Научные основы методов и средств безопасной утилизации отходов производства изотактического полипропилена

Рис. 6 Перспективы развития производства и переработки полиолефинов (на примере ХМАО-Югры)

Реализация этого проекта возможна в рамках ЗСТПК при совместном участии Томской области (ООО «ТНХК») и Ханты-Мансийского автономного округа. ХМАО-Югра обладает для решения поставленных задач природными ресурсами и экономическими возможностями, а Томская область имеют в своем распоряжении действующую технологию и трудовые ресурсы. Наличие уже существующей системы отношений в рамках рассматриваемого ТПК позволяет реализовать данный проект.

Важно отметить, что нефть и газ рассматриваемого региона имеют высокое качество: отличается легкостью, малосернистостью, имеет большой выход легких фракций. Попутный газ содержит 97% метана, редкие газы, и вместе с тем в нем отсутствует сера, мало азота и углекислоты. На территории ЗСТПК действуют 9 газоперерабатывающих заводов (ГПЗ) со всей необходимой инфраструктурой (компрессорные станции, товарные парки, наливные железнодорожные эстакады и т.д.). По данным Андрейкиной химический состав ПНГ поступающий на данные предприятия для переработки характеризуется максимальным значением углеводородов состава С₃ и С₄, а также достаточным количеством углеводородов состава С₅ и выше на фракцию, что позволяет считать ПНГ региона достаточно «жирным» и использовать как нефтехимическое сырье (Андрейкина, 2005). Выпуск АПП и некристаллических полимеров пропилена по технологии прямого синтеза уже давно освоен рядом европейских американских фирм. Катализатор и технология их получения в литературе не описаны. Получаемые с высоким выходом и молекулярной массой некристаллические полимеры широко используются в промышленности: в производстве клеев, нелетучих пластификаторов, в качестве заменителей поливинилхлорида и для повышения ударопрочности полимеров. Основная масса аморфных полиолефинов или АПП используются в качестве модификаторов в смеси с асфальтом для придания ему эластичности и высокотемпературной прочности при получении кровельных материалов (так называемая однослойная «вечная» кровля). Для этих целей применяется 27,4 тыс. т/год^: АПП. При получении адгезивов и бумажных ламинатов расходуется более 18,0 тыс.т/год АПП. При изготовлении изоляции для проводов и кабелей используется в качестве наполнителя (около 9,0 тыс.т/год).

Высокая экономическая эффективность освоения нефтяных ресурсов ЗСТПК (в сравнении с нефтями конкурирующих районов обеспечивается существенная экономия затрат на каждую добытую тонну) нивелирует значительную дороговизну промышленного, гражданского и транспортного строительства. Необходимость создания в этом районе высокого уровня обслуживания проживающего населения (жилищного и культурно-бытового), недостаточное количество путей сообщения круглогодичного действия говорит о необходимости оптимизации производственной структуры и территориальной организации ТПК. Существующая в настоящее время специализация - нефтедобывающая и лесная промышленность - должна быть расширена и дополнена нефтехимической отраслью производства. Развитие нефтехимических производств позволит успешно решить проблемы трудоустройства населения, а использование дешевых факельных углеводородных газов в производстве улучшит экономическую обстановку в нефтедобывающих регионах и снизит срок самоокупаемости заводов.

Основное стратегическое направление России в нефтехимической промышленности - превосходство в сырьевом обеспечении, нами достигнуто. Следует учитывать, что по мере углубления химической переработки попутного и природного газа, цена на товарную продукцию стремительно нарастает, что увеличивает прибыль предприятия. Если принять цену природного газа за единицу, то метанол будет иметь относительный индекс стоимости 2, полиэтилен и полипропилен - 10, поликарбонаты и другие специальные пластмассы - 20-40. Что немаловажно современные технологии переработки природного газа в нефтехимические продукты являются малоотходными и безотходными.

Создание нефтехимических производств большой мощности для квалифицированной переработки углеводородного сырья, в первую очередь факельных газов, позволит обоснованно планировать стабильный уровень добычи нефти и газа в стране. Увеличение переработки ПНГ позволит обеспечить нефтехимическую промышленность дополнительными объемами углеводородного сырья, будет стимулировать инвестиции в нефтехимические производства с высокой добавленной стоимостью и способствовать переориентации отечественной экономики с экспорта сырья на производство и экспорт высокотехнологичной продукции

Возрастание экологической ответственности предприятий вследствие общемировой тенденции к сокращению вмешательства государства в экономику, стимулирование частной инициативы и создание глобальных рынков - это одна из основных характеристик экологической политики любого региона, стремящегося развиваться в инновационных социально-экономических направлениях. Экономия сырья, материалов, энергетических ресурсов, организация потоков загрязняющих веществ и отходов, рециклинг отходов производственной деятельности и многое другое отличает деятельность экономических субъектов, направленную на последовательное уменьшение воздействия на окружающую среду при одновременном увеличении объемов производства, повышении качества продукции.

Основные результаты диссертационной работы

Проведенные исследования и полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Проведен системный анализ влияния различных факторов на особенности поведения полимерных отходов производства ИПП в ходе процессов экструзионного формования и термоокислительной деструкции, что позволило разработать научные основы методов и средств их безопасной утилизации.

2. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден патентозащищенный метод безопасной утилизации полимерных отходов производства ИПП в виде процесса высокотемпературного окисления расплава кислородом воздуха в температурном интервале 180-250 єС. Экспериментально подобраны оптимальные условия их окисления: расход воздуха, температура и время окисления.

Разработано и прошло апробацию специальное оборудование для получения окисленных полимерных отходов производства ИПП.

Отлажено производство ОАПП по непрерывному технологическому процессу синтеза согласно марочному ассортименту продукции.

3. Получен новый востребованный продукт - окисленный АПП обладающий уникальным строением и комплексом эксплуатационных свойств, которые выявляются в результате термоокислительной деструкции.

4. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден патентозащищенный метод переработки полимерных отходов производства ИПП методом экструзии. Установлено, что основные свойства полимерных отходов производства ИПП после их переработки методом экструзионного формования сохраняются без изменения.

Разработана, изготовлена и прошла апробацию установка для переработки методом экструзии мощностью 300 кг/ч.

5. Проведена геоэкологическая оценка воздействия исходных и окисленных полимерных отходов производства ИПП на окружающую среду с использованием физико-химических методов анализа. Определено, что уровень риска химического загрязнения при введении исходных и модифицированных путем термоокислительной деструкции полимерных отходов производства ИПП в компоненты сферы жизнедеятельности человека пренебрежимо мал.

6. Разработаны патентозащищенные способы производства битумно-полимерных вяжущих, антикоррозионной композиции и герметизирующих материалов внедренные на предприятиях ЗАО «Гермаст», ООО «Атактика».

Раскрыты научные основы получения и разработаны рецептуры композиционных материалов с использованием продуктов термоокислительной деструкции АПП. Экспериментально обоснован механизм химического взаимодействия окисленного атактического полипропилена (ОАПП) с полисопряженными полициклическими соединениями битумов, с наполнителями герметизирующего материала.

7. Разработана концепция оптимизации структуры Западно-Сибирского ТПК, разработаны практические рекомендации по совершенствованию технологии использования попутного нефтяного газа и полимерных отхода производства ИПП, что позволяюет решить важную народнохозяйственную задачу по обеспечению экологической безопасности, устойчивого развития регионов РФ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

Статьи в журналах рекомендованных ВАК для опубликования основных результатов докторских диссертаций

1. Исследование экстракционной способности непредельных кетонов (статья). Журнал прикладной химии. 1999. Т.72. Вып. 10. С. 1637 - 1641. (Нехорошев В.П., Меркулов В.Г., Госсен Л.П., Туров Ю.П.)

2. Окисленный атактический полипропилен: получение, свойства и применение (статья). Журнал прикладной химии. 2000. Т. 73. Вып. 6. С. 996 - 999. (Нехорошев В.П., Госсен Л.П., Попов Е.А., Тузовская И.В.)

3. Влияние продуктов химического модифицирования атактического полипропилена на свойства битумных вяжущих материалов (статья). Журнал прикладной химии. 2001. Т.74. Вып. 7. С. 1332 - 1337. (Нехорошев В.П., Попов Е.А., Госсен Л.П.)

4. Модифицированная антикоррозионная композиция на основе пушечной смазки (статья).Химия и технология топлив и масел. 2002. № 4. С. 35 - 36. (Попов Е.А., Нехорошев В.П.)

5. Особенности строения атактического полипропилена (статья). Пластмассы. 2005. № 12. С. 6 - 9. (Нехорошев В.П., Попов Е.А., Рубан С.В.)

6. Влияние условий синтеза на состав и свойства микросферического катализатора полимеризации пропилена (статья). Журнал прикладной химии. 2005. Т.78. Вып. 6. С. 952 - 956. (Нехорошев В.П., Ушакова Н.С., Рубан С.В.)

7. Исследование состава и строения продуктов термоокислительной деструкции атактического полипропилена. Сообщение 1. Окисленный атактический полипропилен (статья). Журнал прикладной химии. 2006, Т. 79. Вып. 3. С. 493 - 496. (Нехорошев В.П., Савин В.В., Гаевой К.Н., Туров Ю.П., Огородников В.Д.)

8. Исследование состава и строения продуктов термоокислительной деструкции атактического полипропилена. Сообщение 2. Строение низкомолекулярных продуктов (статья). Журнал прикладной химии. 2006. Т. 79. Вып. 6. С. 845 - 852. (Нехорошев В.П., Гаевой К.Н., Туров Ю.П., Огородников В.Д.)

9. Научно-практические основы переработки и рационального использования полимерных отходов на примере атактического полипропилена (статья). // Экологические системы и приборы. 2008. №3. С. 12 - 17. (Нехорошев В.П.)

10. Переработка атактического полипропилена методом экструзионного формования (статья). Пластмассы. 2008. № 3. С. 6 - 14. (Нехорошев В.П., Бердников Н.А., Коновалов С.И., Гаевой К.Н.)

Патенты:

11. Битумно - полимерное вяжущее (патент). RU 2181733 С2 7С08L95/00 (Нехорошев В.П., Попов Е.А.)

12. Антикоррозионная композиция (патент). RU 2184754 C2 7C09D 191/00 (Нехорошев В.П., Попов Е.А., Воронков Н.Н.)

13. Окисленный атактический полипропилен с полярными функциональными группами, способ его получения и устройство для его осуществления (патент). RU 2301812C1 (Нехорошев В.П., Регнер В.И., Гаевой К.Н.)

14. Термопластичные герметизирующие материалы и способ их получения (патент). RU 2309969 C1 (Нехорошев В.П., Коновалов С.И, Лапутина Г.М., Гаевой К.Н., Колесов А.В.)

15. Способ переработки некристаллических полимеров пропилена и устройство для его осуществления (патент). RU 2291778 C2 (Нехорошев В.П., Гришонков Г.Ю., Бердников Н.А.)

Монографии:

16. Некристаллические полимеры полипропилена в сфере жизнедеятельности человека (монография) Нижневартовск: Изд-во: НГГУ, 2007. 203 с. (Нехорошев В.П.)

17. Атактический полипропилен и некристаллические полимеры пропилена: получение, строение, свойства и применение (монография). Ханты-Мансийск: Изд-во: Полиграфист, 2008. 150 с. (Нехорошев В.П.)

Работы, опубликованные в материалах научных конференций и симпозиумов:

18. Рациональный подход к проблеме утилизации атактического полипропилена (тезисы). Природопользование в районах со сложной экологической ситуацией: Сб. тез. докладов межвузовской научной конференции. Тюмень: Изд-во ТГУ, 1999. С. 55 - 56. (Нехорошев В.П.)

19. Новые композиционные материалы на основе окисленного атактического полипропилена (статья). Полифункциональные материалы: Сб. статей. Томск: Изд-во ТГУ, 2001. С. 96 - 99. (Нехорошев В.П., Попов Е.А.)

20. Полимеры как модификаторы дорожных покрытий (статья). Исследование эколого-географических проблем природопользования для обеспечения территориальной организации и устойчивого развития нефтяных регионов России: Теория, методика, практика: Сб. статей. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. пед. ин-та, 2001. С. 30 - 33. (Нехорошев В.П., Попов Е.А.)

21. Исследование взаимодействия окисленных битумов с полимерными модификаторами на основе атактического полипропилена методом ИК-спектрометрии (статья). Вопросы химии и химического материаловедения: Сб. статей. Томск: Изд-во ТГУ, 2002. С. 104 - 110. (Нехорошев С.В., Госсен Л.П., Нехорошев В.П.)

22. Битумно-полимерные вяжущие материалы модифицированные окисленным АПП (тезисы). Химия и химмотология. Тез. докл. Всероссийской конференции. М.: Изд-во ИНХС, 2001. С. 81. (Нехорошев В.П., Попов Е.А., Госсен Л.П.)

23. Полифункциональные материалы на основе окисленного атактического полипропилена (статья). Получение и свойства веществ и полифункциональных материалов, диагностика, технологический менеджмент: Материалы Российской научно-практической конференции. Томск: Изд-во ТГУ, 2003. С. 53 - 54. (Попов Е.А.)

24. Региональный компонент в курсе химии при подготовке специалистов-экологов в высшей школе (статья). Региональный компонент в системе общего и профессионального образования: Материалы окружной научно-практической конференции. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. пед. ин-та, 2003. С. 150 - 151. 0,1 п.л.

25. Термоокислительная деструкция расплава низкомолекулярного атактического полипропилена в температурном интервале 180--250 С: (Автореф. дис. … канд. хим. наук). Уфа: Изд-во БГУ, 2004. 24с. 1,5 п.л.

26. Исследование методом хромато-масс-спектрометрии состава и строения низкомолекулярных соединений, полученных при термоокислительной деструкции атактического полипропилена (статья).Научные труды НГГУ, Вып. 2. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. гуманит.ун-та, 2005. С. 216 - 228. (Нехорошев В.П., Туров Ю.П.)

27. Получение, свойства и химическое модифицирование некристаллических полимеров полипропилена (статья). Менделеевские чтения: Труды Всероссийской конференции. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2005. С. 298 - 299. (Нехорошев В.П., Рубан С.В.)

28. Модифицирование свойств дорожных битумов пластификаторами на основе атактического полипропилена (статья). Нефть и газ Западной Сибири: Сб. статей Всероссийской научно-технической конференции, Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2005. С. 268 - 269. (Нехорошев В.П., Госсен Л.П.)

29. Исследование состава и строения низкомолекулярных продуктов термоокислительной деструкции атактического полипропилена (статья). Биоресурсы и природопользование в ХМАО: проблемы и решения: Сб. статей Всероссийской научно-практической конференции. Сургут: Изд-во СурГУ, 2005. С. 216. 228. (Нехорошев В.П., Туров Ю.П.)

30. Новые герметизирующие материалы на основе атактического полипропилена (статья). Научные труды Сургутского ГУ, Вып. 2. Сургут: Изд-во СурГУ, 2005. С. 216 -221. (Нехорошев В.П., Коновалов С.И, Лапутина Г.М., Гаевой К.Н., Зинина О.П.)

31. Окисленный атактический полипропилен - новый полимерный модификатор дорожных битумов (обзорная статья). Новости в дорожном деле: Информационный блок Министерства транспорта РФ, 2006. №1. С. 113 - 128. (Нехорошев В.П., Акулов А.П., Эфа А.К., Гаевой К.Н.)

32. Рациональное использование побочных продуктов производства при изготовлении герметизирующих материалов (статья). Биоресурсы и природопользование в ХМАО: проблемы и решения: Материалы открытой окружной конференции в рамках акции «Спасти и сохранить». Сургут: Изд-во СурГУ, 2006. С. 78 - 83. (Нехорошев В.П., Гаевой К.Н.)

33. Технология окисления расплава атактического полипропилена кислородом воздуха (тезисы). Химия и химическая технология в XXI веке: Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов, Томск: Изд-во ТГУ, 2006. С. 58 - 60. (Нехорошев В.П., Гаевой К.Н.)

34. Рациональное природопользование в вопросе повышения прочности и долговечности дорожного покрытия в районах Западной Сибири (ХМАО-Югры) (статья). География и экология: Сб. науч. тр. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. гуманит. ун-та, 2007. Вып.2. С. 112 - 123. (Нехорошев С.В.)

35. Комплексный подход к решению проблемы утилизации отходов производства в ХМАО-Югре (статья). ELPIT 2007: Материалы Международного научно-практического конгресса. Тольятти: Изд-во Тольят. гос. ун-та, 2007. С. 129 - 135. (Нехорошев В.П., Ремизова М.Н.)

36. Концепция развития производства некристаллических полимеров пропилена в рамках ТПК (статья). Экология и ресурсо- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства: Материалы Международной научно-практической конференции МК 91-47. Пенза: Изд-во Приволжского Дома знаний, 2007. С. 25 - 27. (Нехорошев В.П., Ремизова М.Н.)

37. Окисленный атактический полипропилен - новый полифункциональный химический материал (тезисы) ХVIII Международный Менделеевский съезд по общей и прикладной химии: Тезисы докладов. Москва: Граница, 2007. Т.1. С. 360. (Нехорошев В.П., Гаевой К.Н., Филимонова М.В.)

38. Новые герметизирующие материалы на основе окисленного атактического полипропилена(статья). Научные труды Сургутского ГУ, Сургут: Изд-во СурГУ, 2007. Выпуск 27. С. 270 -276. (Нехорошев В.П., Коновалов С.И, Лапутина Г.М., Гаевой К.Н., Зинина О.П., Колесов А.В.)

39. Научно-практические основы производства окисленного атактического полипропилена (статья). Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс-14-2008): Материалы Международной научно-практической конференции. Омск: Изд-во Томск: САН ВШ; В-Спектр, 2008. С. 59 - 62. 0,3 п.л.

40. Концепция развития производства некристаллических полимеров пропилена в рамках Западно-Сибирского территориально-промышленного комплекса. Материалы Международной научно-практической конференции. Наука и технологии: шаг в будущее. Praha: Publishing House «Education and Science» s.r.o, 2009. С. 55 - 57. (Нехорошев В.П.)

41. Научно-практические основы производства окисленного атактического полипропилена и перспективы использования. География и экология: Сб. науч. тр. / Отв. ред. Ф.Н.Рянский, О.Ю.Вавер. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гуманит. ун-та, 2009. Вып. 3. С. 170 -182.

Учебно-методические работы:

42. Лабораторный практикум по химии: учебно-методическое пособие для студентов химических, биологических специальностей. Сургут: Изд-во СурГУ, 2006.- 32 с. (Нехорошев В.П., Ботиров Э.Х.)

43. Химия: учебно-методическое пособие. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. гуманит. ун-та, 2007 - 48 с. (Павлова А.Н., Нехорошев В.П.)

44. Органическая химия: учебное пособие для студентов химических специальностей. Сургут: Изд-во СурГУ, 2007. 112 с. (Нехорошев В.П., Ботиров Э.Х., Маркова С.В.)

45. Получение и химические реакции алкенов, механизмы реакций: учебно-методическое пособие для студентов биологического, медицинского, экономического факультетов, факультета безопасности жизнедеятельности СурГУ. Сургут: Изд-во СурГУ, 2006.- 32 с. (Нехорошев В.П., Гаевой К.Н.)

46. Химия и безопасность жизнедеятельности: учебное пособие Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. гуманит. ун-та, 2007. 412 с. (Нехорошев В.П.)

47. Малоотходные и безотходные технологии: учебно-методическое пособие. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. гуманит. ун-та, 2009. 37 с. (Нехорошев В.П.)

48. Утилизация отходов, угрожающих здоровью населения: учебное пособие Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. гуманит. ун-та, 2009. 40 с. (Нехорошев В.П.)

Размещено на Allbest.ru