CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ, 2014, № 1 (6) УДК 504.05; 546.07
ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ ГЛОБАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ А.И. Бегунов1, А.А. Бегунов2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, [email protected] 2Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15, [email protected]
По нашим представлениям масштабы работ по поиску, разработкам и внедрению изобретений, относящихся к экологически чистым новым технологиям крупнотоннажных производств нефти, газа, рудных и нерудных материалов, металлов, цемента и т.д. представляются совершенно недостаточными. В работе приводится несколько примеров, иллюстрирующих проблемы, с которыми приходится сталкиваться на тернистом пути к реализации технических решений. Ил. 2. Библиогр. 12 назв.
Ключевые слова: прикладные задачи; парниковый эффект; разлив нефти; морская полупогружная платформа; магнийтермический способ получения алюминия
APPLIED PROBLEMS OF GLOBAL TECHNOLOGY A.I. Begunov, A.A. Begunov
Irkutsk State University of Railway Engineering,
15, Chernyshevskogo St., Irkutsk, 664074, Russia, [email protected] Irkutsk State Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia, [email protected]
In our opinion the scope of work for exploration, development and implementation of the invention-making related to new clean technologies of large productions of oil, gas, ore and non-metallic materials, metals, cement, etc. seem to be completely inadequate. The paper presents several examples to illustrate the problems faced on the thorny path to implement technical solutions. 2 figures. 12 sources.
Key words: applied problems; greenhouse effect; oil spillage; tension leg semisubmersible; alumino-thermic method of producing aluminum.
ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ В АТМОСФЕРЕ
ЗЕМЛИ
Известно, что появление и глубина парникового эффекта в атмосфере Земли определяются выбросами парниковых газов и, прежде всего, двуокиси углерода при сжигании топлив на тепловых электростанциях, предприятиях металлургических и химических отраслей промышленности, транспорта. Для крупных предприятий мы, казалось бы, нашли решения, суть которых заключается в том, чтобы использовать щелочные растворы -вытяжки из отходов производства для введения их в турбулентный газовый поток внутри дымовой трубы в нижней его части [1, 2]. Кинетика соответствующих реакций карбонизации хорошо изучена и можно быть уверенными в том, что уже в трубе или вблизи её верх-
него среза большая часть диоксида углерода будет связана в карбонаты, которые далее с осадками будут относительно быстро выводиться из атмосферы. Количество щелочных отходов от сжигания твёрдых и, тем более, жидких и газовых топлив относительно невелико по сравнению с содержанием в них углеводородных составляющих [3, 4]. Поэтому щелочей от собственных отходов ТЭС окажется слишком мало для связывания огромных объёмов образующегося диоксида углерода. Значительно лучше ситуация для химических и, особенно, для металлургических предприятий, на которых, как известно, скапливаются миллиарды тонн кислых и основных шлаков. Шлаки, в составе которых содержатся
оксиды щёлоче-земельных и щелочных металлов, легко могут образовывать щелочные вытяжки, пригодные для связывания диоксида углерода в карбонаты. К сожалению, шлаковые отвалы и шламовые поля формируются так, что в них зачастую «вперемешку» лежат кислые и щелочные отходы. Все эти материалы годами и десятилетиями скапливаются под открытым небом, их поливают дожди, посыпают снега, по ним текут ручейки и, взаимодействуя с диоксидом углерода осадков, оксиды щелочных и щёлоче-земельных металлов превращаются в гидрокарбонаты и карбонаты. Для того чтобы использовать эти материалы для связывания углекислого газа, их нужно перерабатывать: сушить, обжигать, дробить, молоть, получать из них растворы. Нужно перевозить основные шлаки или полученные из них растворы на большие расстояния, и есть полная уверенность в том, что наше сообщество не готово пойти на такие затраты. Во всяком случае, никто из руководителей не идёт на финансирование таких работ. Ещё сложней ситуация с моторными топ-ливами на транспорте. Устанавливать на каждый автомобиль или трактор бак со щелочными растворами для связывания СО2, по-видимому, нереально. Есть, однако, другой путь. Можно температуру выхлопных газов в резонаторах с использованием соответствующих конструкций и таких охлаждающих нерасходуемых агентов, как тосол, понизить со 100 до 15-20оС. При этом растворимость СО2 в капельной влаге, содержащейся в продуктах сгорания топлива, повышается в 4-5 раз и выбрасываемые капельки конденсата будут утилизироваться в какой-то мере почвенным слоем [5, 6].
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ РАЗЛИВА НЕФТИ
ПРИ АВАРИЯХ НА МОРСКИХ ПОЛУПОГРУЖНЫХ ПЛАТФОРМАХ [7,8]
Такие платформы используются для разведки и добычи нефти и газа в районах, где глубина моря достигает 3 000 м и более. Эксплуатация этих платформ нередко сопряжена с крупнейшими катастрофами. Например, при эксплуатации установки «Deepwater Horizon» в Мексиканском заливе 20 апреля 2010 г. произошел взрыв. Через 2 дня платформа затонула, и из повреждённой скважины в море поступило более 1012 литров сырой нефти. Для связывания нефти и осаждения её на дно было использовано примерно ~ 500 106 л корек-сита и других химических реагентов. Суммарный ущерб только для США и «British Petroleum» оценивается не менее чем в 40109 USD. Близкая по сценарию катастрофа с пожаром и
взрывом произошла в июле 1988 г. на крупнейшей глубоководной платформе «Piper Alpha» в Северном море. В этой катастрофе погибло 167 человек. 16 марта 2001 г. взорвалась, сгорела и затонула платформа Р-56 фирмы Petrobras у берегов Бразилии. К началу XXI столетия общее число крупных катастроф с пожарами и взрывами на морских платформах составляло более 20 [9].
По нашим представлениям, система, в которой около поверхности моря находится платформа массой 100 тыс. тонн и более, жестко связанная ниточкой концентрических трубопроводов с внешним диаметром не более 50 см и высотой до 3000 м не может быть длительно устойчивой или является метаста-бильной. Штормовые ветры ураганной силы переменных направлений и соответствующие поверхностные течения моря раньше или позже могут привести к повреждению любой скважины. По нашему предложению по всей высоте водной толщи скважины - от рабочей отметки буровой платформы до морского дна - выполнено защитное ограждение в виде стальной трубы диаметром в 700 + 1000 мм (рис. 1).
Нижняя часть защитной трубы скважины фиксируется с помощью бетонных или металлических якорей, выполненных в виде колец, нанизанных на защитную трубу и установленных на морском дне. При повреждении скважины нефть поднимается по промежутку, образованному внешней трубой скважины 1 и защитной трубой 2 и скапливается в резервной плавучей емкости 6.
Наши попытки встретиться с техническими руководителями крупнейших нефтедобывающих фирм России оказались безуспешными.
НОВЫЙ МАГНИЙТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
[10,12]
Как известно, алюминий - самый распространённый металл земной коры, обладающий уникальным сочетанием потребительских качеств. Мировое производство первичного алюминия составляет в настоящее время около 40 млн тонн. Заводы всех стран и компаний используют для этого метод электролиза фторидно-оксидных расплавов, предложенный в 1886 г. П. Эру и Ч. Холлом. Электролизёры не герметичны, способ отличается высоким уровнем капитальных и энергетических затрат, экологически неблагополучен. На каждую тонну получаемого металла в атмосферу выделяется ~ 650 нм3 диоксида угле-
рода с широкой гаммой примесей в виде фторидов, канцерогенных полиароматических соединений, сернистого газа и др.
Нами предложены изобретения по маг-нийтермическому методу получения алюминия, позволяющие реализовать эффективный и экологически чистый новый процесс. В этих изобретениях алюминий восстанавливают из его трихлорида магнием в реакторе газожидкостного типа (рис. 2) по реакции
2AlClз г + 3Mgг = 2Alж + 3MgCl
2 ж
Процесс реализуется во встречных турбулентных потоках исходных компонентов в инертном газе и в герметичной аппаратуре, что обеспечивает высокую производительность агрегатов, более низкие энергетические затраты и отсутствие каких-либо выбросов в среду. Мы зарегистрировали нашу заявку в 9
основных экономически развитых странах мира: США, Канаде, Бразилии, ЕЭС, Китае, Индии, Японии, Австралии и Корее. Однако, цены на магний в настоящее время в 1,5-1,6 раза выше цен на алюминий, и это является главным препятствием для получения инвестиций, необходимых для внедрения. В чём можно найти выход? Использовать более дешевый магний, полученный не электрохимическим, а металлотермическим путём по способу Пиджена. Кроме того, выход можно найти в том, что затраты на производство алюминия классическим способом Эру-Холла искусственно занижены, так как они определяются без учёта ущерба, наносимого природе. Каждый кубометр, литр или тонна выбросов должны иметь ценовой эквивалент ущерба для нашего глобального мирового хозяйства во всех видах используемых технологий.
Рис. 1. Устройство для предотвращения разлива нефти
Рис. 2. Устройство для магнийтермического получения алюминия
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Тернистый путь реализации новых изобретений требует планирования, руководства и реальных инвестиций со стороны государства и заинтересованных структур.
2. Любые производства продукции нуждаются в учёте не только затрат на производство, но и экономических потерь от сопутствующих им выбросов в среду.
1. Бегунов А.И., Головных И.М., Евстафьев С.Н., Яковлева А.А. Патент РФ № 2.250.129.
2. Бегунов А.И., Немчинова Н.В. Заявка на изобрет. РФ № 2006101891.
3. Бегунов А.И., Филатова Е.Г., Филатов А.В. ЭКиП, XII, 2006, М, с. 40.
4. Begunov A.I., Antsiferov E.A., Filatova E.G., Begunova L.A., NC Newchemistry. Ru [Электронный ресурс]. Режим доступа: http//newchemistry. RU/ letter php nid = 1767. 2008y.
5. Бегунов А.И. Заявка на изобретение РФ № 2006103757.
6. Бегунов А.И. и др. Заявка на изобретение № 2008107870.
7. Бегунов А.И. Заявка на изобретение РФ № 2010132394.
8. Begunov A.I., Begunov A.A. Catastrophes of fires, explosions and oil spillage resulting from acci-
ИЙ СПИСОК
dents an marine semisubmersible drilling platforms. Ecology and Safety, Vol. 6. Intern. Scientific publications. Published by info invest LTD www. science journal. Eu 2012, European UNTO N ISSN 1313-2563.
9. N.J. Hyne Nontechnical Guide to Petroleum Geology, Exploration, Drilling and Production. Penn Well, 2001.
10. Бегунов А.И. Патент РФ № 2.478.126. «Способ производства алюминия металлотермиче-ским восстановлением»
11. Бегунов А.И. Патент Рф № 2.476.613. «Устройство для металлотермического восстановления алюминия из его трихлорида магнием»
12.Begunov A.I. European patent application EP 2 639 320 A 1. Date of publication 18. 09.2013 Bull. 2013 / 38 Intern. Application number PCT Ru 2011/000676.
Поступило в редакцию 30 декабря 2013 г. После переработки 25 февраля 2014 г.
