Экологические аспекты использования углеводородного сырья. Введение
На сегодняшний день одной из актуальных экологических проблем является проблема автотранспорта, т. к. двигатели внутреннего сгорания, работающие на продуктах нефтепереработки, оказывают наибольшее антропогенное воздействие на окружающую среду. Ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается 250 млн. т. мелкодисперсных аэрозолей. Сейчас в биосфере содержится около 3 млн. химических соединений, никогда ранее не встречавшихся в природе.
Проблема экологической безопасности при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания требует разработки экологически чистых моторных топлив.
Экологические проблемы использования углеводородного топлива
Выхлопные
газы двигателей внутреннего сгорания
являются источником таких органических
токсикантов, как фенантрен, антрацен,
флуорантен, пирен, хризен, дибензпирилен
и др., обладающие сильной канцерогенной
активностью, а так же раздражающие кожу
и слизистые оболочки дыхательных путей.
Анализ механизмов химических реакций проходящих внутри двигателя при сгорании топлива показал, что основной причиной образования органических токсикантов является неполное сгорание топлива:
в процессе сгорания топлива металлы, из которых состоит сплав двигателя, являются катализаторами многих химических процессов, приводящих к образованию конденсирующих ароматических соединений и их производных;
образование сажи при неполном сгорании топлива способствует ароматизации углеводородов;
химический состав бензина существенно определяет концентрацию образующихся конденсированных соединений.
Наибольшую опасность представляет бензин каталитического риформинга, по причине высокой непредельности входящих в его состав углеводородов и высокого содержания ароматических углеводородов.
Меньшую
опасность представляет бензин
каталитического крекинга, хотя и имеющий
меньшую теплоту сгорания.
Уменьшить выбросы органических токсикантов, образующихся при сгорании углеводородного топлива, можно несколькими способами:
увеличить поступление кислорода в камеру сгорания топлива, что увеличит процент сгорания органических веществ;
подавить каталитическую активность никеля и железа, входящих в состав сплава конструкции камеры сгорания, введя небольшое количество металлического свинца, являющегося каталитическим ядом для этих металлов;
использовать топливо, в составе которого преобладают предельные углеводороды, природный газ, петролейный эфир, синтетический бензин.
Современные методы улучшения качества дизельных топлив
Получение дизельных топлив, соответствующих современным требованиям, возможно путем повышения качества нефтепереработки и введения пакета присадок различного назначения.
Основными достоинствами
дизельных двигателей по сравнению с
другими двигателями внутреннего сгорания
являются экономичность и сравнительная
дешевизна топлива, поэтому их применение
постоянно расширяется.
Правительствами
индустриально развитых стран и рядом
международных организаций были проведены
фундаментальные исследования по
выяснению влияния наиболее значимых
факторов качества дизельных топлив
(ДТ) на эксплуатационные характеристики
двигателей и загрязнение окружающей
среды продуктами сгорания. Эти работы
завершились принятием новых стандартов
на дизельное топливо. В частности,
Всемирной топливной хартией и европейским
стандартом EN 590, которые в отличие от
действующего российского ГОСТа 305-82
жестко ограничивают содержание в топливе
серы, ароматических и полиароматических
углеводородов, вводится новый показатель
“смазывающая способность топлива”
и устанавливается значительно более
высокий уровень цетанового числа.
Автомобили – главная причина появления смога в крупных городах. Доля выхлопных газов достигает 4/5 от общего объема вредных выбросов в атмосферу.
ГОСТ 305-82 перестал отвечать современным требованиям по перечисленным выше показателям, что уже сказывается на состоянии воздушного бассейна и здоровье россиян. Назрела необходимость принятия нового, обязательного для исполнения, российского стандарта, может быть, даже более жесткого, чем европейский. Такое развитие событий представляется неизбежным. Хотя производство нового топлива требует значительных усилий от нефтепереработчиков, это позволит в значительной степени решить проблемы экологической безопасности и качественной эксплуатации дизельных двигателей.
Если сегодня основная
масса отечественных ДТ, по сути,
представляет собой гидроочищенный до
содержания серы 0,2% продукт атмосферной
перегонки нефти, то получение современных
экологически чистых ДТ представляет
технологически более сложную задачу,
причем достижение таких показателей
как цетановое число, смазывающая
способность, температура застывания
на сегодняшний день невозможно без
введения соответствующих присадок.
Одним из основных показателей качества ДТ является цетановое число (ЦЧ), которое служит критерием самовоспламеняемости топлива, определяет долговечность и КПД двигателя, полноту сгорания топлива и, во многом, дымность и состав отработанных газов.
Борьба за снижение
выбросов автотранспортом наиболее
опасного загрязнителя – сернистых газов
привела к появлению на рынке глубоко
гидроочищенных малосернистых ДТ. Однако
на практике оказалось, что их применение
быстро выводит из строя дизельную
топливную аппаратуру (топливные насосы,
форсунки), т.к. с уменьшением содержания
серы ниже 0,1% в результате гидроочистки
резко падают смазывающие свойства
топлива, обусловленные имеющимися в
нем естественными гетероатомными
органическими соединениями. На практике
смазывающую способность ДТ определяют
по диаметру пятна износа на специальной
шариковой машине трения или в результате
стендовых испытаний на натурных узлах
или непосредственно на двигателях. Она,
кстати, заметно ухудшается при введении
в ДТ некоторых цетаноповышающих и
депрессорных присадок из-за особенностей
их химического строения.
Улучшение экологических характеристик ДТ возможно также с помощью антидымных присадок, которые снижают количество одного из самых токсичных компонентов отработанных газов дизельных двигателей – сажи с адсорбированными на ней канцерогенными полиароматическими соединениями. Эффективность антидымных присадок зависит от типа двигателя и режима его работы. Отечественный ассортимент антидымных присадок представлен в основном растворимыми в топливе соединениями бария: ИХП-702, ИХП-706, ЭФАП-Б, ЭКО-1. Их применяют в концентрации 0,05-0,2%, возможно в комбинации с цетаноповышающими присадками (ЦПП) или другими присадками. За рубежом в последнее время отказываются от применения барийсодержащих присадок из-за определенной токсичности выносимого оксида бария.
Применение нашли
т.н. модификаторы (катализаторы) горения,
представляющие собой топливорастворимые
комплексы переходных металлов (прежде
всего железа), которые снижают не только
содержание в отработанных газах сажи,
токсичных оксидов углерода и азота, но
и расход топлива.
Анализ основных тенденций развития нефтепереработки показывает, что одним из наиболее эффективных способов получения современных экологически чистых дизельных топлив наряду с глубокой гидроочисткой является применение различных взаимно совместимых присадок последнего поколения, как правило, в составе пакета.
Презентация по химии по теме “Экологические аспекты добычи нефти”
Экологические аспекты добычи нефти
Бондарев Виталий 11 класс.
Алматы, 2014.
Начало добычи нефти
Когда человек научился добывать нефть, так называемое черное золото, он совсем не задумывался о том, что таит в себе её интенсивная добыча. Тогда люди пытались добыть как можно больше этого природного богатства. Каждую минуту в мире добываются тысячи тонн нефти. При этом люди даже не задумываются о ближайшем будущем нашей планеты.
Опасность загрязнения окружающей среды
Поначалу казалось, что нефть приносит людям только пользу и выгоду, позже выяснилось, что ее использование несет совсем обратную сторону. Люди, когда начали добывать нефть, не понимая о большой опасности этого промысла стали загрязнять планету, убивать природу, вырубать леса, то есть наносить огромный вред экологии. Люди, закрывают глаза на многие аспекты загрязнения окружающей среды нефтью.
Глобальное потепление – следствие добычи нефти
Люди, которые занимаются защитой окружающей среды и следят за экологией, выявляют еще одну огромную проблему добычи нефти — это глобальное потепление. Большое количество углекислого газа в атмосфере земли приведет к смене климата на планете. Все это возникает вследствие того, сжигание нефтепродуктов выводит большое количество углекислого газа в атмосферу. Эти изменения в климате могут привести к ряду экологических катастроф, среди которых непредсказуемые изменения погоды, таяние полярных льдов.
Нарушение погодных схем может привести к засухе и превращению значительных территорий Земного шара в пустыни.
Нефть и нефтепродукты оказывают большое пагубное воздействие на многие живые организмы, а, следовательно, и на все звенья биологической цепочки. Растворимые компоненты нефти очень ядовиты. Их присутствие приводит к гибели морских организмов, прежде всего рыб. Нефть отрицательно влияет на физиологические процессы, вызывает патологические изменения в тканях и органах рыб и птиц, а так же растений .
Загрязнение воздуха
Запах нефтепродуктов в виде паров бензина, а также продуктов его неполного сгорания известен каждому. И хотя оно, как правило, не дает острых и очевидных эффектов, местное население, вынужденное вдыхать в себя эти ароматы, достаточно активно протестует. Типичными ситуациями являются окрестности нефтеперегонных заводов, нефтехранилищ, нефтебаз, бензоколонок, автохозяйств, крупных автостоянок.
Образование смога
Гораздо более серьезные проблемы появляются при возникновении ситуации, когда взаимодействие летучих углеводородов, входящих в состав нефти и нефтепродуктов, окислов азота и ультрафиолетового излучения приводит к образованию смога.
В таких случаях количество серьезно пострадавших может составлять тысячи человек.
Загрязнение вод
Наиболее яркими и общеизвестными случаями печальных последствий воздействия нефти и нефтепродуктов на окружающую природную среду, является загрязнение вод. Нефть, разлитая на море, представляет собой, куда большую опасность, чем нефть, разлитая на суше. Она крайне негативно влияет на структуру экосистемы животных организмов, населяющих моря и океаны.
Загрязнение нефтью Мексиканского залива
В отличие от воды, нефть, как правило, не образует больших растеканий по поверхности почвы. Определенную опасность представляет вариант загорания пропитанных нефтью и нефтепродуктами грунтов. Основные же экологические проблемы при попадании нефти на землю связаны с грунтовыми водами. После просачивания до их поверхности, нефть и нефтепродукты начинают образовывать плавающие на воде линзы, крайне ядовитые для всего живого.
Источники
- 1. www.google.ru
- 2. http:// www.nauchforum.ru/node/1873
Методы добычи углеводородов для снижения воздействия на окружающую среду
В течение длительного времени велись поиски методов снижения воздействия на окружающую среду планеты, вызванного добычей углеводородов . Процесс производства таких материалов, как нефть, оказывает негативное влияние на окружающую среду, нанося большой ущерб экосистеме вокруг места добычи.
Добыча углеводородов без учета ущерба окружающей среде вызывает такие проблемы, как ущерб морской жизни и ее экосистеме, обезлесение и уничтожение флоры в местах, представляющих интерес для добычи углеводородов, загрязнение воды или уничтожение плодородных земель делая его непригодным для использования. Цель состоит в том, чтобы уменьшить эти эффекты.
Методы снижения воздействия на окружающую среду Меры по охране окружающей среды должны быть приняты перед разведкой, бурением и добычей углеводородов , чтобы оценить риски и побочный ущерб, которые могут быть нанесены в краткосрочной и долгосрочной перспективе в площадь, где проводятся работы.
Внедрение новых технологий, оборудования и химических соединений, используемых при бурении скважин, может положительно сказаться на добыче углеводородов, таких как нефть и газ, с использованием биоразлагаемых материалов, не загрязняющих окружающую среду.
Использование более легких и разлагаемых компонентов, которые не способствуют загрязнению окружающей среды, является одной из целей, установленных в качестве метода снижения воздействия на окружающую среду. Таким образом, жидкости, используемые при бурении скважин, заменяются сырьем природного происхождения, например, пальмовым маслом или другими соединениями, извлекаемыми из растений.
Это станет важным шагом вперед для углеводородной промышленности в сохранении окружающей среды за счет использования более экологически безопасных жидкостей и методов, которые не представляют долгосрочного риска для окружающей среды.
Другим важным фактором риска является деятельность по разработке месторождений углеводородов, так как они часто очень инвазивны и могут иметь последствия для экосистем и окружающей среды, поэтому необходимо более точное планирование, чтобы вызвать наименьшие возможное воздействие.
Экономика замкнутого цикла представляет собой экономическую модель, направленную на установление циклов полезности для сырья в целом с целью сокращения затрат и отходов, вредных для окружающей среды.
Таким образом, углеводородная промышленность может адаптироваться к этой экономической модели, которая продвигает такие инициативы, как повторное использование воды в качестве энергоэффективного процесса, а также более эффективное использование отходов, образующихся в результате добычи и переработки углеводородов.
Эта экономическая модель, примененная к углеводородной промышленности , не только полезна для окружающей среды, но и способствует более эффективному использованию экономических ресурсов, поскольку применяются новые тактики, такие как преобразование отходов добычи в побочные продукты, которые имеют различное применение в других областях.
Сокращение выбросов парниковых газов является еще одним важным фактором распространения экономики замкнутого цикла на промышленность благодаря использованию газа и более эффективному использованию энергетических ресурсов.
Процесс трансформации углеводородной промышленностиТрансформация углеводородной промышленности, несомненно, произойдет раньше, чем позже, поскольку воздействие современных технологий на окружающую среду наносит серьезный ущерб экосистеме, здоровью людей и планете.
Применение более дружественных методов, а также планирование и рациональное использование ресурсов приведет к тому, что углеводородная промышленность принесет пользу всем, применяя такие методологии, как экономика замкнутого цикла и другие процессы, упомянутые выше, для снижения воздействия на окружающую среду, вызванного эксплуатацией углеводородов.
5 Воздействие на окружающую среду | Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара | The National Academies Press
Посетите NAP.
edu/10766, чтобы получить дополнительную информацию об этой книге, купить ее в печатном виде или загрузить в виде бесплатного PDF-файла.
« Предыдущая: 4 Каталитическая конверсия легких алканов
Страница 71 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду». Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
На заключительном заседании семинара выступили пять экспертов, которые представили различные точки зрения на то, как достижения в области катализа могут повлиять на экологические проблемы, связанные с выбросами парниковых газов.
Пятью участниками дискуссии были Карл Местерс, ведущий исследователь и главный научный сотрудник Shell; Дэвид Аллен, профессор химического машиностроения и директор Центра энергетических и экологических ресурсов Техасского университета в Остине; Ричард Хеллинг, директор по устойчивой химии The Dow Chemical Company; Бала Субраманиам, заслуженный профессор химического машиностроения Дэна Ф. Серви Канзасского университета; и Клаус Харт, вице-президент по исследованиям в области экологического катализа компании Badische Anilin und Soda Fabrik (BASF).
Во вступительном слове Монти Алджер, директор Института исследований природного газа Пенсильванского государственного университета и профессор химического машиностроения, отметил, что химические вещества являются частью энергетической системы, которая может быть городом, университетским городком, компанией, нации или мира. Думая об энергетической системе в целом и учитывая большинство видов деятельности, связанных с энергетикой, с использованием существующих сегодня технологий, можно достичь состояния с нулевым выбросом углерода.
Единственным препятствием будет стоимость инвестиций. Настоящая задача состоит не только в том, чтобы стать устойчивым, но и в том, чтобы сделать это на правильном уровне экономической эффективности и производительности; учитывая, что сегодня нет экономической ценности перехода к безуглеродному миру и создания стимула для инвестиций в новую инфраструктуру для поддержки такого перехода.
Еще одна задача, по словам Элджера, заключается в разработке политики, стимулирующей
Page 72 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду». Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
с использованием обильных углеродных ресурсов, рассматриваемых на этом семинаре, таким образом, чтобы получить положительные экономические и экологические выгоды, которые могут обеспечить многие из технологий, описанных и обсуждавшихся на этом семинаре. Он привел несколько примеров политик и связанных с ними нормативных актов — Закон о чистом воздухе, Закон о чистой воде и политики, запрещающие использование разрушающих озоновый слой хлорфторуглеродов, — которые стимулировали инвестиции и преобразование систем с использованием новых и доступных технологий. Однако Элджер отметил, что устойчивость должна быть построена с учетом всей цепочки создания стоимости. Таким образом, в то время как одна компания может производить значительные выбросы углекислого газа, ее продукция может позволить другим компаниям или отраслям резко сократить свои выбросы. Взгляд на цепочку создания стоимости может быть сложным, потому что компании не думают о горизонтальном измерении устойчивости, но, сказав это, Алджер отметил, что существуют возможности и технологии для измерения того, что попадает в атмосферу, чтобы произвести общее системное измерение.
В качестве последнего комментария Элджер сказал, что энергетический бизнес в целом и химическая промышленность в частности являются капиталоемкими. Таким образом, лучшими новыми технологиями будут те, которые не только предлагают преимущества с точки зрения воздействия на окружающую среду и эксплуатационных расходов, но также используют существующую инфраструктуру или снижают стоимость перехода на новую инфраструктуру.
Сланцевая революция, по словам Местерса, уже позволила Соединенным Штатам сократить выбросы углерода за счет замены угля метаном, поскольку при сжигании угля выделяется почти в два раза больше углекислого газа на единицу произведенной энергии, чем при сжигании природного газа до углерода. диоксид и вода (см. Таблицу 5-1). Однако, заявил Местерс, наиболее эффективным способом получения энергии из метана было бы преобразование метана в углерод и воду, что дало бы больше энергии на фунт метана, но также исключило бы двуокись углерода в качестве побочного продукта.
Таким образом, задачи заключаются в том, чтобы разработать соответствующую технологию и найти такое применение производимому в настоящее время углероду, которое компенсировало бы стоимость налога на выбросы углерода, который стимулировал бы изменение способа производства энергии из природного газа.
По словам Местерса, природный газ может уменьшить вредные выбросы еще одним способом: превратить их в жидкое топливо, которое может заменить дизельное топливо, изготовленное из нефти. Shell, например, производит то, что она называет газойлем GTL (газ в жидкость), продукт, который при сгорании в должным образом настроенном дизельном двигателе дает значительно более низкие выбросы оксидов азота, твердых частиц, углеводородов и окиси углерода.
Что касается превращения метана в химические вещества, Местерс сказал, что существует три основных пути образования углерод-углеродных связей, каждый из которых протекает0005
Страница 73 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду».
Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
ТАБЛИЦА 5-1 Выбросы двуокиси углерода на миллион британских тепловых единиц (БТЕ) энергии для различных видов топлива
| Источник топлива | CO 2 Выбросы (фунт/мм БТЕ) |
|---|---|
| Уголь (антрацит) | 228,6 |
| Уголь (битуминозный) | 205.7 |
| Уголь (лигнит) | 215,4 |
| Уголь (суббитуминозный) | 214,3 |
| Дизельное топливо и печное топливо | 161,3 |
| Бензин | 157,2 |
| Пропан | 139,0 |
| Природный газ | 117,0 |
ИСТОЧНИК: http://www.
eia.gov/tools/faqs/faq.cfm?id=73&t=11 (по состоянию на 7 марта 2016 г.).
в настоящее время имеют недостатки, которые могут быть устранены совместными усилиями в области катализа, проектирования процессов и науки о разделении. Прямой пиролиз метана до олефинов является энергоемким, дает много кокса и требует сложного разделения. Окислительное сочетание страдает от конкурирующей кинетики и низкой конверсии метана, выделяет огромное количество тепла и может потребовать сложного разделения. Непрямой путь через синтетический газ или использование альтернативных окислителей, которые сначала производят соединения метил-Х, требует нескольких последовательных химических реакций, что увеличивает капитальные затраты.
Химическое производство — это системная операция, сказал Аллен, и поскольку представители отрасли и политики начинают оценивать, как изменится воздействие отрасли на окружающую среду в результате преобразований, которые обсуждались на этом семинаре, важно делать это с системной точки зрения.
Например, замена сырья с нефти на сырье на основе природного газа изменяет производственную систему и создает новые узкие места в процессах, сказал Аллен. В случае бутадиена цена сильно влияет на его производство, а ацетальдегид становится узким местом в производстве промежуточного продукта (DeRosa and Allen, 2015). Аналогичным образом, анализ технологий преобразования метана в ароматические углеводороды определяет ключевые точки затрат и отображает каскадные эффекты в цепочках поставок ксилола и толуола.
Он резюмировал вопросы, которые он хотел бы рассмотреть на семинаре, сказав, что изменение сырья, химических процессов и технологий процессов Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду». Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара .
Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
Нологиименяют систему химических производственных процессов. В результате косвенные воздействия изменений в потреблении энергии, расходе материалов, использовании воды и других мер воздействия на окружающую среду могут быть больше, чем прямые воздействия. По его словам, часто чистый эффект может быть нелогичным.
Анализ жизненного цикла, по словам Хеллинга, помогает принимать правильные решения и является дополнительным инструментом экономического анализа при рассмотрении вопроса о внедрении новой технологической технологии. Это может быть особенно мощным инструментом для использования при рассмотрении воздействия на окружающую среду, поскольку он может учитывать последующие выгоды, которые могут возникнуть, когда новый химический материал позволяет внести изменения за пределами химической промышленности, которые оказывают положительное воздействие на окружающую среду.
Например, новый легкий, но прочный материал может не оказать чистого влияния на выбросы химической промышленности, но может сделать транспортные средства более энергоэффективными и значительно сократить общие выбросы. Однако расчет этих преимуществ требует понимания того, как определить положительное и отрицательное воздействие на окружающую среду новых процессов, используемых для производства этого материала.
Анализ жизненного цикла начинается с исходного сырья и первых нескольких этапов реакции на новый материал, объяснил Хеллинг, и продолжается через весь жизненный цикл материала до его утилизации или переработки. Он также объяснил, что размышление о жизненном цикле продукта или материала и использование этой информации для влияния на покупки или инвестиции называется «мышлением о жизненном цикле». По его словам, более количественная оценка называется «оценкой жизненного цикла», и это требует «на несколько порядков больше работы, чем анализ жизненного цикла», — сказал Хеллинг.
В компании Dow мышление о жизненном цикле используется гораздо чаще, чем оценка жизненного цикла при принятии решений.
Одним из распространенных показателей, используемых при оценке жизненного цикла, является совокупная потребность в энергии, которая включает энергоемкость материала, его топливную ценность и энергию, затрачиваемую на его производство. Он сказал, что простое эмпирическое правило заключается в том, что стоимость топлива и энергии для производства примерно равны, плюс-минус 30 процентов, хотя неопределенность может снизиться до плюс-минус 5 процентов. «Априори невозможно игнорировать тот или иной факт, поскольку оба они могут быть очень важными», — сказал Хеллинг.
Одна только энергетика, однако, не может дать должного результата оценке жизненного цикла, потому что это, по сути, метод оценки с несколькими атрибутами, и, как объяснил Хеллинг, редко бывает, чтобы один вариант был лучше, чем альтернатива во всех отношениях, которые можно исследовать. «Почти всегда есть компромиссы, и оценка жизненного цикла помогает вам количественно понять, каковы эти компромиссы», — сказал он.
Например, процесс может уменьшить теплицу
Страница 75 Делиться Цитировать
Предлагаемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду». Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
выбросов газа, но для этого требуется больше пресной воды, что может быть большой проблемой в Техасе, но не в Мичигане. В результате, хотя расчеты, которые входят в оценку жизненного цикла, могут быть надежными, Хеллинг сказал, «чтобы знать, что мы делаем с информацией и как мы сравниваем эти вещи и приходим к решению, требуется часть ценностей».
Признавая, что Dow не проводит полную оценку жизненного цикла каждого проекта, Хеллинг завершил свое выступление предложением того, что он называет однодневной оценкой жизненного цикла. «Для этого нужно сделать достаточно допущений, чтобы как можно быстрее прийти к правильному анализу», — пояснил он.
Химическая промышленность США использует примерно 5 миллиардов британских тепловых единиц (БТЕ) в год, что составляет 5,9 процента энергопотребления в стране, а производство 18 ведущих товарных химикатов потребляет 80 процентов этой энергии и составляет 75 процентов выбросы парниковых газов в отрасли, сказал Субраманиам. Он отметил, что гидрирование является наиболее энергоемким процессом, за которым следуют крекинг, окисление и образование углерод-углеродных связей (см. рис. 5-1). По его мнению,
РИСУНОК 5-1 Мировое потребление энергии в сравнении с объемами производства 18 крупнейших крупнотоннажных химических веществ в 2010 г.ИСТОЧНИК: Международное энергетическое агентство США, Международный совет химических ассоциаций и DECHEMA, 2013 г.
Стр. 76 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду». Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
РИСУНОК 5-2 Количественный анализ устойчивости помог в открытии и разработке.ПРИМЕЧАНИЕ. LCA = анализ жизненного цикла.
ИСТОЧНИК: Subramaniam, 2016.
усовершенствования, связанные с катализаторами и технологическими процессами, могут снизить потребление энергии в отрасли и воздействие на окружающую среду. По его словам, задача состоит в том, чтобы разработать новые каталитические технологии, которые не только экономически жизнеспособны, но и демонстрируют высокую экономию углеродного атома.
Анализ жизненного цикла может помочь определить, какие технологии будут соответствовать обоим этим требованиям (см. рис. 5-2).
Субраманиам объяснил, что его отраслевые партнеры хотят, чтобы этот анализ начинался на ранней стадии разработки процесса, и хотят провести моделирование в масштабе процесса для выполнения технико-экономического анализа. Как только он и его сотрудники получают блок-схему процесса, которая включает в себя потоки и потоки энергии, они могут провести анализ жизненного цикла, который может даже учитывать любые воздействия на окружающую среду, которые могут возникнуть в результате производства сырья для процесса. В качестве примеров он обсудил два процесса изготовления прекурсоров полиэтилентерефталата. Первый анализ (Ghanta et al., 2013) сравнил жидкофазный процесс на основе перекиси водорода, который устраняет двуокись углерода в качестве побочного продукта, с газофазным процессом эпоксидирования этилена на основе кислорода, катализируемым серебром. По его словам, ключевой вопрос заключался в том, отменяет ли необходимость использования перекиси водорода, которая требует использования метана, преимущества нулевого выброса углекислого газа.
В ходе этого анализа были определены показатели производительности, которые могли бы помочь создать экономически жизнеспособный процесс и показать, какие части процесса, включая производство сырья, можно изменить, чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду. Анализ показал, что без таких изменений количественные общие экологические воздействия на качество воздуха, качество воды и выбросы парниковых газов были бы одинаковыми для обоих процессов и находились бы в пределах неопределенностей таких прогнозов.
Во втором примере он и его сотрудники сравнили терефталевую кислоту, полученную в процессе распылительного реактора, с обычным процессом. Этот анализ показал, что у процесса распылительного реактора есть явные экономические и экологические преимущества. Основные хозяйственные
Страница 77 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду».
Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
Преимуществамибыли 50-процентное снижение капитальных затрат в результате исключения стадии гидрирования в текущем процессе и 15-процентное снижение эксплуатационных расходов, или примерно 0,07 доллара США за фунт для многомиллиардного соединения. Основное экологическое преимущество связано с уменьшением количества сжигаемого растворителя, что приведет к существенному сокращению выбросов парниковых газов. Он отметил, что его отраслевые партнеры сейчас ведут переговоры о лицензировании этого процесса.
Решение проблем, поднятых на семинаре, сказал Харт, имеет большое значение для химической промышленности, особенно в отношении выхода продукции, использования энергии, капитальных вложений и устойчивого развития.
«Мы должны учитывать все эти критерии, если хотим предложить инновации и новые процессы на основе сланцевого газа», — сказал Харт. Тем не менее, он повторил мысль, сделанную другими, а именно, что влияние изменений, которые вносит химическая промышленность, будет важным, но, тем не менее, незначительным по сравнению с изменениями, необходимыми в энергетическом секторе. Как катализ может повлиять на энергетику? Харт сказал, что наличие катализаторов, способных окислять природный газ, что происходит в выхлопных газах автомобилей, принесет большую пользу окружающей среде.
Марк Барто из Мичиганского университета, комментируя диаграмму Субраманиама, показывающую энергоемкость 18 самых популярных химикатов (см. рис. 5-2), отметил, что он делает другой вывод на основе этой цифры. По его словам, две трети углеродного следа процессов гидрирования приходится на производство водорода, а процессы крекинга являются эндотермическими, поэтому если не принимать во внимание эти две кривые того, что не может изменить катализ, это означает, по его мнению, что отрасль найти оптимальную неэффективность для широкого спектра процессов в химической промышленности, которая не зависит от изменений исходного сырья, колебаний цен, инверсии процессов и любых других факторов.
Субраманиам сказал, что катализ может изменить это равновесие за счет максимизации эффективности атома углерода. Хеллинг согласился с Барто и сказал, что установление более твердой стоимости выбросов углерода облегчит принятие решений, потому что они будут приниматься не на основе сложных оценочных суждений, а с реальными измеримыми экономическими затратами. Марк Джонс из The Dow Chemical Company сказал, что согласен как с Барто, так и с Субраманиамом, и отметил, что, по его мнению, Субраманиам утверждает, что
Страница 78 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду». Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий.
дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
запущенных процессов с максимальной углеродной эффективностью будут хороши независимо от политики.
Затем Хеллинг отметил, что переход химической промышленности США на сланцевый газ в качестве основного сырья уже сделал ее более устойчивой, но необходимы улучшения для производителей природного газа, использующих более старые технологии. Он предложил что-то вроде программы «деньги за драндулет», которая поощряла бы производителей использовать оборудование, которое значительно снизило бы нынешние темпы утечки метана. Аллен добавил, что последние данные, которые он видел, показывают, что средняя скорость утечки составляет от 1 до 1,5 процента метана, извлеченного из скважины сланцевого газа, выбрасываемого в атмосферу до того, как он будет использован, и что в утечке преобладает то, что он назвал «супер- излучатели». По его словам, на два процента участков в сланцевой формации Барнетт приходится 50 процентов выбросов метана (Zavala-Araiza et al.
, 2015).
В том же духе Паллави Читта из Университета штата Юта отметил, что сжигание природного газа в факелах приводит к потере примерно 1 миллиарда долларов природного газа в год и энергетическому эквиваленту примерно 20 процентов производства электроэнергии в США, при этом выделяется углекислый газ, эквивалентный выбросы около 1 миллиона автомобилей в год во время открытого обсуждения экологической панели. Он добавил, и Хеллинг согласился, что сжигание в факелах было лучшим вариантом, чем просто выброс метана, учитывая, что метан примерно в 25 раз более мощный парниковый газ, чем углекислый газ, но все же лучшим вариантом было бы производить что-то из этого природного газа. Хеллинг добавил, что нафта составляет всего около 8 процентов химического сырья в США, хотя в глобальном масштабе этот процент по-прежнему достигает 40 процентов.
Уэйн Шаммель из Siluria Technologies отметил, что эффективность процесса является ключевым аспектом устойчивого развития, но эта эффективность должна охватывать весь процесс, разработанный совместно химиками и инженерами-химиками.
В качестве примера он привел процесс окисления п-ксилола в терефталевую кислоту, который обеспечивает 100-процентную конверсию с 98-процентной селективностью, но при этом образуется бромистый метил, парниковый газ, и используется двойной растворитель вода-уксусная кислота. Наиболее энергоемкий этап этого процесса включает преобразование 80-процентной уксусной кислоты в 9-процентную.5-процентная уксусная кислота для повторного использования. Он считал, что если бы кто-то разработал другой процесс окисления п-ксилолтерефталевой кислоты, исключающий образование бромистого метила и работающий при комнатной температуре, а не при 200 °C, от него не было бы большой пользы, поскольку он также устранял бы выделение тепла, которое используется в башне обезвоживания процесса. Местерс добавил, что моделирование оптимизации эффективности сегодня не включает выбросы углекислого газа и часто также игнорирует воду, которая должна измениться в будущем.
Страница 71 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду».
Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
Страница 72 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду». Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
Страница 73 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду».
Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
Страница 74 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду». Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
Страница 75 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду».
Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
Страница 76 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду». Национальные академии наук, инженерии и медицины. 2016. Меняющийся ландшафт углеводородного сырья для химического производства: последствия для катализа: материалы семинара . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/23555.
×
Сохранить
Отменить
Страница 77 Делиться Цитировать
Рекомендуемая ссылка: «5 Воздействие на окружающую среду».