Мар 31 2001

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УТИЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ КОКСОХИМИИ

Опубликовано в 19:54 в категории Утилизация отходов

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УТИЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ КОКСОХИМИИ

Т.Ф. Дорошенко, Ю.Г. Скрыпник, С.H. Лящук, И.В. Романенко

Институт физико-органической химии

и углехимии им. Л.М. Литвиненко HАН Украины, г. Донецк

Современный этап развития производства в нашей стране сопровождается высоким риском техногенных аварий (в 1995-2000 гг. - более 300 чрезвычайных ситуаций), что связано с износом основных производственных фондов на 39-48 % и коррозионно-механическим разрушением трубопроводов и других металлоконструкций. Это приводит к ежегодным потерям 9-15 % металлофонда Украины и увеличению техногенных загрязнений окружающей среды, негативно влияющих на экологическое равновесие в природе [1]. Поэтому постоянно растет роль коррозионной и экологической науки, как основного фундамента безопасности жизни и деятельности людей.

В последние десятилетия проявились технократический уклон, пренебрежительное отношение к решению экологических проблем, продолжает проводиться практика неразумного "покорения природы", "варварских" способов обработки и использования природных ресурсов. По предварительным оценкам ученых, улучшение экономики при помощи затратного механизма, развитие производства "взаймы" привело бы к разрушению природы уже через 15-20 лет. Поэтому крайне необходимо внедрение новейших природоохранительных технологий, обеспечивающих эффективную очистку, обезвреживание, улавливание вредных выбросов и отходов, что позволит одновременно решить проблему охраны окружающей среды от загрязнений и проблему ресурсосбережения и расширения сырьевой базы промышленного комплекса.

Анализ нынешнего состояния производства показывает, что в настоящее время в Украине сложилась критическая ситуация с промышленными отходами. Причем, особо актуальны вопросы охраны окружающей среды в коксохимии (в частности, в Донецком регионе), которая

вносит большой негативный вклад в загрязнение атмосферы, водного бассейна и почвы. В современных условиях дефицита и высокой стоимости сырья и материалов экологическое и экономическое значение этой проблемы трудно переоценить, так как проводимая в последнее время переработка угля с точки зрения достаточно полной утилизации коксохимического сырья весьма несовершенна. Так сегодня из 14 коксохимических заводов Украины лишь Криворожский КХЗ частично (на 10 %) выделяет и рационально использует легкие пиридиновые фракции, а еще недавно 10-12 КХЗ выделяли их на 30-40 %. Необходимость утилизации отходов коксохимической промышленности связана, с одной стороны, с увеличивающимися темпами роста промышленных отходов, а с другой - с экономией их расходования, поскольку запасы вторичного сырья небезграничны, а цены на него и затраты на воспроизводство ресурсов непрерывно растут. Применительно к коксохимии это означает обеспечение термической переработки каменного угля при минимальных энергетических затратах и максимальном извлечении полезных веществ, особенно азотсодержащих. При этом поиск новых способов рационального использования промышленных отходов в качестве противокоррозионных материалов, в том числе ингибиторов коррозии, несомненно, важен.

На основе многолетних исследований промышленных азотсодержащих отходов коксохимического производства, в частности, легких и тяжелых пиридиновых оснований, было установлено, что они содержат целый ряд веществ (около 120 соединений ароматического и гетероциклического строения), способных служить основой для производства различных химических реагентов: ингибиторов коррозии и солеотложения в различных коррозионно-агрессивных средах, дезактиваторов и т.п. Такое использование азотсодержащих отходов и побочных продуктов коксохимической промышленности обусловлено наличием следующих преимуществ: чрезвычайно высокой термо- и химической стойкости, многопрофильности использования, потенциальной возможности промышленного выделения из каменноугольной смолы на стандартном оборудовании по простой технологии и др. Однако, как показывает практика, сами отходы производства в исходном состоянии в большинстве случаев использоваться не могут ввиду загрязненности и, соответственно, невысокой эффективности. После соответствующей технологической переработки отходов (растворение, нейтрализация, термообработка, разделение на фракции и т.д.) образуются вещества, из которых путем научно обоснованного и целенаправленного синтеза можно получить новые соединения с заранее заданными свойствами: противокоррозионными, деэмульгирующими, биоцидными, моющими, протипарафинистыми и др.

Хроматографически (длина колонки 3 м, диаметр 4 мм, неподвижная фаза - 5 %-ный полиэтиленгликоль адипинат, нанесенный на хроматон N-AW, температура 100-200° С, газ-носитель - гелий 50 мл/мин) были выделены и изучены фракции каменноугольных пиридиновых и хинолиновых оснований, представляющие собой сложные по составу смеси [2] и содержащие тяжелые пиридиновые основания (выход в % от смолы): легкая фракция 0.4-0.8, фенольная – 1.5-2.5, нафталиновая - 9-12, поглотительная - 9-13, антраценовая - 19-24.

Гравиметрически было исследовано защитное действие узких коксохимических фракции в трех промысловых средах.

Таблица 1.Защитная эффективность коксохимических фракций и некоторых азинов, входящих в их состав, при торможении коррозии в различных промысловых средах

Наименование фракции,

соединения

Защитная эффективность Z, %

углево-дород-ная

водная минерализо-ванная

смесь

УВ-вода (1:1)

парогазовая среда над смесью

УВ-вода

Широкая

лутидиновая

Хинолиновая I

Пиридин

Хинолин

84-89

90-93

42-47

72

82-84

94-96

51

77

83-86

88-93

49-52

72-75

79-82

68-74

67-70

53-56

Следует отметить, что благодаря различной растворимости отдельных составляющих фракций в воде, водно-метанольной смеси и углеводородах, различной адсорбируемости на поверхности металла и другим различиям в свойствах ингибиторные композиции на основе фракций легких и тяжелых пиридиновых оснований могут обладать высоким защитным эффектом в широких границах применения.

Также была изучена противокоррозионная активность производных пиридина и хинолина, входящих в состав коксохимических фракций, в условиях сернокислотной (сталь 20, 0.1 М раствор H2SO4, концентрация азинов 0.01 моль/л, температура 30° С, время эксперимента 4 ч) и сероводородной (сталь 20, pH раствора H2S в воде равно 5, концентрация азинов 0.005 моль/л, температура 30° С, время эксперимента 20 ч) коррозии [3,4]. Обнаружена высокая противокоррозионная эффективность замещенных пиридинов и хинолинов в различных коррозионно-активных средах, что дает основание для использования промышленных отходов и побочных продуктов коксохимии, содержащих в своем составе соединения аналогичного строения, в качестве эффективных ингибиторов коррозии металлов. Причем, пиридины с донорными заместителями - для эффективной защиты от разрушающего действия сероводорода, а с акцепторными - в ингибиторных композициях кислотной коррозии. В то же время защитное действие ингибиторов на основе пиридиновых оснований во многом определяется и биоцидными свойствами соединений, входящих в их состав, а также характером влияния их на процессы жизнедеятельности бактерий. Отобранные нами в результате коррозионных исследований отходы протестированы в соответствии с предлагаемыми нормами прогнозной санитарно-гигиенической оценки. Выявлены наиболее перспективные из них по показателям растворимости, степени очистки, пожаровзрывобезопасности и др. Противокоррозионную эффективность ингибиторов исследовали на моделях пластовой воды с содержанием сероводорода 100 мг/л, биоцидную активность проверяли согласно методике определения сульфатредуцирующих бактерий в нефтепромышленных средах при концентрациях ингибиторов 25-200 мг/л и контакте в течение 24 часов.

Таблица 2.Защитная и биоцидная активность ингибиторов на основе отходов коксохимического производства

Наименование

ингибитора

Защитное действие Z, % при концентрации, мг/л

Конц. ингибитора,

при которой погибают все бактерии, мг/л

100

50

25

Фуксар-2

СКИ-2

Фуксар-4

92

93

95

90

90

90

88

80

85

200

50

200

Как показали проведенные исследования, биоцидная эффективность предложенных композиций связана с адсорбцией таких катионоподобных ингибиторов, на отрицательно заряженной поверхности стали и несущих отрицательный заряд клетках сульфатредуцирующих бактерий, изменением их электрических и гидрофобных свойств и структуры двойного электрического слоя на границе их раздела.

В результате проведенных исследований влияния структуры соединений на их защитные свойства были модифицированы известные ингибиторы коррозии, расширен спектр их действия, а также разработаны новые ингибиторы комплексного действия серии "Донбасс", "Фуксар" и др.

Таким образом, перспективным и экономически выгодным направлением в создании ингибиторов коррозии является применение малоиспользуемых продуктов и отходов коксохимического производства.

Литература

1. Разработка новых антикоррозионных материалов и ингибиторов солеотложения на основе отходов химических производств // Толстых В.Ф., Лилак Н.Н., Самонова Л.С., Ольхов Г.Р., Козловская Л.С. / Физико-химическая механика материалов. Спец. выпуск: "Проблемы коррозии и противокоррозионной защиты материалов". – 2000, № 1. – С.500-503.

2. Каменноугольные хинолиновые основания – перспективное сырье для производства ингибиторов коррозии// Скрыпник Ю.Г., Дорошенко Т.Ф. / Физико-химическая механика материалов. – 1996. – Т.32, № 4. – С.19-27.

3. О роли структуры замещенных азинов в ингибировании кислотной коррозии // Дорошенко Т.Ф., Скрыпник Ю.Г., Лящук С.Н. / Защита метал лов. – 1995. - Т.31, № 4. – С.360-364.

4. Влияние природы коррозионной среды на скорость и механизм ингибиторной защиты азинами // Дорошенко Т.Ф., Скрыпник Ю.Г., Жовнирчук В.М. / Физико-химическая механика материалов. 1996. - Т.32, № 5. - С.60-67.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.