Возможность получения высокоэффективного противокоррозионного пигмента посредством утилизации отработанного хромсодержащего катализатора нефтехимической промышленности
Возможность получения высокоэффективного противокоррозионного пигмента посредством утилизации отработанного хромсодержащего катализатора нефтехимической промышленности.
М.С. Петровнина, Д.А. Феоктистов
А.В. Вахин, к.т.н., доцент
Казанский (Приволжский )Федеральный Университет
каф. Высоковязких нефтей и природных битумов
Как известно, 90% всех нефтехимических и нефтеперерабатывающих процессов являются каталитическими, они протекают с использованием специальных веществ – катализаторов. Ряд гетерогенных катализаторов в широких пределах (1÷4%) содержат соединения шестивалентного хрома. В частности, общемировое производство полиэтилена на окиснохромовых катализаторах превышает 100 млн.т/г и для этого требуется более 60 тыс.т окиснохромовых катализаторов. В технологическом процессе образуется до 10 т некондиционного хромосодержащего катализатора на 100 тыс.т произведенного полиэтилена. Для процесса дегидрирования бутана, изопентана и изобутана в кипящем слое циркулирующего катализатора на установках непрерывного действия применяются хром-алюминиевые катализаторы ИМ-2201. Этот катализатор также содержит в своем составе трех и шестивалентный хром. С экологической точки зрения наибольшую опасность представляет шестивалентный хром Cr (VI), особенно водорастворимый, являющийся по своей химической природе канцерогенным продуктом, вызывающим нарушение работы иммунной системы. В настоящее время наиболее распространенный способ утилизации некондиционных хромосодержащих катализаторов в России состоит в их размещении на полигонах захоронения в специальных железобетонных бункерах. Однако, со временем, под действием атмосферных явлений железобетонные хранилища стареют и разрушаются, что создает угрозу загрязнения подземных вод и почвы токсичными хромосодержащими отходами. В связи с этим весьма актуальны исследования, направленные на поиск новых способов утилизации высокотоксичных хромсодержащих отходов.
С целью снижения загрязнения окружающей среды и уменьшения токсичных выбросов, нами разработан новый, эффективный путь перевода Cr(VI) в катализаторах в нерастворимые соединения, обеспечивающие возможность их последующего использования в качестве вторичного сырья для получения противокоррозионных пигментов ингибирующего типа. А также была разработана рецептура алкидных грунтовок на основе полученного пигмента.
В работе впервые показана возможность получения высокоэффективных противокоррозионных пигментов посредством утилизации ОХК, включающей высокотемпературный синтез хроматов щелочноземельных металлов (Ca, Ba) на основе хромсодержащих соединений, входящих в состав утилизируемого отхода.
Проведенные исследования и результаты:
Исследован состав и малярно-технические свойства отработанного хромсодержащего катализатора ИМ-2201 и предложен способ получения на его основе противокоррозионного пигмента, основанный на термообработке этого отхода производства в смеси с оксидами кальция и бария.
Найдены температурно-временные параметры термообработки смесей отработанного катализатора и оксидов кальция и бария, обеспечивающие протекание процесса окисления содержащегося в катализаторе Cr+3 до Cr+6 с приемлемой, с технологической точки зрения, скоростью. Установлено положительное влияние присутствия воды при смешении исходных компонентов на их химическую активность.
Исследованы малярно-технические и противокоррозионные свойства пигментов полученных на основе отработанного катализатора c различным содержанием оксидов кальция и бария в шихте. Показано, что водные вытяжки кальцийсодержащего пигмента обладают более высокой способностью подавлять коррозионные процессы, однако повышенное содержание водорастворимых веществ в его составе вызывает снижение барьерных свойств пигментированных покрытий.
Показана возможность оптимизации соотношения противокоррозионных свойств получаемых пигментов и содержания в них водорастворимых веществ за счёт совместного использования в качестве исходных компонентов оксидов кальция и бария, найдено оптимальное содержание указанных оксидов в реакционной шихте.
Установлен синергический эффект совместного использования синтезированных хромсодержащих пигментов и фосфата цинка, обусловленный усилением водной экстракции ингибирующих коррозию соединений Cr+6.
На основе проведённых исследований разработана оптимальная рецептура алкидной грунтовки, содержащей в качестве действующего начала смесь синтезированного пигмента и фосфата цинка, по защитному действию не уступающая штатной грунтовке ГФ-0119.
Опишем некоторые достоинства и недостатки идеи.
Достоинства идеи:
1. Экологические: использование в качестве исходного сырья отработанного хромсодержащего катализатора позволяет избежать необходимости захоронения этого токсичного отхода, связанного со значительными материальными и экономическими затратами, способствовать сохранению природных сырьевых ресурсов.
2. Экономические: Производство грунтовки, содержащей пигмент на основе отработанного хромсодержащего катализатора, является рентабельным. При правильном бизнес-планировании данного производства, выпускаемая грунтовка способна занять определенную нишу на рынке противокоррозионных ЛКМ и принести дополнительную прибыль для НХЗ.
Использование в качестве исходного сырья отработанный хром содержащего катализатора позволяет значительно удешевить получаемый продукт. Если себестоимость аналога (ТОХЦ) составляет 60тыс. руб./ т., то себестоимость нашего пигмента составляет по предварительным расчетам 20 тыс. руб./т. Соответственно стоимость грунтовки, содержащей наш пигмент, будет значительно ниже стоимости грунтовки ГФ-0119, содержащей в качестве пигмента ТОХЦ.
Также есть возможность поставлять получаемый пигмент производителям ГФ-0119, для частичной замены ТОХЦ, что также позволит получать прибыль.
Получение пигментов предложенным способом и получение грунтовок является низко затратным технологическим процессом, так как, во-первых, основой для получения пигмента является хромосодержащий отход, что позволяет значительно снизить затраты на сырье, во-вторых, возможность организации этого процесса на территории действующего нефтехимического завода (НХЗ) с использованием уже имеющегося технологического оборудования.
Срок окупаемости по предварительным расчетам составляет 3 года.
3. Научно-технические: Пигмент на основе отработанного хромсодержащего катализатора по эффективности противокоррозионного действия не уступает широко применяемому в промышленности тетраоксихромату цинку (ТОХЦ). Более того использование в качестве исходного сырья ОХК для получения данного пигмента, позволяет значительно удешевить получаемый продукт, а также значительно снизить в составе пигмента содержание Cr+6, который обладает повышенной токсичностью. На основе пигмента оптимального состава разработана рецептура алкидной грунтовки, по малярно-техническим характеристикам удовлетворяющей требованиям к этому классу лакокрасочных материалов, а по защитным свойствам покрытий не уступающей штатной грунтовке ГФ-0119.
4. Социальные: Создание нового производства будет способствовать созданию новых рабочих мест.
Недостатками идеи является:
1. Прямая зависимость объема выпускаемых грунтовок от объема использования существующего хромсодержащих катализаторов.
2. Вредность производства, что требует дополнительных мер по безопасности процесса.
3. Рынок противокоррозионных ЛКМ является довольно закрытым и консервативным для внедрения новой продукции, что требует дополнительных финансовых затрат на рекламу для продвижения на рынок.
4. Дополнительные неучтенные риски.
Объемы и перспективы рынка новой продукции.
Как уже отмечалось, хромсодержащие катализаторы используются в процессах получения полиэтилена, изобутелена, бутелена и др. непредельных углеводородов.
Сейчас в разных стадиях реализации находится целый ряд крупных полиэтиленовых проектов: Новоуренгойский ГХК, Каспийский ГХК, Астраханский ГХК, реконструкция мощностей на СНОСе. Поскольку их инвесторами являются структуры «Газпрома» и «ЛУКойл», чьи финансовые ресурсы весьма велики, можно не сомневаться, что уже к 2015 году в России будет производиться минимум на 1 млн т полиэтилена больше, чем сейчас. По прогнозам департамента аналитики компании «Креон», на российском рынке ПЭ ожидается положительная динамика спроса, которая сохранится в течение длительного времени.
Помимо производства полиэтилена на территории нефтехимического комплекса, как правило, введены в эксплуатацию установки процессов дегидрирования бутана, изопентана и изобутана для получения мономеров, являющихся основным сырьем для процессов получения полимеров различного назначения, которые также проводятся в присутствии хромсодержащего катализатора. Объем выпуска изобутелена составляет более 200 тыс.т в год.
Учитывая вышесказанное, потребность в катализаторах не спадет в течении долгого периода времени. И соответственно количество некондиционного хромосодержащего катализатора также будет возрастать, что позволит нам увеличивать объем выпуска противокоррозионного пигмента на его основе.
Применение отработанного хромсодержащего катализатора в качестве вторичного сырья для получения противокоррозионного пигмента позволяет принести дополнительную прибыль нефтехимическому заводу и избежать необходимости захоронения данного токсичного отхода.
Библиографическая ссылка
Петровнина М.С., Феоктистов Д.А., Вахин А.В. Возможность получения высокоэффективного противокоррозионного пигмента посредством утилизации отработанного хромсодержащего катализатора нефтехимической промышленности // Научный электронный архив.
URL: http://econf.rae.ru/article/7151 (дата обращения: 25.04.2024).
Прочитать публикацию в формате PDF