Техногенные опасности систем промышленной химии

Промышленная химия — отрасль техногенной деятельности, охватывающая научные исследования, строительство и эксплуатацию устройств и сооружений химической переработки минерального и иного сырья, создание и работу предприятий, которые эксплуатируют устройства и сооружения по производству химической продукции.

Подотраслями промышленной химии являются: неорганическая химия, производящая аммиак, хлор, неорганические кислоты и щелочи; химия керамических изделий; агрохимия, вырабатывающая удобрения, пестициды, инсектициды, гербициды; химия полимеров, выпускающая полиэтилен, бакелит, полиэстер и др.; химия эластомеров, производящая резину, неопрен, полиуретаны; химия взрывчатых веществ, вырабатывающая нитроглицерин, нитрат аммония, нитроцеллюлозу и т. п.; фармацевтическая химия, производящая лекарственные препараты; химия парфюмерии и косметики; бытовая химия, вырабатывающая лакокрасочные материалы, красители, моющие средства и др.

Хлор, а вместе с ним гидрооксид натрия, производят в основном электролизом водного раствора хлорида натрия. Электролиз протекает по реакции NaCl + H₂O = NaOH + 0,5Cl₂ + 0,5Н₂ с образованием водорода.

Хлор при атмосферном давлении — газ желто-зеленого цвета с резким запахом. Газообразный хлор в замкнутом пространстве при атмосферном давлении превращается в жидкость при -34°С. При повышении температуры для сжижения необходимо повышать давление. Гидроксид натрия, или каустик, представляет собой белое вещество, хорошо растворимое в воде.

Предельная допустимая концентрация хлора составляет: а) в воздухе населенных мест — среднесуточная — 0,03 мг/м³, максимальная разовая — 0,1 мг/м³; б) остаточного хлора в водопроводной воде — 0,1—0,3 мг/л. ПДК аэрозоля едкого натра в воздухе рабочей зоны производственных помещений — 0,5 мг/м³, в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (по катионам натрия) — 200 мг/л.

Основными методами производства хлора являются электролиз с твердым катодом и жидким ртутным катодом. Сырьем для электролиза служат растворы поваренной соли, которая извлекается из месторождений ископаемой соли, соляных озер с донными отложениями осадочной соли и подземных рассолов. Схема электролиза с твердым катодом показана на рис. 4.7.

Внутреннее пространство электролизера разделено пористой диафрагмой на катодное и анодное пространства. Такой метод называют диафрагменным электролизом. В анодное пространство диафрагменного электролизера непрерывно поступает насыщенный раствор поваренной соли. На аноде вследствие разложения хлористого натрия выделяется хлор, а на катоде вследствие разложения воды — водород. Прикатодная зона обогащается гидроксидом натрия, который вместе с неразложившейся солью образует электролитический щелок. Попутно могут получаться хлорат натрия (NaC10₃) и другие технетические вещества. Хлор, водород и щелок выводятся из электролизера раздельно. На следующей стадии электролитический щелок упаривают. Упаренный раствор очищают от осадка. Очищенный раствор гидроксида натрия передают на производство жидкого или твердого продукта. Полученный хлор очищается от паров воды, компримируется и передается в сжатом или сжиженном виде потребителям. Водород также очищается от воды и подвергается сжатию.

Рис. 4.7. Схема производства хлора электролизом с твердым катодом и диафрагмой [12].

Основной цех при производстве хлора — электролизный. В него из баков хранения рассольного цеха подается очищенный раствор поваренной соли. Из цеха поступают электролитический щелок, влажный хлор и осушенный водород. В электролизном цехе размещены и эксплуатируются электролизеры, теплообменники, гидрозатворы с уравнительными сосудами, трубопроводы, насосы, холодильники, огнепреградители и т. д. Другие цехи также оборудованы несколькими разновидностями технических устройств.

Сжиженный хлор по железной дороге перевозят в цистернах, контейнерах и баллонах. Хлор транспортируют автомобильным транспортом в автоцистернах или баллонах и контейнерах, используя грузовые автомобили, а также автомобили с прицепами. Водным транспортом в нашей стране сжиженный хлор перевозят в баллонах и контейнерах. За рубежом для перевозки жидкого хлора водным транспортом используют речные и морские суда с закрепленными на них емкостями, рассчитанными на работу под давлением выше атмосферного.

Техногенные системы производства и транспорта хлора являются источниками детерминированных и стохастических техногенных воздействий. К приемникам прямых и косвенных воздействий наряду с другими относятся антропные и биотические организмы окружающей среды.

Технетическими компонентами техногенных систем производства и транспорта хлора, создающими воздействия на антропные и биотические организмы окружающей среды, становятся:

• 1) технетические устройства и сооружения, используемые для производства и транспорта хлора, гидроксида натрия и водорода;
• 2) производимые и транспортируемые хлор, гидроксид натрия и водород;
• 3) технетические вещества и энергия, применяемые при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода;
• 4) отходы производства и транспорта хлора, гидроксида натрия и водорода.

Антропные и биотические организмы окружающей среды являются приемниками прямых детерминированных техногенных воздействий, которые имеют следующие названия:

• 1) ингаляционное воздействие:
  • • хлора, поступающего во вдыхаемый воздух из устройств и сооружений, используемых при производстве и транспорте хлора, включая ингаляционное воздействие хлора, выделяющегося через неплотности трубопроводов подачи влажного хлора на охлаждение и осушку,
  • • технетических веществ, поступающих во вдыхаемый воздух из материалов и массивов веществ, применяемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, в частности ингаляционное воздействие паров соляной кислоты, применяемой для подкисления охлаждающей воды,
  • • технетических веществ, поступающих во вдыхаемый воздух из материалов и массивов веществ, входящих в состав отходов производства и транспорта хлора, гидроксида натрия и водорода, в том числе ингаляционное воздействие хлора, выделяющегося из охлаждающей воды после холодильников смешения;
• 2) акустическое воздействие звуковой энергии устройств и сооружений, используемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, включая акустическое воздействие звуковой энергии насосного оборудования при перемещении серной кислоты для осушки влажного хлора;
• 3) вибрационное воздействие устройств и сооружений, используемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, в частности вибрационное воздействие центрифуги при выпаривании электролитического щелока;
• 4) воздействие электромагнитного неионизирующего излучения устройств и сооружений, используемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, в том числе воздействие электромагнитного неионизирующего излучения выпрямителя электролизной установки.

Антропные и биотические организмы окружающей среды становятся приемниками косвенных детерминированных техногенных воздействий, которые имеют следующие наименования:

• 1) кожно-резорбтивное воздействие технетических веществ, поступающих в воду:
  • • из устройств и сооружений, используемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, включая кожно-резорбтивное воздействие хлора,
  • • материалов и массивов веществ, применяемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, в частности кожнорезорбтивное воздействие электролитического щелока, содержащего гидроксид натрия,
  • • материалов и массивов веществ, входящих в состав отходов производства и транспорта хлора, гидроксида натрия и водорода, в том числе кожно-резорбтивное воздействие конденсата, образующегося в выпарном аппарате при выпаривании электролитического щелока;
• 2) иищеварительно-резорбтивное воздействие технетических веществ, поступающих:
  • • из устройств и сооружений, используемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, включая иищеварительнорезорбтивное воздействие дихлорамина, образующегося в анодном пространстве электролизера из рассола с ионами аммония,
  • • материалов и массивов веществ, применяемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, в частности пищеварительно-резорбтивное воздействие амальгамы натрия, образующейся при электролизе с ртутным катодом,
  • • материалов и массивов веществ, входящих в состав отходов производства и транспорта хлора, гидроксида натрия и водорода, в том числе иищеварительно-резорбтивное воздействие ртутьсодержащих соединений, поступающих в окружающую среду со сточной водой;
• 3) тепловое воздействие массива воздуха, изменяющего температуру вследствие потерь энергии из устройств и сооружений, используемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, в частности тепловое воздействие массива воздуха, нагревающегося вследствие дожигания некондиционного водорода.

Антропные и биотические организмы окружающей среды могут оказаться приемниками стохастических техногенных воздействий, которые имеют следующие названия:

• 1) электрическое воздействие тока, доставляемого на предприятия по производству хлора, вследствие происшествий на кабельных и воздушных линиях электропередачи, в том числе электрическое воздействие переменного тока, перемещаемого на завод по производству хлора и каустической соды по воздушной линии электропередачи класса напряжения 10 кВ в результате косвенного прикосновения;
• 2) взрывное воздействие оборудования под давлением, применяемого при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, включая взрывное воздействие контейнера со сжиженным хлором вследствие разгерметизации;
• 3) пожарное воздействие вследствие горения:
  • • технетических веществ и материалов, используемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, в частности пожарное воздействие вследствие горения электрической изоляции электрооборудования при получении хлора электролизом,
  • • производимого водорода, в том числе с участием хлора, включая пожарное воздействие вследствие горения водорода при его утечке из оборудования по охлаждению и очистке,
  • • технетических веществ, входящих в состав отходов производства и транспорта хлора, гидроксида натрия и водорода, в том числе пожарное воздействие вследствие горения дихлорамина, накопившегося в остатках неиспаренного сжиженного хлора;
• 4) взрывное воздействие вследствие дефлаграции и детонации:
  • • технетических веществ и материалов, используемых при производстве и транспорте хлора, гидроксида натрия и водорода, включая взрывное воздействие вследствие дефлаграции топливного газа, применяемого на заводе по производству хлора и каустической соды для получения водяного пара,
  • • водорода, в частности взрывное воздействие вследствие дефлаграции смеси водорода с хлором,
  • • технетических веществ, входящих в состав отходов производства и транспорта хлора, гидроксида натрия и водорода, в том числе взрывное воздействие вследствие детонации азида хлора, накопившегося в остатках неиспаренного сжиженного хлора.

Указанные воздействия становятся опасными, если их уровни превышают предельно допустимые.

«Правила безопасности производств хлора и хлорсодержащих сред» [11] содержат следующие требования.

Технология получения хлора методом электролиза должна исключать возможность образования взрывоопасных хлороводородных и водородо-воздушных смесей в технологическом оборудовании и коммуникациях при регламентных режимах работы.

Помещения, где возможно выделение хлора, должны быть оснащены системой общеобменной вентиляции, автоматическими системами обнаружения и контроля содержания хлора в воздухе, имеющими не менее двух порогов срабатывания. При превышении ПДК хлора, равной 1, должна включаться световая и звуковая сигнализация по месту и в помещении управления. Помещения, где обращается жидкий и газообразный хлор, должны быть оснащены системой иротивоаварийной защиты, включающей аварийную вентиляцию, сблокированную с системой аварийного поглощения хлора, которые должны включаться при достижении концентрации хлора 20 ПДК.

Помещения, где обращается только газообразный хлор, допускается оснащать системой противоаварийной защиты, предусматривающей при достижении концентрации хлора 20 ПДК автоматическое отключение технологической системы от источника поступления хлора и предотвращающей его массовый выброс в воздух рабочей зоны. Время срабатывания сигнализатора при достижении концентрации хлора в воздухе 20 ПДК должно быть не более 30 с.

На территории складов хлора, а также отдельно стоящих испарительных, пунктов перегрузки хлорной тары, сливо-наливных пунктов и в отстойных тупиках для железнодорожных вагонов-цистерн с хлором должны быть предусмотрены автоматические системы контроля аварийных выбросов хлора и системы или установки их локализации с помощью защитной водяной завесы и (или) рассеивания до безопасных концентраций.

Система локализации газового хлорного облака водяной завесой должна быть обеспечена необходимыми запасами воды из расчета непрерывной работы в течение времени, достаточного для ликвидации утечки хлора с учетом наибольшего расхода воды на другие нужды организации. Число распылителей, гидрантов, их расположение и требуемый запас воды должны быть определены и обоснованы проектом.

Система пенной локализации проливов жидкого хлора должна предусматривать использование пен, химически нейтральных к хлору.

Для защиты органов дыхания от хлора допускается применение средств индивидуальной защиты органов дыхания фильтрующих, и только в том случае, когда концентрация хлора в воздухе находится в пределах возможных измерений сигнализатора, но не превышает 0,5% но объему. При более высокой концентрации хлора необходимо применять средства индивидуальной защиты органов дыхания изолирующие и костюмы, изолирующие от химических факторов.

Статистические данные о воздействиях техногенных систем промышленной химии на окружающую среду. Сведения Российского статистического ежегодника (2014 г.) |9| о производстве химической продукции приведены в табл. 4.27—4.28.

Производство основных видов химической продукции.

Таблица 4.27

Таблица 4.28

Производство удобрений минеральных или химических по видам в пересчете на 100% питательных веществ, тыс т.

Сведения статистического сборника «Охрана окружающей среды в России» [7] относительно производства химической продукции представлены в следующих трех таблицах.

Количество отходов, выбросы и сброс загрязняющих веществ при производстве химической продукции показаны в табл. 4.29.

Таблица 4.29

Образование отходов, выбросы и сброс загрязняющих веществ, но годам

Выбросы наиболее распространенных загрязняющих атмосферу веществ, отходящих от стационарных источников при производстве химической продукции в 2013 г., представлены в табл. 4.30.

Таблица 430

Выбросы наиболее распространенных загрязняющих веществ, тыс. т

Сброс основных загрязняющих веществ со сточными водами в водные объекты РФ при производстве химической продукции за 2013 г. указан в табл. 4.31.

Таблица 431

Сброс основных загрязняющих веществ со сточными водами

Уровни техногенных воздействий систем промышленной химии на окружающую среду корродируются с приведенными количествами продукции и отходов.