини ступеня очищення розчину за хімічним спожи-

ванням. Визначення ХСК проводили за дихроматним методом. Зниження

вмісту орга-нічних домішок за показником ХСК після оброблення досягає

70,5 %.

Таким чином, з відходів виробництва віскозного волокна можна одер-

жати цінні компоненти – очищений цинковий купорос та кальцієву селітру, а

також зменшити екологічне навантаження на навколишнє середовище.

Література:

1. Деклараційний патент України 5760, МКИ С 22 В 19/34 Спосіб

отримання цинкового купоросу / Г. С. Столяренко, В. О. Костигін, Т. І. Се-

мененко, Н. М. Фоміна, Н. Г. Паранько, Г. М. Атамась, В. В. Трефянчин, Л.

Г. Сандалова, Є. М. Сехін, А. П. Вілько. – № 20040806824; Заявл. 13.08.2004;

Опубл. 15.03.2005, Бюл. № 3.

2. Деклараційний патент України 5759, МКИ С 22 В 19/34 Спосіб ком-

плексної переробки цинковмісного шламу / Г. С. Столяренко, В. О. Костигін,

9

Н. М. Фоміна, Н. Г. Паранько, Г. М. Атамась, В. В. Трефянчин, Л. Г. Санда-

лова, Є. М. Сехін, А. П. Вілько. – № 20040806823; Заявл. 13.08.2004; Опубл.

15.03.2005, Бюл. № 3.

3. Деклараційний патент України 22213, МКИ С22В19/00 Спосіб отри-

мання цинкового купоросу і кальцієвої селітри / Г. С. Столяренко,

В. О. Костигін, Г. М. Атамась – №u200604768; Заявл. 28.04.2006; Опубл.

25.04.2007, Бюл. №5.

РЕСУРСО- ТА ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧІ АСПЕКТИ ПЕРЕРОБКИ ОЛІЙ

НА ЯКІСНІ БІОСИНТЕТИЧНІ МАТЕРІАЛИ

Кириченко В. І.

кандидат хімічних наук, доцент

Кириченко Л. М.

старший науковий співробітник

Хмельницький національний

університет

Науково-дослідна лабораторія (НДЛ) композиційних матеріалів уні-

верситету (працює з 1974 р.) накопичила значний досвід розв’язання актуа-

льних проблем сучасного поліфункціонального матеріалознавства за двома

напрямами:

– проект технологічних основ комплексної переробки технічних олій

на якісні біосинтетичні матеріали, у т. ч. й біопаливо;

– проект створення нових антифрикційних твердофазних композитів

(АФК) на основі фторопластів і вуглецево-волокнистих матеріалів (так зва-

них флубонів), а також нанесення нанопокриттів на основі фторопластів на

різні за природою поверхні.

Запропонований нами проект переробки олій ставить за мету, спи-

раючись на техніко-економічну доцільність і раціональність розроблених ме-

тодів і технологій переробки олій: ріпакової (ріполу), соєвої генетично мо-

дифікованої (соєолу-гм) та рицинової (рицолу) як поновлювальної і екологіч-

но безпечної сировини, системно і комплексно розв’язати ряд нагальних

проблем, пов’язаних з ресурсо-, енерго- і екологозбереженням, і зокрема ви-

робляти нові, якісні біосинтетичні продукти і матеріали широкого асортиме-

нту і призначення з визначальними властивостями для багатьох галузей про-

мисловості: хімічної, нафтохімічної, пально-мастильної, фармацевтичної,

побутової хімії.

Визначальними особливостями цього проекту є: інноваційність,

комплексність і системність науково-технічного підходу до переробки тех-

нічних олій на засадах хімічної модифікації їх молекулярних структур з оде-

ржанням нових біосинтетичних продуктів з визначеними властивостями.

Проект несе в собі потужний потенціал інноваційного розвитку традиційного

10

і досить консервативного на сьогодні матеріалознавства багатьох галузей хі-

мічного і нафтохімічного промислового комплексу, але в першу чергу галузі

пально-мастильних матеріалів. Концептуальні підходи до розроблення мето-

дів і технологій хімічної модифікації технічних рослинних олій представлені

схемою на рис. 1.

Результати дослідження цієї проблеми переконують в необхідності

диференційованого підходу до переробки деяких олій і їхніх композицій,

зокрема:

CH2 – O – C(O) –

CH – O – C(O) –

CH2 – O – C(O) –

a

b

a

– Ru (Rs)

– R'u (Rs)

– R'u ↓

– R''u

– R''u

– R''u

– R's

– R's

– R's

|

|

гліцеридно-

естерну:соєолу-гм рицолу Г-рицолу

вуглеводневі (R) в складі

ацильних залишків R – C(O) –:де: R в складі ацильних залишків:

Rs – насичені, Ru – ненасичені;

Ru – від HОl, в соєолі – 32-35%, в ріполі – 55-60%:

– (CH2)7 – CH ═ CH – (CH2)7 – CH3;

R'u – від HLin, в соєолі – 52-57%, в ріполі – 25-30%:

– (CH2)7 – (CH ═ CH – CH2)2 – (CH2)3 – CH3;

R''u – від HRic, в рицолі біля 85%:

– (CH2)7 – CH ═ CH – CH2 – CH(OH)– (CH2)5 – CH3;

Rs – від HSt, в оліях в межах 5-8%: – C17H35;

R's – від HSt-12OH, в Г-рицолі біля 85%:

– (CH2)10 – CH(OH) – (CH2)5 – CH3.

В загальній і функціонально недосконалій структурі олій [R – C(O) – O –CH2]2 – CH – O – C(O) – R умовно виділяють такі компоненти:

ріполу

– Ru (Rs)

– R'u

– Ru (Rs)b - естерний фрагмент як енергетично, а отже і трибохімічно, нестабільний

Методи і технології модифікації як окремих олій, так і їх композицій (компол’ів)

Процеси первинної переробки олій і компол’ів (модуль І):

метаноліз (етаноліз), гліцероліз,

гліколіз, ацидоліз, естероліз

Продукти первинної переробки:

біопалива (дизельне і котельне); технічні рідини і розчинники;

мономери, проміжні продукти для подальшої переробки

Процеси вторинної переробки проміжних біопродуктів,

олій і компол’ів (модуль ІІ, ІІІ):

сульфідування, епоксідування, фосфорілування,

етаноламідування, часткове лужне омилення

спеціальних композицій олій,

олив і проміжних продуктів тощо

Продукти вторинної переробки:

базові біосинтетичні оливи, біооливи-присадки,

мастильно-холодильні засоби (МХЗ) для процесів обробки

металів, біосинтетичні проміжні продукти

і мономери для різних галузей промисловості

(зокрема паливно-мастильної, хімічної, нафтохімічної,

фармацевтичної, товарів побутової хімії

Рис. 1. Схема концептуальних підходів до комплексної переробки олій з метою одержання

нових якісних біосинтетичних продуктів і матеріалів

а) ріпол доцільніше переробляти на біопаливо, мастильно-холодильні

засоби (МХЗ) для обробки металів, технічні рідини і проміжні для подальшо-

го використання біопродукти;

б) соєол-гм пропонуємо переробляти на базові біосинтетичні мастила,

мономери, проміжні й допоміжні продукти для пально-мастильної та інших

галузей економіки;

в) найдоцільнішим напрямом комплексної переробки олій є хімічна

модифікація їх оптимізованих композицій на основі соєолу-гм (іноді й ріпо-

лу) з домішками якіснішого за трибохімічними властивостями рицолу в ме-

жах 5–25 % мас.

11

Техніко-економічні особливості проекту:

– адаптованість його до підприємств (цехів) міжрайонного (зонально-

го) розміщення передусім малої чи середньої потужності виробництва досить

широкого асортименту біопродукції, у т. ч. і біопалива;

– модульна побудова передбачених проектом технологічних процесів і

організації виробництва, зокрема комбінуванням двох, трьох чи чотирьох

виробничих модулів, однотипних за технологіями і устаткуванням (рис. 2);

– практична безвідходність всіх технологічних процесів, замкнутість

всіх матеріальних потоків між модулями;

– одержання біосинтетичних продуктів і матеріалів широкого асорти-

менту за своїми властивостями і призначенням як альтернативи екологічно

шкідливим і ресурсно-обмеженим мінеральним сировинним та синтетичним

проміжним продуктам багатьох галузей;

– скорочення (на першому етапі до 50 %) номенклатури традиційних,

помірної якості та екологічно небездоганних мінеральних (одержаних з наф-

ти) матеріалів за рахунок розроблення оптимізованих біосинтетичних та біо-

синтетично-мінеральних за складом і функціональними властивостями су-

часних матеріалів;

– перехід від експорту олійної сировини (на сьогодні – приблизно

80 %) до економічно доцільнішого експорту продукції, яку одержують шля-

хом переробки цієї сировини;

– можливість функціональної організації виробництва і технологій за

принципом «сільського млина» з виробництвом біопалива і певного асорти-

менту іншої продукції.

Біопаливо для

котлів + гліцерин

технічний

Дизельне біопаливо

+ гліцерин технічний

Харчові олії

високої якості

Присадки до

мастильних

композицій

Матеріали

мастильної та інших

галузей

Метаноліз

(етаноліз) олій за

двома схемами:

Технічні рідини,

розчинники

Мастильно-

холодильні

засоби (МХЗ)

для обробки

металів

(пасти,

емульсоли)

Базові „біооливи” та „біооливи-присадки” різних ступенів

в’язкості, якісні за функціональними і триботехнічними

властивостями, добре суміщувані з мінеральними

і синтетичними оливами та SPN-присадками

Гліцероліз ріполу (1)

вторинним

гліцерином

Просте

розділення

а) ріполу чи (і) соєолу (1)

із спецочищенням

б) композицій ТО (2),

спецпроцеси

Модуль ІІ

Модуль ІV

Вакуумна

перегонка

чи інше

очищення

Хімічні процеси

Модуль ІІІ – технологічні процеси

„високомолекулярної” переестерифікації композицій

ТО промисловими реагентами специфічної будови

Технічні олії (ТО):

1) ріпол, соєол;

2) композиції олій (компол’и)

на основі ріполу чи (і) соєолу з

домішками (1-20% мас.)

рицолу чи (і) ДГ-рицолу

Технології

переробки ріполу

з іншими

продуктами

Вторинний гліцерин

Модуль І – технологічні процеси „низькомолекулярної” переестерифікації ТО

Рис. 2. Модель проекту комплексної переробки технічних олій

на пально-мастильні біоматеріали за модульним принципом

12

Біопродукти і біоматеріали передбачено одержувати в процесах

переробки олій і компол’ів відповідно до модульного принципу побудови

технологічних процесів (рис. 2). Біопаливо (біодизельне, котельне та у фор-

мі брикетів), технічні рідини і проміжні біопродукти для подальшої (вторин-

ної переробки) передбачається виробляти у процесах переробки за модулем

І, виходячи як з окремих олій, так і особливо оптимізованих композицій ко-

жної з них з рицолом, так званих компол’ів: ріприцолів-n чи соєрицолів-n, де

n – вміст рицолу в композиціях як правило в межах 5–25 % мас. Провідними

процесами модуля І є метаноліз і гліцероліз. Причому гліцероліз олій і ком-

пол’ів здійснюють вторинним гліцерином (після метанолізу) з метою перет-

ворення триацилгліцеринів переважно на трибохімічно активні у вузлах тер-

тя машин β-гідроксі-α,α-діацилгліцерини.

Крім того, естери (метилові чи етилові) ВЖК, похідні від відповідних

олій чи компол’ів, можна використовувати ще й як технічні рідини, розчин-

ники та проміжні продукти для вторинної переробки в технологічних проце-

сах, більшість з яких нами розроблені й апробовані. Серед всього асортимен-

ту нових біосинтетичних продуктів і матеріалів особливої уваги заслуго-

вують продукти нового покоління, специфічної структури і нових властивос-

тей – базові біомастила та біомастила-присадки галузі мастильних матеріа-

лів, а також біомономери для полімерних матеріалів тощо.

У процесі досліджень ми встановтли найраціональніші напрями вико-

ристання продуктів гліцеролізу олій чи компол’ів: а) гліцерол технічний (без

очищення) – важливий емульгаторний і диспергаторний компонент у вироб-

ництві МХЗ для обробки металів; б) гліцесол – проміжний продукт (зокрема

в композиціях з месолом) у виробництві якісних базових біомастил, які добре

суміщуються з мінеральними оливами та присадками; в) гліцесорол-n (рідше

гліцеррол-n) – важливі хімічно активні компоненти (зокрема в композиціях з

месоролом-n чи мерролом-n) у виробництві біомастил-присадок поліфунк-

ціональної дії. Способи і методи одержання деяких біопродуктів за техноло-

гіями гліцеролізу, а також гліколізу захищено патентами на винаходи.

Мастильно-холодильні засоби (МХЗ) для обробки металів пропо-

нується виробляти у формі одного базового продукту – пластичної пасти по-

трійного використання на основі переробки ріпову, в т. ч. і низькосортного

(рис. 3). З пасти безпосередньо на металообробних підприємствах за дуже

простою технологією готують будь-які типи МХЗ відповідно до технологіч-

них процесів і вимог. Технологія виробництва МХЗ захищена патентом на

винахід; крім того, розроблено регламент, технічні умови та іншу необхідну

документацію.

13

Гліцероліз МетанолізГліцерол:

а) з очищенням;

б) без очищення

Розділення і

очищення продукту

Вторинний гліцерин

Суміш мерол – ріпол

в межах від 1:¼ до 1:1

Технічні рідини

Біопалива:

а) дизельне;

б) котельне

а) мерсол-ріпсол–nS б) мерсол–nS

Сульфідвмісні присадки,

де n – вміст сульфідної сірки

С у л ь ф і д у в а н н я

Процес лужного гідролізу спеціальних сумішей, наприклад:

ріполу (≈65-70% мас.) + мерсол-ріпсолу–nS (10-15% мас.)

+ мінеральні оливи (≈20% мас.)

Технологія виробництва проміжної пасти для приготування різних типів мастильно-холодильних засобів (МХЗ):

а) базової мастильної пасти для процесів обробки металів тиском;

б) емульсолів та оливних емульсій для процесів різання металів.

Мінеральні оливи

необхідних

в’язкостей

(в т.ч. і

регенеровані)

Мерол – метилові естери ВЖК олії

Примітки: ВЖК – вищі жирні кислоти, похідні від олії; гліцерол – гліцеролізований ріпол;

мерол – метилові естери від ВЖК ріполу; мерсол – метилові естери ріполу сульфідованого;

ріпсол – ріпол сульфідований.

Ріпакова олія

(ріпол)

Рис. 3. Модель процесів переробки ріпакової олії на біопаливо

та мастильно-холодильні засоби (МХЗ) для обробки металів

Найважливішим напрямом досліджень у контексті цієї проблеми є

розроблення методів і технологічних процесів комплексної переробки соєо-

лу-гм та його композицій з рицолом, з одержанням найважливіших у галузі

мастильних матеріалів нових і якісних біосинтетичних продуктів і матеріалів

з виз-наченими властивостями.

Цей проект був результативно представлений на спеціалізованих

конкурсах інноваційних розробок і проектів: а) Всеукраїнського конкурсу

«Винахід–2006», перша премія; б) Другого національного конкурсу іннова-

ційних проектів «Експерт-інновації – 2007» під егідою журналу «Эксперт–

Украина», третя премія.

14

УДК 536.46

ЭЛЕКТРОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ ИНСИФИКАЦИЯ ГОРЕНИЯ

ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

Столяренко Г. С.

доктор технических наук, профессор

Вязовик В. Н.

кандидат технических наук, доцент

Водяник О. В., Фролов К. І.

Черкасский государственный

технологический университет

Поставлена фундаментальная научная проблема – изучить и разрабо-

тать аппаратуру для метода электрокатализа, т. е. снижения энергии актива-

ции на катализаторе за счет внесения его в зону тихого электрического раз-

ряда. В процессах электрокатализа преодоление энергии активации осущест-

вляется путем синтеза и гашения кислородсодержащих радикалов; получе-

ния энерговозбужденных и реакционноспособных атомов и молекул за счет

потока свободных электронов; волнового влияния разряда на систему в зоне

катализатора; ультрафиолетового облучения; термического влияния тихого

разряда.

При проведении газовой химической реакции на катализаторе в зоне

тихого разряда интенсификация процесса осуществляется по нескольким на-

правлениям:

- изменение окислительной способности системы из-за того, что в ка-

честве окислителя используются не только кислород, НО и молекулы озона

(при низкой влажности), а также при повышении парциального давления во-

ды – кислородсодержащие радикалы НО , НО

2, RO , RO

2 ;

- превращение молекул реагента под действием высокого напряжения,

потока избыточных электронов, ультрафиолетового облучения и т. д. в энер-

гетически возбужденные атомы, ионы или ион-радикалы;

- окисление таких реагентов кислородом, озоном и радикалами проте-

кает спонтанно или при минимуме энергетических затрат;

- возможность компенсации энергетических тепловых расходов за счет

повышения температуры системы в зоне разряда, то есть без использования

громоздких теплообменников и котлов-утилизаторов;

- влияние частоты разряда, оптимизация работы стриммеров, влияние

температуры на выход химической реакции, что определяется эксперимента-

льно по каждой системе;

- влияние различных катализаторов на процесс интенсификации.

При электрокаталитической активации систем горения (CnHm - N2 - O2)

достигается снижение энергии активации эндотермической составной первой

стадии горения – разложения углеводородов на углеводородный радикал и

15

протон. Снижение энергозатрат на первую стадию термодеструкции углево-

дородов топлива приводит к увеличению выделения тепла на целевой тепло-

носитель, что, в свою очередь, приводит к существенной экономии топлива

(15–20 %).

Достижение высоких показателей электрокатализа связано с направ-

ленным поиском материала диэлектрика, лазерной обработкой поверхности

диэлектрика, искусственным гашением радикалом кислорода парами воды,

изучением разных конструкций озонаторов как реакторов тихого разряда,

изучением условий синтеза высоких концентраций кислородсодержащих ра-

дикалов, предпламенной подготовкой топлива в топливно-воздушных сме-

сях.

Эксперименты по оптимизации процесса горения газообразного топли-

ва проводили на стендовой и пилотной установках. Для предотвращения

снижения активности катализатора, он был выведен из зоны горения.

Проводили эксперименты, как с чистым газообразным топливом, так и

с добавлением в него различных присадок. В качестве топлива использовали

метан и пропан-бутановую смесь. Пропан-бутановая смесь имеет сравните-

льно мягкие условия электроконтакта. Засекали время нагрева определенно-

го объема воды от начальной температуры 8–20 ºС до 98 ºС. Объемы воды

составляли 1000 дм3, напряжение в зоне генерирования радикалов – от 5 до

11 кВ. Каждый эксперимент повторяли минимум 3 раза до воспроизведения

результатов. Исследования проводили при времени пребывания газа (τ) в зо-

не реакции 0,036, 0,018, 0,014 секунды. Результаты исследований показали:

- наибольшая экономия топлива достигается при использовании чисто-

го газообразного топлива без добавления к нему примесей. Экономия топли-

ва при этом достигает 14,6 % при напряжении 6 кВ. В случае добавления к

топливу паров воды наблюдается значительное уменьшение экономии топ-

лива (5,2 %) при том же напряжении. Добавление к топливу углекислого газа

обеспечивает значительно большую экономию топлива, но она не достигает

тех значений, что при сжигании чистого газообразного топлива. Экономия

топлива составляет 13,3 % при напряжении 6 кВ. Одновременное добавление

к топливу паров воды и углекислого газа (моделирование добавления дымо-

вых газов) не дает экономии топлива, а наоборот, увеличивает расходы го-

рючего;

- на процесс интенсификации процесса горения существенно влияет

напряжение разряда. Наибольшая экономия топлива достигается при напря-

жении 6 кВ. При высоких напряжениях эффект снижается за счет протекания

реакций разложения углеводородов. Исследовать влияние меньшего напря-

жения невозможно из-за особенностей образования тихого разряда;

- на интенсификацию процесса горения влияет время пребывания в зо-

не разряда. Наиболее оптимальное время пребывания в зоне разряда состав-

ляет 0,018 секунды. Увеличение времени пребывании в зоне разряда умень-

шает эффект от интенсификации горения, а при времени пребывании в зоне

разряда 0,036 секунды эффект исчезает за счет инициации реакций разруше-

ния углеводородов. При последующем уменьшении времени пребывания в

16

зоне разряда эффект уменьшается за счет того, что топливо за все время пре-

бывания в зоне разряда не успевает получить всю необходимую энергию для

протекания реакции инициации процесса горения;

- существенно влияет на интенсификацию процесса горения газообраз-

ного топлива и катализатор. На рис. 1 представлен сравнительный анализ

эффективности работы различных катализаторов.

Рис. 1. Сравнительный анализ эффективности электрокатализа при использовании разных

образцов катализатора: 1 – без катализатора; 2 – образец 1; 3 – образец 2; 4 – образец 3.

Как видно из рис. 1, наибольшая эффективность достигается при испо-

льзовании катализатора образца 2. Высокой эффективностью обладает также

образец 1, но при его использовании значительно повышаются расходы энер-

гии, что сводит на нет весь эффект интенсификации. Образец 3 значительно

снижает эффект интенсификации горения газообразного топлива ниже уров-

ня, который достигался при интенсификации горения электричес-ким разря-

дом без катализатора. Все это объясняется протеканием реакций дегидрата-

ции и гидратации, конверсии и синтеза на поверхности катализатора.

Потребляемая мощность для приведенных опытов в среднем состав-

ляет 5–6·10-3

Вт.

Исходя из сказанного, можно утверждать, что при использовании элек-

трокаталитической активации процесса горения газообразного топлива мож-

но увеличить продуктивность существующих котлоагрегатов до 20 % без

увеличения расхода топлива и в свою очередь снизить себестоимость выра-

батываемой энергии на ту же величину.

Литература:

1. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические

аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ:

17

пер. с англ. Г. Л. Агафонова / под ред. П. А. Власова. – М.: Физматлит, 2003.

– 352 с.

2. Гардинер У., мл. Диксон-Люис Г., Целнер Р. И др. Химия горения:

пер. с англ. / под ред. У. Гардинера. – М.: Мир, 1988. – 464 с.

3. Пат. № 82036 Украины. МПК F 23 B 10/00, F 23 С 13/00. Спосіб

iнтенсифікації спалювання газоподібного палива. Столяренко Г. С., Вязовик

В. М., Марцінишин Ю. Д. заявл. 04.09.2007, опубл. 25. 02. 2008. Бюл №4.

ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ – ГАРАНТІЯ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ

Третьяков С. В.

начальник Державного управління

охорони навколишнього природного

середовища у Донецькій області

У Донецькій області склалася вкрай несприятлива екологічна ситуація.

Це зумовлено інтенсивною експлуатацією природних ресурсів регіону, висо-

кою концентрацією підприємств важкої індустрії з недосконалими технологія-

ми. Наслідком багаторічного ігнорування питань модернізації і підвищення енер-

гоефективності виробництва є постійний негативний вплив на довкілля.

Найгострішою в регіоні залишається проблема забруднення атмосфер-

ного повітря. Викиди шкідливих речовин в атмосферне повітря в області станов-

лять близько 40 % обсягу викидів в атмосферне повітря в цілому по Україні.

Майже 30 % обсягу забруднених стічних вод, які скидають щороку у

водойми країни, припадає на Донецьку область.

Кількість накопичених на території області промислових відходів становить

чверть від обсягу відходів, накопичених в Україні.

Основною причиною критичного стану природного середовища є інтен-

сивне промислове виробництво в таких екологічно небезпечних галузях, як гір-

ничодобувна, металургія, енергетика, хімічна промисловість, важке машинобу-

дування, виробництво будматеріалів на базі морально і фізично застарілого об-

ладнання і технологій. Тільки модернізація виробництва із впровадженням ви-

сокоефективних технологій очищення промислових викидів, стічних вод і

утилізацією відходів виробництва може гарантувати екологічну безпеку, збе-

реження і відновлення природних ресурсів регіону.

Металургійний комплекс області експлуатує 26 мартенівських печей. На 13

з них пилоочисне обладнання працює неефективно, на інших печах його взагалі

немає. Очищення викидів від оксидів азоту на підприємствах області не

проводять.

Залишається гострою проблема зменшення викидів доменних печей,

і якщо на ВАТ «ММК «Азовсталь» і ЗАТ «Донецьксталь–металургійний завод»

розв’язання її перебуває на стадії завершення, то на Єнакіївському і Макіївсь-

18

кому металургійних комбінатах, на ВАТ «ММК імені Ілліча» до цього ще дале-

ко.

На більшості коксохімічних підприємств технічний рівень обладнання є не-

задовільним. Коксові батареї перебувають в експлуатації по 30–40 років. На

жодному з коксохімічних підприємств області немає обладнання для глибо-

кого очищення коксового газу від сірководню, в той же час обсяги викидів

сірчистого ангідриду є значними і мають тенденцію до подальшого збіль-

шення.

Всі теплові електростанції, які розташовані на території області,

збудовано й уведено в експлуатацію до 1983 р. На цих підприємствах по-

над 80 % переважає обладнання зі строком експлуатації 20 років і більше. Че-

рез моральне старіння й фізичне зношування газоочисного обладнання на

ТЕС в атмосферу викидаються значні обсяги пилу, а відсутність обладнання

для очищення димових газів від оксидів сірки й азоту призводить до забруд-

нення навколишнього середовища цими речовинами.

Забір води в області в 2008 р. становив 2164 млн м3. Протягом останніх

10 років він знизився на 400 млн м3/рік, що свідчить про поступове підвищен-

ня ефективності використання водних ресурсів. Основними забруднювачами

водних об’єктів області є підприємства металургійної, вугільної промисловос-

ті і комунального господарства, на які припадає 97 % стічних вод. Основним

споживачем і забруднювачем Азовського моря в Донецькій області є ВАТ

ММК «Азовсталь», який в 2008 р. використав 873,7 млн м3 морської води і

скинув у море 206,7 млн м3 забруднених стічних вод.

Ще однією з нагальних екологічних проблем є поводження з відхо-

дами. В області накопичено 4 млрд т відходів. Площа земель, зайнятих від-

ходами, досягає 2 % території області. Відповідно до законодавства про ві-

дходи суб’єкти господарської діяльності в сфері поводження з відходами

зобов’язані зменшувати обсяги утворення відходів виробництва, здійсню-

вати організаційні, науково-технічні й технологічні заходи щодо максима-

льної утилізації відходів, використання їх як вторинної сировини.

Негативний вплив на природні ландшафти, знищення дикої природи

заради промислового й сільськогосподарського освоєння територій на До-

неччині досягло критичного рівня. Якщо в середньому по Україні в приро-

дному стані перебуває близько 30 % території, у тому числі понад 17 %

займає ліс, то в Донецькій області природні території налічують лише

20 %, з них ліс – тільки 7,7 %.

Очевидно, що поліпшення стану довкілля, запобігання екологічній

кризі неможливе без збільшення інвестицій у модернізацію виробництва

з метою підвищення енергоефективності і гарантування екологічної безпе-

ки виробничих процесів.

Основним джерелом інвестицій в основний капітал на охорону навко-

лишнього природного середовища і раціональне використання природних

ресурсів є власні кошти підприємств. Їхня частка в 2008 р. становила 82 % у

загальному обсязі фінансування природоохоронних заходів в Донецької об-

ласті. Слід заз-начити, що різке зростання інвестицій власних коштів підпри-

19

ємств у природоохоронне будівництво відбулося у 2005 р. На жаль, у 2006,

2007 і 2008 роках подальше збільшення обсягів фінансування природоохо-

ронних заходів за рахунок власних коштів підприємств не спостерігалося.

Другим за значущістю джерелом фінансування природоохоронних за-

ходів є обласний фонд охорони навколишнього природного середовища, час-

тка якого в 2008 р. становила 16 %. Частка коштів державного фонду охоро-

ни нав-колишнього природного середовища, що були спрямовані на приро-

доохоронне будівництво на території Донецької області, з 2005 по 2008 роки

не перевищувала 1 %.

Для оздоровлення екологічної ситуації в області першочерговою є

необхідність інвестування в природоохоронне будівництво у процесі мо-

дернізації металургійного виробництва.

Так, на ВАТ «МК «Азовсталь» лише внаслідок установки електрофі-

льтрів за доменними печами №№ 2, 4, 6 викиди пилу скоротилися на

1400 т/рік.

На ЗАТ «Донецьксталь–металургійний завод» впровадженням центра-

лізованої системи відведення пилогазоповітряної суміші від ливарних

дворів з очищенням у рукавному фільтрі викиди зменшено на 130 т/рік. А

запланована, але й дотепер не реалізована заміна мартенівського вироб-

ництва на електросталеплавильне дасть можливість скоротити викиди заб-

руднюючих речовин в атмосферне повітря на 2,5 тис. т/рік.

Яскравим прикладом різних підходів до забезпечення енергоефективнос-

ті й екологічної безпеки виробництва можуть бути коксохімічні підприємства

області.

Так, на ВАТ «Макіївський КХЗ» і ВАТ «Єнакіївський КХЗ» обладнання

для очистки коксового газу від сірки через незадовільний технічний стан виве-

дено з експлуатації. На ВАТ «Авдіївський КХЗ» і на ВАТ «Ясиновський

КХЗ» здійснюють модернізацію виробничих процесів.

Результатом інвестування в природоохоронне будівництво стало під-

вищення ефективності виробництва і поступове зниження викидів шкідли-

вих речовин в атмосферне повітря на Авдіївському КХЗ з 6,9 т на 1 тис. т го-

тової продукції у 2003 р. до 4,6 т на 1 тис. т готової продукції у 2008 р. На

Ясиновському КХЗ показник викидів знизився з 5,1 т на 1 тис. т коксу в

2003 р. до 3,3 т на 1 тис. т коксу.

На АКХЗ зменшення викидів забруднюючих речовин і раціональне ви-

користання вторинних ресурсів зумовлено реконструкцією цехів сіркоочи-

щення, закриттям циклів кінцевого охолодження коксового газу по воді та ін.

На ЯКХЗ виконано ряд природоохоронних заходів, завдяки яким під-

приємство має найменші в області питомі викиди. Уведено в експлуатацію

турбіну на ТЕЦ, що дало можливість використовувати надлишок коксового

газу для одержання електроенергії. Проводяться роботи з переведення сірко-

очищення на МЕА процес, що забезпечить зменшення викидів забруднюю-

чих речовин на 740 т/рік. На виконання цього заходу в 2008 р. було витраче-

но 19,8 млн грн.

20

У той же час, на ВАТ «Макіївський КХЗ» показник питомих викидів,

не маючи чітких тенденцій до зниження, коливається у межах 5,4–6,5 т на

1 тис. т коксу, а на Єнакіївському КХЗ більше ніж удвічі перевищує показни-

ки інших коксохімічних підприємств і має чітку тенденцію до зростання, до-

сягнувши 13 т у 2008 р.

На ВАТ «ММК імені Ілліча» з 2005 р. здійснюють реконструкцію не-

ефективно працюючих очисних споруд на промвипуску №2, що дасть змогу

довести до нормативного очищення 13 млн м3 стічних вод, з яких 7 млн м

3

очищених вод планується для повторного використання у виробництві. На

жаль, при загальній вартості проекту 32 млн грн за станом на 1 жовтня

2009 р. освоєно лише 5,5 млн грн.

Впровадження технологій з переробки раніше накопичених відходів

виробництва на підприємствах гірничо-металургійного комплексу сприяє

істотному підвищенню ефективності виробництва за рахунок зниження об-

сягу утворення й розміщення відходів і економії сировинних ресурсів.

Так, ЗАТ «Донецьксталь–металургійний завод» придбав установку з

переробки залізовмісних відходів «АМСОМ» вартістю понад 23 млн грн,

яка окупилася менше ніж за 2 роки. Аналогічні установки працюють на

ВАТ МК «Азовсталь» і «ВАТ ММК імені Ілліча».

Для техногенно перевантаженої території Донецької області питання

збереження рослинного і тваринного світу, формування регіональної еколо-

гічної мережі, розвитку природно-заповідного фонду є першочерговими.

Тому фінансування заходів за рахунок коштів обласного фонду охоро-

ни навколишнього природного середовища спрямовано на збереження наяв-

них і створення нових територій природно-заповідного фонду, охорону і збі-

льшення площі лісових насаджень, збереження біологічної й ландшафтної

розмаїтості. Якщо у 2003 р. на ці цілі було виділено 1,8 млн грн, що станови-

ло менш ніж 7 % загального обсягу, то в 2008 р. – 11,5 млн грн, або 18,4 %

фінансування з обласного фонду.

Очевидно, що забезпечити фізичне й моральне здоров’я суспільства

неможливо в умовах пригніченого стану природних комплексів, зумовле-

ного орієнтацією суспільного виробництва на надмірне використання при-

родних ресурсів.

Лише переведення індустріального комплексу, що сформувався у

Донецькій області, на енергоефективні технології може стати гарантією

екологічної безпеки і не допустити подальшого погіршення екологічної си-

туації в регіоні.

21

УДК 661.566.081.2

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТА РЕСУРСОЗБЕРЕЖЕННЯ

ВИРОБНИЦТВА РОЗБАВЛЕНОЇ НІТРАТНОЇ КИСЛОТИ

Столяренко Г. С.

доктор технічних наук, професор

Коржик Л. В.

асистент

Соломка С. М.

магістрант

Черкаський державний технологічний

університет

Азотна кислота за обсягами виробництва займає серед інших кислот

друге місце після сірчаної. Це зумовлено використанням її у виробництві ні-

тратів і складних добрив (75–80 %), вибухових речовин і синтетичних барв-

ників, а також у фармацевтичній промисловості.

Агрегати для виробництва розбавленої азотної кислоти, які працюють

в Україні, мають ряд істотних вад, зокрема низький ступінь переробки окси-

дів азоту в абсорбційній колоні та високу концентрацію NOx у відхідних ніт-

розних газах. Оксиди азоту є одними з найшкідливіших викидів, що заб-

руднюють атмосферне повітря під час виробництва азотної кислоти.

На вітчизняних заводах, зокрема і на Черкаському ВАТ «Азот», вико-

ристовують неселективне і селективне каталітичне очищення відхідних газів

від оксидів азоту, яке полягає у відновленні останніх природним газом або

аміаком на каталізаторі до таких нетоксичних компонентів, як молекулярний

азот та водяна пара за реакціями:

кДж3,1800OH6N5NO6NH4 223 (1)

кДж0,2776OH12N7NO6NH8 2223 (2)

Процес неселективного відновлення проходить у середовищі, яке міс-

тить до 4 % об. кисню. Тому, крім безпосереднього відновлення, метан дода-

тково витрачається ще на реакцію окиснення, що призводить до багаторазо-

вих невиробничих витрат відновлювача. Крім того, хвостові нітрозні гази пі-

сля стадії абсорбції необхідно підігрівати до температури запалення каталі-

затора, що також призводить до збільшення витрат метану.

У процесах селективного каталітичного очищення газ-відновлювач

(аміак) взаємодіє винятково з оксидами азоту, тому його витрата є меншою.

Температура очищеного газу на виході з каталітичного реактора нижча, ніж

у процесі високотемпературного каталітичного очищення, що дає можли-

вість використовувати простіше і дешеве устаткування для рекуперації енер-

гії (зокрема, низькотемпературну рекупераційну турбіну).

22

Але цей метод очищення має ряд вад: перевитрати відновника – аміаку

(30 %-й надлишок), необхідність розкладання його після реактора через мож-

ливість утворення нітросполук в трубопроводах.

Ще однією важливою вадою методів каталітичного відновлення є їх

спрямованість на руйнування цінних компонентів NO і NO2 до N2 (дефіксація

зв’язаного азоту), для одержання яких використовується аміак. Єдиним про-

мисловим методом одержання аміаку сьогодні є конверсія вуглеводнів при-

родного газу. З огляду на щорічне зростання ціни блакитного палива, таке

негосподарське використання останнього є просто злочинним.

Було поставлено завдання: вивчити можливості утилізації цінних ком-

понентів відхідних газів шляхом інтенсифікації процесу окиснення і пере-

робки оксиду азоту (II) в азотну кислоту шляхом синтезу кисневмісних ради-

калів безпосередньо в абсорбційній зоні із залишкового кисню і парів води.

У цій роботі радикали синтезували шляхом обробки реакційної зони імпуль-

сним ультрафіолетовим випромінюванням. Процес залежить від порогової

довжини хвиль з утворенням атомарного кисню O(3P), O(

1D) і O(

1S):

ООО hv

2 (3)

При ≤ 2424 Å по реакції (3) утворюється O(3P); при ≤ 1750 Å – O(

1D);

при ≤ 1332 Å – O(3P) і O(

1S). Синтез коливально-збуджених атомів O(

1D)

або O(1S) дає можливість одержати кисневмісні радикали за високошвидкіс-

ними реакціями з водою, в результаті цього утворюються радикали НО і

2НО :

HOHOOH)D(О 2

1 . (4)

Радикали НО і

2НО в умовах вакуумного ультрафіолету утворюються

також під час розкладання води з високим квантовим виходом:

HOHOH hv

2. (5)

22 HOOH . (6)

Коливально-збуджені радикали НО і НО2

за будь-яких концентрацій

практично миттєво (10-2

– 10-4

с) вступають в реакцію з оксидом азоту (II).

Крім того, в присутності води відбувається синтез кисневмісних радикалів з

подальшим кислотоутворенням за механізмом: 2

м HNONOHO )смольл108,1k( 119

7

(7)

3

м

2 HNONOHO )смольл108,7k( 118

8

(8)

222 NOOHHNOHO )смольл106,3k( 119

9

(9)

32 HNOHONO )смольл108,1k( 119

9

(10)

Під час досліджень радикали синтезувалися в потоці газової суміші,

що моделює склад газу на верхніх тарілках абсорбційної колони (концентра-

ції оксидів азоту NO і NO2 становили 0,1 і 0,002 % об. відповідно), шляхом

обробки реакційної зони вакуумним ультрафіолетовим випромінюванням.

23

Для фотохімічної обробки ультрафіолетове випромінювання одержу-

вали при використанні водневої лампи і вікон з фториду літію або магнію.

Моделювання складу газу здійснювали на базі стандартизованих сумішей.

Фотоактивація нітрозного газу у разі однакового ступеня ультрафіоле-

тового опромінювання у присутності водяної пари дає можливість досягти

ступеня окиснення 80–90 % проти 0,97 % без використання фотоактивації.

Таблиця 1 – Фотоокиснення оксиду азоту (II) низьких концентрацій

(0,08 % об. NO і 0,002 % об. NO2) у системі газ – рідина

№

п/п

Час

контакту,

с

Концентрація

NO,

СNO ∙10-3

, мг/м3

Концентрація NO2,

СNO2 ∙10-3

, мг/м3

Ступінь окиснен-

ня без обробки

0a ,%

Ступінь окиснен-

ня з обробкою

1a ,%

1 0,20 0,864 0,2444 0,956 15,39

2 0,22 0,7526 0,4415 0,96 27,67

3 0,25 0,450 0,883 0,965 56,13

4 0,30 0,368 1,0124 0,97 64,19

5 0,4 0,0817 1,5504 0,978 92,52

Як видно з результатів, наведених у табл. 1, метод фотоактивації дає

змогу досягти ступеня окиснення до 92,52 % у разі перебування газу в зоні

опромінення протягом 0,4 с. Подальше збільшення часу перебування газу в

зоні контакту призводить до зниження ступеня окиснення, що пояснюється

переважаючим впливом реакцій руйнування вільного NO2 під дією ультра-

фіолетового опромінення.

Результати досліджень дають можливість запропонувати використання

методу фотокаталітичної імпульсної обробки нітрозних газів для технології

одержання розбавленої азотної кислоти, що дасть змогу скасувати каталітич-

не відновне очищення газів. Таким чином, це забезпечить повне і швидке

окиснення NO в NO2, знизить вміст NOx у газах, що відходять, і підвищить

концентрацію продукційної кислоти. Завдяки більш повній переробці окси-

дів азоту в продукційну кислоту та економії енергоресурсів ця технологія

дасть можливість зменшити собівартість однієї тонни азотної кислоти майже

на 12 % порівняно з існуючою технологією.

24

АВТОНОМНИЙ БІОЕНЕРГЕТИЧНИЙ ЦЕНТР

ДЛЯ ВИРОБЛЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ТА ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ Й

ОДЕРЖАННЯ ОРГАНІЧНИХ ДОБРИВ З ВІДХОДІВ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

Зінченко М. Г.

кандидат технічних наук,

доцент, професор

Кравченко С. О.

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Тинда О. А.

аспірант

Національний технічний університет

«Харківський політехнічний інститут»

Загострення екологічних проблем, зменшення запасів невідновлюва-

них енергоресурсів, зростання цін на них зумовили глобальний інтерес до

розроблення і використання методів біоконверсії органічних відходів проми-

словості, сільського, комунального господарства з одержанням енергії. Од-

ним з найефективніших методів утилізації органічних відходів є їх біологічна

конверсія (анаеробне зброджування), продуктами якої є біогаз – джерело

енергії та зброджена маса з властивостями добрива.

Технологія анаеробного зброджування має такі переваги:

біогаз, що складається з метану (60–70 %) та діоксиду вуглецю (40–

30 %), має теплотворну здатність від 20 до 30 МДж/м3 залежно від вмісту

СО2; його можна з високою ефективністю використовувати як газоподібне

паливо або за допомогою газогенератора трансформувати в електричну і теп-

лову види енергії у двигунах внутрішнього згорання;

зброджувана маса містить біогенні елементи (азот, фосфор, калій), її

можна використовувати як органічне добриво;

створення біогазових установок через їхнє локальне розміщення

поб-лизу підприємств і побутових приміщень не потребує будівництва доро-

гих газопроводів.

Таким чином, технологія метанового зброджування дає можливість

одночасно розв’язати екологічну, енергетичну й агрохімічну проблеми сіль-

ськогосподарських підприємств.

В НТУ «ХПІ» довгий час проводили дослідження, спрямовані на інте-

нсифікацію процесу метанового зброджування, а також конструктивне офо-

рмлення технології. Результати роботи опубліковано більш ніж у 40 статтях

та захищено 10 патентами України і Росії.

З використанням результатів досліджень у 1984 р. була побудована

біогазова установка «БІОГАЗ-301С» у м. Суми (спільна розробка НТУ «ХПІ»

і ВАТ «НВО імені М. В. Фрунзе») для переробки відходів свиноферми на

3000 голів тварин. Вона виробляла 450 м3/добу біогазу, який утилізували у

25

котельній з одержанням гарячої води для потреб ферми. Установку стабільно

експлуатували до 2000 р., доки не було ліквідовано свиноферму.

З урахуванням накопиченого досвіду автори розробли ряд інвестицій-

них пропозицій і проектів біогазових установок, зокрема:

підготовлено ТЕО до інвестиційного проекту установки для переро-

бки 50 т/добу гною великої рогатої худоби з виробленням 650 м3/добу біога-

зу в с. Ново-Мажарово Харківської області. Утилізація біогазу в когенера-

ційній установці дасть можливість повністю забезпечити власні потреби

установки в енергії;

за замовленням сільськогосподарського коледжу провінції Онтаріо

(Канада) виконано ТЕО до проекту установки для зброджування 30 м3/добу

суміші свинячого й коров’ячого гною з переробкою біогазу на електричну

енергію. У проекті передбачено додаткове очищення рідкої фракції зброд-

женої маси до показників, що дають можливість використовувати її в систе-

мі видалення навозу (рН 7,5–7,6; зважені речовини – 75–100 мг/л; ХПК –

30 мг/л; БПК – 21мг/л);

у 2003 р. розроблено проект і побудовано фермерську біогазову

установку поблизу м. Лімассол (Кіпр).

У більшості працюючих біогазових установок та таких, які проек-

тують, передбачено використання мезофільного (30–35 С) режиму метано-

вого збродження відходів. Це зумовлено прагненням до мінімізації витрат

енергії для забезпечення процесу одержання біогазу. В той же час відомо, що

термофільне зброджування (50–55 С) має вагомі переваги порівняно з мезо-

фільним, зокрема глибше розкладання органічної речовини стоків і відповід-

но більший вихід біогазу. Крім того, у цьому режимі здійснюється гаранто-

ване знезараження відходів, зброджена маса відповідає санітарним вимогам

за вмістом патогенної мікрофлори, її можна безпосередньо використовувати

як добриво. Проте підтримка термофільного режиму потребує значних вит-

рат палива, і це стримує будівництво БЕУ. Дійсно, як свідчить досвід екс-

плуатації малих і середніх біогазових установок, продукційного біогазу не

вистачає на обігрівання метантенків у зимовий час. Що стосується великих

БЕУ, то виконані нами розрахунки показали, зокрема, що при роботі у складі

когенераційної установки двох газопоршневих двигунів типа ГДГ 500/1000

за рахунок утилізації тепла вихлопних газів і охолоджуючої рідини виробля-

ється 1100 кВт теплової енергії, з якої для попереднього підігрівання біомаси

та підтримання роботи метантенків в термофільному режимі витрачається

957 кВт. Решту 143 кВт теплової енергії може бути використано для побуто-

вих та інших виробничих потреб. Аналіз енергоспоживання установки свід-

чить, що для забезпечення технологічного обладнання та побутових потреб

обслуговуючого персоналу буде потрібно близько 200 кВт електричної енер-

гії.

З 1000 кВт електричної енергії, яку виробляють два газові двигуни

внутрішнього згорання ГДГ 500/1000, 800 кВт може бути продано як товар.

26

Очевидно, що з погляду екологічної та економічної ефективності най-

доцільніше впроваджувати біогазові установки на великих тваринницьких

комплексах. Виходячи з цього, ми розробили інвестиційні пропозиції щодо

створення біоенергетичного комплексу для свиноферми з поголів’ям 60 000

тварин.

Схему роботи біокомплексу наведено на рисунку.

Як основні вихідні положення прийнято, що відходи зброджують у

термофільному режимі. Продукційний біогаз очищують, доводять до робо-

чих параметрів і як моторне паливо подають у двигуни внутрішнього зго-

ряння. Тверда фракція перебродженої біомаси, що має властивості органіч-

ного добрива, потрапляє в місцеві сільгосппідприємства.

Рис. Схема роботи біокомплексу з утилізації відходів свиноферми

Технічні характеристики обладнання та агрегатів енергетичного ком-

плексу вибрано з розрахунку, що щодобовий вихід рідинних стоків стано-

вить 460 м3, а продукційна електроенергія передається в електричну мережу.

Вироблене тепло частково використовують для забезпечення температурного

режиму зброджування відходів, а його надлишок – для забезпечення темпе-

ратурного режиму утримання тварин.

Енергетичний комплекс працює таким чином.

З приміщення свиноферми шляхом гідрозмивання гній потрапляє у

збірник, звідки за допомогою відцентрового насосу через пастку подається в

підігрівач об’ємом 153,3 м3. (У схемі передбачено 3 підігрівача, що запов-

нюються по черзі). У підігрівачі гній витримують при періодичному перемі-

шуванні протягом 8–9 годин та підігрівають до температури ферментації

52 ± 2 ˚С, після чого подають у метантенк об’ємом 500 м3, в якому підтри-

мують такий же температурний режим (у схемі передбачено 8 метантенків,

27

що заповнюються по черзі). У метантенку біомаса перебуває вісім діб. Зброд-

жену масу вивантажують через спеціальний переливний пристрій у збірник –

аератор. В аераторі відбувається насичення маси киснем з метою припинення

життєдіяльності анаеробної мікрофлори та поліпшення санітарно-гігієнічних

показників стоків. Далі з аератора відферментована маса самопливом по-

дається у центрифугу, де розділяється на фракції. Зневоднений шлам по спе-

ціальному каналу за допомогою шнекового транспортера подається на відва-

нтаження, а рідка фракція по трубопроводу за допомогою відцентрового на-

соса – у збірник рідкої фракції, звідки насосом викидається на поля як рідке

добриво. При відповідному доочищенні рідка фракція може бути повторно

використана для гідрозмивання в приміщенні свиноферми.

Утворений біогаз з метантенка через фільтр попереднього очищення

відводиться в газгольдер, з якого за допомогою газового компресора потрап-

ляє в газосховище. З газосховища через знижуючий редуктор біогаз подаєть-

ся в газовий мотор-генератор.

До нинішнього часу в Україні будівництво подібних біокомплексів не

відбувалося. Більшість великих тваринницьких ферм скидають величезні об-

сяги необроблених стоків у відкриті сховища, чим завдають невиправної

шкоди довкіллю. Розроблені у цьому проекті технічні пропозиції дають мож-

ливість вирішити природоохоронні, агрономічні та енергетичні завдання

сільгосппідприємств.

Когенераційні комплекси, що використовують біогаз в якості моторно-

го палива для газових двигунів внутрішнього згорання, забезпечують енер-

гонезалежність великих сільськогосподарських підприємств, дають змогу іс-

тотно знизити собівартість їх продукції за рахунок використання в виробни-

чому циклі дешевої електричної та теплової енергії.