Научная статья на тему 'Альтернативный источник минерального сырья для производства соды в г. Стерлитамаке'

Альтернативный источник минерального сырья для производства соды в г. Стерлитамаке Текст научной статьи по специальности «Химическая технология. Химическая промышленность»

CC BY
114
7
Поделиться
Ключевые слова
гора Тратау / известняк / производство соды / утилизация СО2 / рециклинг / безотходное производство

Аннотация научной статьи по химической технологии, химической промышленности, автор научной работы — В. М. Горожанин

Крупнейший производитель соды в России – компания АО «Башкирская содовая компания» (г. Стерлитамак), использует технологию Сольве для получения соды. Эта технология наиболее широко распространена в мире, но не лишена недостатков, среди которых: 1) необходимость переработки большого количества химически чистых известняков, которые вблизи производства имеются только в горе Тратау – древнем рифовом массиве, являющимся памятником природы; 2) большое количество отходов производства. К тому же часть добываемых чистых известняков расходуется на щебень и производство цемента. В связи с дефицитом известняка – основного вида каменного сырья, которое расходуется для получения углекислотной составляющей в формуле соды, предложена концептуальная схема изменения технологии получения соды. Углекислоту, получаемую термическим разложением известняка, предлагается заменить газообразным СО2, который в избыточном количестве получается при производстве портландцемента, а также при сжигании ископаемого топлива на тепловых электростанциях г.г. Стерлитамак и Салават. Технически это осуществимо благодаря уникально сложившейся обстановке – близости источников техногенной СО2 основному производству соды. Обсуждаются также различные варианты совершенствования технологического процесса – организация рециклинга гидроксида кальция из отходов, и увеличение производства каустической соды электролизным способом, которые позволят уменьшить или совсем отказаться от использования известняка. Осуществление всего комплекса мероприятий сделает возможным сбережение уникального памятника природы – горы Тратау, сохранение производства соды и уменьшение количества промышленных отходов, т. е. может быть достигнут комплексный природоохранный, экономический, экологический эффект.

Похожие темы научных работ по химической технологии, химической промышленности , автор научной работы — В. М. Горожанин,

ALTERNATIVE SOURCE OF MINERAL RAW MATERIALS FOR SODIUM PRODUCTION IN STERLITAMAK

The largest sodium manufacturer in Russia, namely, the JSC BSK Company (Sterlitamak), applies the Solvay technology. It is the most widespread technology in the world, but not without drawbacks, including: 1) the need to process a large amount of chemically pure limestones available near the production site only in Mount Tratau, an ancient reef massif being the natural monument; 2) a large amount of production waste. In addition, part of the extracted pure limestones is used to produce crushed stone and cement. Because of the lack of limestone as the main type of raw materials used to produce carbon dioxide component in the sodium formula, a conceptual scheme for changing the production technology is put forward. Carbon dioxide obtained via thermal decomposition of limestones is proposed for replacing gaseous CO2 obtained in excess during the production of Portland cement, as well as the combustion of fossil fuels in thermal power plants of Sterlitamak and Salavat. This is technically feasible due to the unique situation implying the proximity of technogenic CO2 sources to the main production site. Consideration is given to various options for improving the technological process: organization of calcium hydroxide recycling from waste, and increase in the production of sodium hydroxide via electrolysis that will reduce or completely abandon the use of limestone. The implementation of the whole package of measures will make it possible to preserve Mount Tratau as a unique natural monument, maintain the sodium production, and reduce industrial waste, i.e. to achieve comprehensive environmental, economic and ecological benefits.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Альтернативный источник минерального сырья для производства соды в г. Стерлитамаке»

УДК 550.4

DOI: 10.24411/2076-4766-2017-10410

АЛЬТЕРНАТИВНЫМ ИСТОЧНИК МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОДЫ В Г. СТЕРЛИТАМАКЕ

© В.М. Горожанин,

кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией, Институт геологии, Уфимский федеральный исследовательский центр РАН, ул. К. Маркса, 16/2, 450077, г. Уфа, Российская Федерация, эл. почта: gorozhanin@ufaras.ru

Крупнейший производитель соды в России - компания АО «Башкирская содовая компания» (г. Стерлитамак), использует технологию Сольве для получения соды. Эта технология наиболее широко распространена в мире, но не лишена недостатков, среди которых: 1) необходимость переработки большого количества химически чистых известняков, которые вблизи производства имеются только в горе Тратау - древнем рифовом массиве, являющимся памятником природы; 2) большое количество отходов производства. К тому же часть добываемых чистых известняков расходуется на щебень и производство цемента.

В связи с дефицитом известняка - основного вида каменного сырья, которое расходуется для получения углекислотной составляющей в формуле соды, предложена концептуальная схема изменения технологии получения соды. Углекислоту, получаемую термическим разложением известняка, предлагается заменить газообразным СО2, который в избыточном количестве получается при производстве портландцемента, а также при сжигании ископаемого топлива на тепловых электростанциях г.г. Стерлитамак и Салават. Технически это осуществимо благодаря уникально сложившейся обстановке - близости источников техногенной СО2 основному производству соды.

Обсуждаются также различные варианты совершенствования технологического процесса - организация рециклинга гид-роксида кальция из отходов, и увеличение производства каустической соды электролизным способом, которые позволят уменьшить или совсем отказаться от использования известняка.

Осуществление всего комплекса мероприятий сделает возможным сбережение уникального памятника природы - горы Тратау, сохранение производства соды и уменьшение количества промышленных отходов, т. е. может быть достигнут комплексный природоохранный, экономический, экологический эффект.

Ключевые слова: гора Тратау, известняк, производство соды, утилизация СО2, рециклинг, безотходное производство

© V.M. Gorozhanin

ALTERNATIVE SOURCE OF MINERAL RAW MATERIALS FOR SODIUM PRODUCTION IN STERLITAMAK

Institute of Geology, Ufa Federal Research Centre, Russian Academy of Sciences 16/2, ulitsa Karla Marksa, 450077, Ufa, Russian Federation, e-mail: gorozhanin@ufaras.ru

The largest sodium manufacturer in Russia, namely, the JSC BSK Company (Sterlitamak), applies the Solvay technology. It is the most widespread technology in the world, but not without drawbacks, including: 1) the need to process a large amount of chemically pure limestones available near the production site only in Mount

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ

/

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2018, том 29, № 4(92)

Tratau, an ancient reef massif being the natural monument; 2) a large amount of production waste. In addition, part of the extracted pure limestones is used to produce crushed stone and cement.

Because of the lack of limestone as the main type of raw materials used to produce carbon dioxide component in the sodium formula, a conceptual scheme for changing the production technology is put forward. Carbon dioxide obtained via thermal decomposition of limestones is proposed for replacing gaseous CO2 obtained in excess during the production of Portland cement, as well as the combustion of fossil fuels in thermal power plants of Sterlitamak and Salavat. This is technically feasible due to the unique situation implying the proximity of technogenic CO2 sources to the main production site.

Consideration is given to various options for improving the technological process: organization of calcium hydroxide recycling from waste, and increase in the production of sodium hydroxide via electrolysis that will reduce or completely abandon the use of limestone.

The implementation of the whole package of measures will make it possible to preserve Mount Tratau as a unique natural monument, maintain the sodium production, and reduce industrial waste, i.e. to achieve comprehensive environmental, economic and ecological benefits.

Key words: Mount Tratau, limestone, sodium production, disposal, recycling, waste-free production

Введение. Производству соды, организованному более 70 лет тому назад в г. Стерли-тамаке, грозит острая нехватка карбонатного сырья. Запасов известняка в Шахтауском месторождении, разрабатываемых АО «Сырьевая компания» для АО «Башкирская содовая компания» (далее - АО «БСК»), осталось на 4-5 лет активной разработки. Далее, при сохранении нынешних объемов производства, потребуется разрабатывать следующую гору - Тратау, которая имеет статус памятника природы.

Как утверждают представители АО «БСК», при исторически сложившейся схеме производства соды по качественным характеристикам - химической чистоте, отсутствию примесей других минералов, для продолжения производства им необходимо сырье исключительно рифогенного типа, и никакие другие известняки с ряда альтернативных месторождений Южного Урала не соответствуют имеющейся технологии производства.

Следует отметить, что существующая схема использования столь ценного каменного сырья, слагающего шиханы, не отличается рациональностью. Кроме прямого предназначения получения соды, оно используется также для производства щебня и портландцемента, где использование химически чистых известняков совершенно необязательно.

Отметим еще несколько моментов: несмотря на то, что сама технология получения соды - одна из наиболее оптимальных и распространенных в мире [1], ее нельзя признать современной, т. к. она:

- критически зависит от близости к источнику чистого известняка;

- при использовании известняка, помимо продукции, выделяется большое количество отходов;

- при производстве портландцемента происходит выделение огромного количества углекислого газа СО2;

- собственник не заинтересован в совершенствовании технологии, т. к. из-за деше-

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

I 2018, том 29, № 4(92) IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

визны сырья и малой платы за экологический ущерб у него нет стимула ее менять, его усилия сводятся лишь к небольшому «косметическому ремонту» - дистилляции и фильтрации отходов.

Возникла тупиковая ситуация, выход из которой каждая из заинтересованных сторон видит по-своему. Защитники памятника природы отстаивают возможность сохранения и использования привозного известняка из других месторождений, АО «БСК» настаивает на снятии статуса памятника с горы Тратау и передаче ее в разработку, при этом ничего не меняя в технологии; для федерального центра наиболее важным является сохранение производства соды, поэтому он, скорее всего, поддержит продолжение разработки рифовых известняков Шахтауского месторождения.

Что можно сделать в сложившейся ситуации, если задаться целью сохранить уникальные объекты для республики, России, сохранив при этом производство соды?

Ответы на эти вопросы давно известны:

1) найти новый источник сырья;

2) изменить технологию производства.

Вопрос об источниках сырья - сложный,

имеющий множественные решения. В настоящее время единственный обсуждаемый путь решения этой проблемы - привлечение привозного каменного сырья из других месторождений, что, безусловно, приведет к удорожанию продукции. Для поиска альтернативного пути решения проблемы рассмотрим особенности используемой АО «БСК» технологии производства соды.

1. Особенности используемой технологии. Балансовые расчеты объемов сырья, используемых веществ и продукции. АО «БСК» производит соду по технологии Соль-ве, которая хорошо отлажена и по ней работает большинство содовых заводов мира [1].

Ее преимущества хорошо известны:

а) для производства необходимо большое количество известняка; на сегодняшний день это сырье недорогое и легко добывается;

Рис. 1. Баланс веществ в химических реакциях получения соды по схеме Сольве

б) реакции осуществляются при невысоких температурах и давлениях;

в) способ хорошо изучен, технологические процессы отлажены;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

г) необходимый для производства аммиак постоянно регенерируется в системе, а единственным отходом является хлорид кальция.

В результате продукция имеет низкую себестоимость.

Из недостатков технологии следует отметить достаточно большой расход энергетических ресурсов и образование большого количества жидких отходов.

2. Баланс веществ, используемых при производстве соды. Сначала оценим общее количество каменного сырья, потребляемое АО «БСК». Из двух видов каменного сырья, используемых для получения соды - каменной соли и известняка, в настоящее время критичным является именно разработка известняка, т. к. запасы соли в районе г. Стер-литамака весьма велики, а запасы известняка ограничены. Как известно из открытых источников, АО «Сырьевая компания», интегрированная с АО «БСК» в единую технологическую цепочку, добывает в карьере Шахтау около 4,0 млн т известняка в год [2]. При годовой выработке соды около 1,7 млн т непосредственно на ее производство идет

Т А Б Л И Ц А 1 - Объем годовой добычи и переработки известняка в г. Стерлитамаке

№ п/п Вид деятельности Количество, млн т/год Предприятие

1 Производство соды 1,7 АО «БСК»

2 Потребление известняка для производства соды 2,125 АО «БСК»

3 Потребление известняка для производства щебня и цемента 1,875 АО «Гейдельберг-цемент Стерлитамак», АО «Сырьевая компания»

4 Общий объем добычи известняка 4,0 АО «Сырьевая компания»

около 2,125 млн т известняка, а оставшиеся 1,875 млн т используются на щебень и производство цемента на предприятии АО «Гей-дельберг-Цемент-Стерлитамак» (табл. 1), расположенном на единой с АО «БСК» производственной площадке.

Каков примерный баланс химических элементов в сырье, готовой продукции и отходах?

Углерод, входящий в формулы расходуемого известняка и получаемой соды в виде углекислоты СО2, расходуется почти полностью. Натрий, входящий в формулы производимой соды и каустической соды (№ОН) используется примерно на 2/3. Кальций и хлор, содержащиеся в известняке и соляном рассоле, вообще не используются и переходят в отходы.

При получении одной тонны кальцинированной соды образуется 9-10 м3 жидких отходов (дистиллерной жидкости), содержащие хлориды кальция и натрия.

Таким образом, в реализованной на комбинате схеме производства соды известняк выступает лишь в качестве источника СО2, а кальциевая часть известняка, оставшаяся после отжига и выделения СО2, используется для приготовления гидроокиси кальция, необходимой в технологическом процессе, а затем в виде раствора СаС12 сбрасывается в отходов в пруды-накопители.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рассчитаем количество углекислоты, используемой при производстве соды.

Весовая доля углекислоты в формуле кальцинированной соды составляет 40%, соответственно, для производства 1,7 млн т соды необходимо 0,68 млн т углекислоты:

ШС1 + С02 + МН3 + Н20 = ШНТО3 +Ж4С1 2№НТО3 = №2С03 + С02 + Н20 Однако, кроме кальцинированной, производится также пищевая сода, поэтому такой расчет неточен, для точных цифр необходимо знать соотношение получаемых продуктов.

Количество углекислоты можно рассчитать другим способом - по количеству использованного в производстве известняка. По технологии Сольве, ее получают термическим разложением известняка: СаСО3 ^ СО2 +СаО Доля СО2 в формуле кальцита, из которого состоит известняк, составляет 44%, т. е. при годовом производстве соды в результате реакции термического разложения происходит выделение около 0,935 млн т СО2: 2,125*0,44 = 0,935 млн т СО2 Некоторое расхождение в расчетах связано с незнанием точного соотношения производства пищевой и кальцинированной соды, а также вероятными потерями СО2 при недожоге известняка, поэтому лучше использовать максимальную цифру, т. е. 0,935 млн т.

Естественно предположить, что если будет найден какой-нибудь альтернативный источник СО2, то проблемы, связанные с дефицитом чистого карбонатного сырья, могли бы быть разрешены.

3. Альтернативные источники СО2. Если провести анализ деятельности других предприятий, расположенных в г. Стерли-тамаке, то можно увидеть, что в непосредственной близости от производства соды находятся, по крайней мере, несколько источ-

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /

I 2018, том 29, № 4(92) |||||||||||||||||||||||||||||||||||

ников углекислоты, которые производят ее в количествах, сопоставимых с количествами, производимыми АО «БСК».

Среди них - производители тепловой и электроэнергии, а также производство портландцемента.

Производство тепловой энергии. Оценить количество углекислоты, получаемой при производстве тепловой энергии можно также двумя способами: по объему сжигаемого топлива, а также по мощности вырабатываемой энергии.

Известно, что при сжигании ископаемого топлива из 1 кг топлива получается 2-3 кг СО2 в зависимости от вида топлива (2,1-2,7 сжигание угля, и 3,0- при сжигании пропана, бутана, мазута). Соответственно, зная объем сжигаемого топлива, можно рассчитать количество получившегося СО2. Однако такие цифры трудно найти в открытой печати, поэтому сделаем приблизительный расчет исходя из мощности вырабатываемой энергии.

По данным некоторых исследователей, при производстве 250 МВТ энергии выделяется около 2,5 млн т СО2 [3]. По другим, более взвешенным оценкам, при производстве 1 ГВТ энергии происходит выделение 6 млн т углекислоты [4]. В табл. 2 приведены примерные оценки количества газа, ежегодно вырабатываемого в Стерлитамакско-Са-лаватском промышленном узле.

То есть при выработке тепловой энергии выделяется СО2 в 10 раз больше, чем это необходимо при производстве соды.

Содержание СО2 в выбрасываемых в атмосферу газов составляет 9-15% в зависимости от вида используемого топлива. Клю-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

чевым элементом ее утилизации является технология улавливания, которая может осуществляться различными способами - химическим или физическим растворением, мембранным или криогенным разделением [5]. В настоящее время технологически хорошо отработан вариант химического растворения с использованием аминов [4]. По этой технологии для отделения СО2 от других газов дымовую трубу заменяют на поглотительную башню, где углекислота выборочно поглощается аминами. Во второй реакционной колонне (в башне десорбции) жидкость, содержащая амины, нагревается, освобождает концентрированную С02 и восстанавливает химический поглотитель. Сейчас в мире наблюдается бум технологических разработок по конверсии СО2 в топливо и другие продукты, имеется также технология захвата двуокиси углерода непосредственно в процессе горения топлива [6].

Использованию углекислоты, «уловленной» на ТЭЦ в целях производства соды может помешать различная ведомственная принадлежность. Эта проблема, однако, решаема через экономические взаимоотношения. Например, в США, Канаде, Германии, Норвегии каждая отдельная процедура утилизации - улавливание, транспортировка, закачивание в недра и др. - оцениваются в денежном эквиваленте, т. е. в условиях рыночной экономики углекислота представляет собой обыкновенный товар, который может быть произведен, куплен и использован в различных целях.

Другим источником СО2 является производство портландцемента. Установлено, что

Т А Б Л И Ц А 2 - Примерное количество СО2, вырабатываемое тепловыми электростанциями Стерлитамакско-Салаватского промышленного узла

Территориальное положение тепловых электростанций Мощность, МВТ Кол-во СО2 в дымовых газах, млн. т/год

Стерлитамак (две ТЭЦ) 600 3,6

Салават (две ТЭЦ) 1067 6,1

Сумма 1667 9,7

при получении портландцементного клинкера расходуется примерно 1,6 т сырьевой смеси, содержащей около 75%. СаСО3 и 1-3 % MgCO3, выделяется около 520 кг СО2 за счет декарбонизации сырьевой смеси и 600 кг СО2 за счет сгорания угольного топлива. Таким образом, при производстве 1 т клинкера выбросы СО2 составляют около 1,12 т. При средней производительности цементного завода 1 млн т клинкера в год выбросы СО2 составят 1,12 млн т.

Производительность завода «Гейдельберг-цемент Стерлитамак» составляет 0,8 млн т в год, что дает примерно 0,9 млн т СО2 в год. Как видим, для производства соды практически будет достаточно лишь одной углекислоты, получающейся при обжиге клинкера, к тому же оба эти производства находятся в непосредственной близости друг от друга.

Технология переработки СО2 при производстве портландцемента уже разработана, она основана на том же способе аминного улавливания. Например, предложена схема переработки СО2 из отходов производства портландцемента в удобрение - бикарбонат аммония [7].

Следует отметить, что различная ведомственная принадлежность производителей СО2 и АО «БСК» - потенциального потребителя углекислоты, в случае его утилизации при производстве цемента, коснется в наименьшей степени, т. к. предприятие «Гейдельберг-цемент Стерлитамак» было образовано в свое время путем реорганизации предприятия «Сода», и фактически оно расположено на единой технологической площадке с АО «БСК».

4. Утилизация СО2 - экологический и промышленный эффекты, примеры использования. Утилизация СО2 - часть мировой проблемы, связанной с другой общемировой проблемой - глобальным потеплением. Считается, что углекислый газ, который является одним из газов промышленного производства, вносит наибольший вклад в парниковый эффект, в связи с чем между-

народными соглашениями (например, Киот-ским, от 11 декабря 1997 года) производство его квотируется, и многие страны предпринимают усилия по его утилизации. Утилизация включает несколько стадий или отдельных операций: улавливание, транспортировку, захоронение.

На первых этапах разработки концепции утилизации СО2 предполагалось захоронение ее в глубинах океана или путем закачки его в подземные горизонты с помощью скважин. В последние годы было обнаружено, что вместо обычной закачки в недра, углекислоту экономически выгодно закачивать в пласты отработанных или находящихся на снижении добычи нефтяных месторождений, что существенно повышает нефтеотдачу, особенно для вязких нефтей*.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Схема утилизации с промышленным эффектом - использованием для повышения нефтеотдачи осуществляется в настоящее время нефтяными компаниями на нефтяном месторождении Тролл (Норвегия) в Северном море (рис. 2).

Сложившаяся в Стерлитамакском промышленном узле инфраструктура исключительно благоприятна для организации утилизации СО2 и доставки ее до АО «БСК» -единственного потенциального потребителя. Расстояние от основных «производителей» СО2 в городе до АО «БСК» - не превышает нескольких сотен метров, тем самым может быть исключена транспортировка - одна из составляющих удорожания продукции.

Производство цемента также находится в непосредственной близости от производства соды, даже в пределах одной производственной площадки (рис. 3); расстояние до другого

* Закачиваемый в пласт СО2 служит агентом, который снижает вязкость нефти и повышает ее подвижность. В результате происходит увеличение притока нефти в скважине, что позволяет дополнительно извлечь из пласта до 15% запасов нефти [8]. На сегодняшний день - это одна из самых перспективных технологий увеличения нефтеотдачи.

УТИЛИЗАЦИЯ

ТРАНСПОРТ

УЛАВЛИВАНИЕ

Промышленные предприятия и электростанции

Рис. 2. Схема утилизации СО2 путем транспортировки и закачки в нефтеносные платы (совместный проект компаний Статойл и Шелл на норвежском шельфе Северного моря) [7]

Рис. 3. Схема расположения потенциальных источников и потребителей СО2 в промышленной зоне г. Стерлитамака

(Примечание - ГЦС - АО «Гейдельберг-цемент Стерлитамак», и БСК - АО «Башкирская содовая компания») крупного производителя - Ново-Салаватской ния технологической схемы процесса полу-

ГРЭС - составляет всего 26 км.

чения соды. Утилизация СО полученной

Эту уникально сложившуюся ситуацию при промышленном производстве тепловой можно и нужно использовать для измене- энергии и производстве портландцемента,

принципиально осуществима, и нет сомнений, что в долгосрочном плане она может быть экономически эффективной.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Вопрос об оборудовании для утилизации СО2 технологически уже решен, установки для генерации СО2 производятся на промышленных предприятиях России. Включение их в цикл производства соды на стадии карбонизации позволит утилизировать техногенную углекислоту вместо специально получаемой термическим разложением известняка, что существенно уменьшит, если не сократит полностью, его использование.

5. Проблема регенерации гидроокиси кальция. Возможно ли технологически совсем отказаться от использования известняка? Такое предположение весьма заманчиво, оно позволило бы отказаться от его прокаливания и значительно сократить энергозатраты. Однако совсем исключить этот процесс пока невозможно, поскольку в результате его получается окись кальция СаО, из которой получают известковое молоко, необходимое для регенерации аммиака.

Самые очевидные способы получения гидроокиси кальция состоят в использовании накопленных запасов дистиллерной жидкости, основным химическим компонентом которой является вещество СаС12.

Нельзя не отметить, что химики-технологи работают над проблемой утилизации дистиллерной жидкости. Были предложены разные способы получения из нее пероксида кальция - ценного химического соединения, используемого в производстве отбеливающих веществ [9]. Реакции с использованием Н202, №ОН, ЮТ3 подтверждены экспериментально, для них определены оптимальные условия, позволяющие получать продукт с содержанием основного вещества 86-98 масс. % [9]. В планах АО «БСК» также строительство новых установок для фильтрации дистиллерной жидкости и переработка твердого остатка в строительный материал. Несомненно, это важное, и правильное направ-

ление, необходимое для уменьшения и постепенной ликвидации прудов-шламонакопи-телей. Но радикальным решением проблемы было бы организация рециклинга СаО из отходов - получение гидроокиси кальция, в количествах, достаточных для регенерации аммиака, что в сочетании с использованием утилизированной СО2 позволило бы полностью отказаться от использования известняка.

Одним из возможных и наиболее простых решений является получение гидроокиси кальция реакцией с каустической содой, которая производится АО «БСК» в больших объемах:

СаС12 + 2ШОН = 2ШС1 + Са(ОН)2

Эта реакция легко осуществима в лабораторных условиях, но для внедрения ее в технологический цикл необходима оценка возможности ее технической реализации и экономической эффективности.

Необходим также поиск других технологических решений получения гидроокиси кальция. Процесс рециклинга может быть осуществлен и на основе упомянутой выше реакции получения пероксида, из которого легко получается как оксид, так и гидроксид кальция. Таким образом, принципиальная возможность вернуть кальций в технологический процесс, а не только сбрасывать его в отходы, также существует.

Может показаться, что при крупнотоннажном производстве количество СаО и Са(ОН)2, необходимое для регенерации аммиака, соизмеримо с объемом производства соды, что все равно потребует значительных количеств известняка. Но, поскольку аммиак постоянно, на каждом цикле производства регенерируется, в целом его требуется немного. Если организовать рециклинг СаО из отходов, то и его потребуется также существенно меньше, чем используется сейчас.

Предлагаемая схема решения является концептуальной, она показывает лишь саму возможность решения проблемы сырья путем отказа от использования известняка для

генерации СО2. Для дальнейшего продвижения вперед необходимо внедрение новых технологических решений и их экономическая оценка.

Возможен также еще один вариант решения проблемы: исключения известняка из технологического цикла с помощью каустической соды. По известковому методу каустическую соду производят воздействием извести или известкового молока на обычную соду:

Ш2С03 +Са(ОН)2^ №0Н+СаС03

Для этой реакции также необходимы кальциевые соединения. В настоящее время, однако, почти всю каустическую соду получают электролизным методом. АО «БСК» производит каустическую соду диафрагменным и ртутным электролизом и является крупнейшим производителем в РФ [10]. При условии дополнительного увеличения выпуска каустика, его можно будет направить на получение соды реакцией гидроокиси натрия с углекислотой, что существенно упростит производственный процесс. Ни известняк, ни гидроокись кальция, ни аммиак в этом случае уже будут не нужны, т. е. получится почти безотходное производство. Главный вопрос здесь - экономическая целесообразность организации такого производства.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Остается также проблема утилизации хлора, который получается при электролизе соли. Но увеличение производства хлора здесь выступит скорее фактором, удешевляющим содовую продукцию, т. к. производство поливинилхлоридов, которое уже имеется на АО «БСК», фактически ограничивается недостаточным количеством хлора.

Очевидно, что необходимо комплексное решение проблемы.

6. Экономический аспект. В предлагаемом концептуальном подходе изменения схемы производства соды немаловажным является экономический аспект. Понятно, что все это требует немалых капиталовложений. В настоящее время производство соды, бла-

годаря близости источников сырья и их дешевизне, является высоко рентабельным. По данным ИА Башинформ, «...АО «Башкирская содовая компания» завершила девять месяцев 2018 г. с чистой прибылью по РСБУ в размере 8,3 млрд рублей. Рост за год составил 9%. «БСК» направит на выплату дивидендов за девять месяцев 2018 года 5 млрд рублей из чистой прибыли предприятия. За 2017 год и первый квартал 2018 года компания выплатила своим акционерам дивиденды в размере 7,3 млрд рублей» [11]. Очевидно, АО «БСК» вполне в состоянии самостоятельно осуществить весь комплекс необходимых мероприятий, которые в конечном итоге позволят отказаться от каменного сырья, сохранить производство соды и резко уменьшить количество отходов. Для этого на законодательном уровне потребителям природного сырья необходимо создать такие условия, чтобы они не только пользовались дешевым сырьем, но и были заинтересованы в уменьшении отходов путем совершенствования технологии. Существующая система платежей за недра и штрафов за экологический ущерб, (а они должны учитывать не только пруды-накопители с отходами, но и выбросы газообразной СО2) совершенно этому не способствует. По некоторым данным, стоимость сырья в себестоимости готовой продукции составляет всего около 2% (160 руб. против 8,0 тыс. руб. за тонну) [12], что вообще не стимулирует производителя расходовать его экономно.

Постепенный переход к полному отказу от использования известняка возможен также, как указывалось выше, путем увеличения производства каустической соды, для чего потребуется модернизация и расширение электролизного производства. Это также решаемая задача, она уже реализована на некоторых предприятиях химической отрасли. Так, затраты на импортное оборудование для замены ртутного производства каустической соды и хлора на современную мембранную технологию, реализованную в ОАО

'2018, том 29, № 4(92) |||||||||||||||||||||||||| 11111111ВЗ

«Саянскхимпласт», составили 22,65 млн долл. [13], что вполне сопоставимо с инвестиционными проектами АО «БСК».

Заключение. Технология получения соды, принятая в АО «БСК» в г. Стерлитамаке, одна из самых оптимальных на сегодняшний день, основана на близости расположения и дешевизне источников сырья - соли и известняка. В связи с острой нехваткой известняка, запасов которого осталось на 4-5 лет, необходима разработка альтернативных источников. Поскольку основной расход известняка идет на получение углекислого газа, то предлагается заменить его на аналогичный газ других предприятий, расположенных в непосредственной близости от АО «БСК» - производства портландцемента и газ, получаемый при сжигании ископаемого топлива на тепловых электростанциях г. Стерлитамака.

Процессы улавливания СО2 и транспортировки до потребителя в современных условиях технически реализуемы; из-за близости всех производств транспортные расходы могут быть сведены к минимуму, полностью отказаться от известняка можно будет

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Шатов А.А. Производство кальцинированной соды - от прошлых к новым технологиям // Научное обозрение. Фундаментальные и прикладные исследования. 2017. № 1. URL: https:// scientificreview.ru/ru/article/view?id=8 (дата обращения. 21.11.2018).

2. Сайт РИА Новости. Сырье для башкирского завода «Сода» закончится к 2020 году. URL: https://ria.ru/economy/20151110/1318092894. html (дата обращения: 29.11.2018).

3. Шамсиахметова Г.И. Технология вытеснения нефти раствором двуокиси углерода (СО2) на Арланском нефтяном месторождении // Молодой ученый. 2015. № 24. С. 303-306. URL: https://moluch.ru/archive/104/24125/ (дата обращения: 29.11.2018).

4. Экологическое сообщество Green Future. Соколов Р. Технология закачивания углекислого газа под землю. URL: http://greenfuture.ru/ profile/Homa/%D0%9A2/index (дата обращения: 29.11.2018).

лишь при условии рециклинга гидроокиси кальция, пока еще необходимой в технологическом цикле. Однако, если организовать дополнительное производство каустической соды современным мембранно-электролиз-ным способом, то для получения соды будет необходима лишь одна соль, при этом появится дополнительное сырье для производства винилхлоридов и исчезнут промышленные отходы.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ясно, что техническое перевооружение может занять достаточно длительный срок. Чтобы это срок растянуть подольше, необходимо оставшиеся запасы химически чистого известняка расходовать более экономно и не использовать его на производство щебня и портландцемента. Эти производства необходимо переориентировать на использование менее ценных и широко распространенных горных пород.

Осуществление всех мероприятий позволит сохранить как производство соды, так и стерлитамакские «шиханы» - уникальный памятник природы, а также уменьшить газовые выбросы и отходы производства.

5. Ибрагимов И.М., Приходько С.В. Повышение эффективности систем для улавливания углекислого газа, образующегося при сжигании топлива // Естественные и технические науки. 2013. № 2. С. 93-96.

6. Сайт livejournal. В поисках решения проблемы утилизации углекислого газа. URL: https:// coal-liza.livejournal.com/ (дата обращения: 29.11.2018).

7. Технология получения бикарбоната аммония при утилизации выбросов углекислого газа цементной промышленности России и Украины / Мингалеева Г.Р, Дмитренко И.В., Здоров А.И., Николаев А.Н. Афанасьева О.В. Современные проблемы науки и образования. Пенза: Академия Естествознания, 2013. № 5. С. 1-8.

8. Малов А. За дымовой завесой. Как утилизация углекислого газа изменит мир. URL: http:// www.forbes.ru/biznes/352641-za-dymovoy-zavesoy-kak-utilizaciya-uglekislogo-gaza-izme-nit-mir (дата обращения: 29.11.2018).

9. Насыров Р.Р. Снижение негативного воздействия на окружающую природную среду отходов производства кальцинированной соды. Дис.. .. канд. хим. наук. URL: http://www. dissercat.com/content/snizhenie-negativnogo-vozdeistviya-na-okruzhayushchuyu-prirodnuyu-sredu-otkhodov-proizvodstv#ixzz5VhtL7yYT. (дата обращения: 29.11.2018).

10. Обзор рынка каустической соды в РФ. URL: http://www.infomine.ru/files/catalog/89/ file_89_eng.pdf (дата обращения: 29.11.2018).

11. СайтБашинформURL:http://www.bashinform. ru/news/1237956-bashkirskoy-sodovoy-kom-

R E F E R E N C E S

1. Shatov A.A. Proizvodstvo kaltsinirovannoy sody - ot proshlykh k novym tekhnologiyam [Soda ash production - from old to new technologies]. Nauchnoe obozrenie. Fundamentalnye i priklad-nye issledovaniya - Scientific Review. Basic and Applied Research, 2017, no. 1. Available at: https://scientificreview.ru/ru/article/ view?id=8 (accessed November 21, 2018).

2. Website RIA Novosti. Syrye dlya bashkirskogo zavoda «Soda» zakonchitsya k 2020 godu [Raw materials for the Bashkir "Soda" Plant will end by 2020]. Available at: https://ria.ru/econo-my/20151110/1318092894.html (accessed November 29, 2018).

3. Shamsiakhmetova G.I. Tekhnologiya vytesneniya nefti rastvorom dvuokisi ugleroda (CO2) na Arlan-skom neftyanom mestorozhdenii [Technology of oil displacement by carbon dioxide (CO2) solution at the Arlan oil field]. Molodoy uchenyy - Young Scientist, 2015, no. 24, pp. 303-306. Available at: https://moluch.ru/archive/104/24125/ (accessed November 29, 2018).

4. Ekologicheskoe soobshchestvo Green Future. So-kolov R. Tekhnologiya zakachivaniya uglekislogo gaza pod zemlyu [Technology of carbon dioxide injection into the ground]. Available at: http:// greenfuture.ru/profile/Homa/%D0%9A%/in-dex (accessed November 29, 2018).

5. Ibragimov I.M., Prikhodko S.V. Povyshenie effek-tivnosti sistem dlya ulavlivaniya uglekislogo gaza, obrazuyushchegosya pri szhiganii topliva [Improving the efficiency of systems for capturing carbon dioxide from fuel combustion]. Estestven-nye i tehnicheskie nauki - Natural and Technical Sciences, 2013, no. 2, pp. 93-96. (In Russian).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Website livejournal. In search of a solution to the problem of carbon dioxide utilization. Available at: https://coal-liza.livejournal.com/ (accessed November 29, 2018).

7. Mingaleeva G.R, Dmitrenko I.V., Zdorov A.I., Nikolaev A.N. Afanasyeva O.V. Tekhnologiya polucheniya bikarbonata ammoniya pri utilizatsii vybrosov uglekislogo gaza tsementnoj promysh-lennosti Rossii i Ukrainy [Technology for producing ammonium bicarbonate in the utilization of

panii-odobren-kredit-na-1-mlrd-rubley-v-rayf-fayzenbanke-/ (дата обращения: 29.11.2018).

12. Фадеев В. Передача в разработку гор-шиханов в Башкирии недопустима! Общественная палата РФ, 25 мая 2018 г. URL: (https://www. oprf.ru/press/news/2018/newsitem/45411) (дата обращения: 29.11.2018).

13. Ягуд Б. Состояние «хлорной» подотрасли в России URL: http://tcj.ru/wp-content/up-loads/2013/12/2004_10-11_26-27.pdf (дата обращения: 29.11.2018).

carbon dioxide emissions of the cement industry of Russia and Ukraine]. Penza, Academy of Natural Sciences. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya - Current Problems in Science and Education, 2013, no. 5, pp. 1-8. (In Russian).

8. Malov A. Za dymovoy zavesoy. Kak utilizatsiya uglekislogo gaza izmenit mir [Behind the smokescreen. How carbon dioxide disposal will change the world]. Available at: http://www.forbes.ru/ biznes/352641-za-dymovoy-zavesoy-kak-uti-lizaciya-uglekislogo-gaza-izmenit-mir (accessed November 29, 2018).

9. Nasyrov R. R. Snizhenie negativnogo vozdeyst-viya na okruzhayushchuyu prirodnuyu sredu ot-khodov proizvodstva kaltsinirovannoy sody [Reducing the negative impact of soda ash waste on the environment]. PhD Thesis in Chemistry. Available at: http://www.dissercat.com/con-tent/snizhenie-negativnogo-vozdeistviya-na-okruzhayushchuyu-prirodnuyu-sredu-otkhodov-proizvodstv#ixzz5VhtL7yYT (accessed November 29, 2018).

10. Obzor rynka kausticheskoy sody v RF. [An overview of the caustic soda market in Russia]. Available at: http://www.infomine.ru/files/cata-log/89/file_89_eng.pdf (accessed November 29, 2018).

11. Website Bashinform. Available at: http://www. bashinform.ru/news/1237956-bashkirskoy-sodovoy-kompanii-odobren-kredit-na-1-mlrd-rubley-v-rayffayzenbanke-/ (accessed November 29, 2018).

12. Fadeev V. Peredacha v razrabotku gor-shikha-nov v Bashkirii nedopustima! [The handover of shkhan mountains in Bashkiria to the development is unacceptable]. Available at: http://sterli-tamakcity.ru/ekologiya/14422-obshestvennaya-palata-rossii-qperedacha-v-razrabotku-gor-shi-hanov-v-bashkirii-nedopustimaq.html (accessed November 29, 2018).

13. Yagud B. Sostoyanie «khlornoy» podotrasli v Rossii [Current status of "chloric" sub-industry in Russia]. Available at: http://tcj.ru/wp-content/ uploads/2013/12/2004_10-11_26-27.pdf (accessed November 29, 2018).

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ / __

'2018, том 29, № 4(92) llllllllllllllllllllllllllИИИИЁЗ