Экологические аспекты бережливых производств

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

Г. Ю. Климентова, Т. Н. Качалова

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ 
БЕРЕЖЛИВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Учебно-методическое пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2020

УДК 628.5:574(075)
ББК 51.24:28.081я7

К49

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

канд. хим. наук, ст. науч. сотр. В. М. Бабаев

канд. техн. наук, доц. М. Н. Котляр

К49

Климентова Г. Ю.
Экологические аспекты бережливых производств : учебно-методическое пособие / Г. Ю. Климентова, Т. Н. Качалова; Минобрнауки 
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 
2020. – 136 с.

ISBN 978-5-7882- 2864-8

Рассмотрены зоны влияния выбросов объектов химической промышленно
сти на окружающую среду. Представлены мероприятия по защите воздушного 
бассейна и природных вод, повышающие экологичность деятельности химических предприятий. 

Предназначено для магистров, обучающихся по направлению 18.04.01 «Хи
мическая технология». 

Подготовлено на кафедре технологии основного органического и нефтехи
мического синтеза.

ISBN 978-5-7882-2864-8
© Климентова Г. Ю., Качалова Т. Н., 2020
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 628.5:574(075)
ББК 51.24:28.081я7

В В Е Д Е Н И Е

Важную роль в работе химических и нефтехимических предприя
тий играют сфера хозяйственной деятельности по использованию природных ресурсов и разработка мер по их сохранению без нарушения 
экологического равновесия окружающей среды – рациональное природопользование.

Деятельность производственных объектов, на которых исполь
зуют, производят, перерабатывают, хранят или транспортируют пожаро- и взрывоопасные и опасные химические вещества, создает реальную угрозу возникновения аварий. В свою очередь, крупнотоннажные 
объекты, например объекты нефтепереработки, можно отнести к критически важным объектам инфраструктуры, нарушение (или прекращение) функционирования которых приводит к необратимому негативному изменению (или разрушению) экономики страны.

В свете ухудшающихся экологических условий правительство 

начинает требовать от промышленных предприятий более ответственного отношения к тому воздействию, которое их производство оказывает на окружающую среду. Все большее внимание уделяется сегодня 
понятию «экологический след», отражающему потребление человечеством ресурсов биосферы. Экономическое развитие предприятий 
должно быть смещено с наращивания производственных мощностей,
сопровождающегося ростом потребления сырья, на более рациональное его использование.

Позитивный эффект в сокращении урона, наносимого окружаю
щей среде, позволяет также избежать дополнительных выплат, взимаемых во многих странах с производств, отличающихся высоким потреблением ресурсов или большими объемами выброса вредных веществ.

Опыт целого ряда российских компаний показывает, что внедре
ние требований стандартов ИСО 9001, 14001, 18001 значительно облегчает налаживание деловых связей с зарубежными компаниями. Наличие сертифицированных систем качества, экологии, охраны труда 
и профессиональной безопасности являются сегодня обязательным 
условием международного сотрудничества.

1 . Х И М И Ч Е С К И Е И  Н Е Ф Т Е Х И М И Ч Е С К И Е

П Р О И З В О Д С Т В А К А К  И С Т О Ч Н И К И  З А Г Р Я З Н Е Н И Я

О К Р У Ж А Ю Щ Е Й  С Р Е Д Ы

Источниками техногенной опасности являются (рис. 1.1):
– крупнотоннажные непрерывно действующие установки;
– периодические химико-технологические системы;
– технологическое оборудование со сжиженными опасными хи
мическими веществами емкостного и трубопроводного типов, расположенное на территории предприятий;

– многоассортиментные химико-технологические системы.

Рис. 1.1. Химическое производство как источник опасности

Обеспечение безопасности химических производств должно про
водиться с учетом специфики их как источников комбинированных 

негативных воздействий и комплексной техногенной опасности 
(взрыво-, пожаро-, химической, токсической и экологической) с целью 
обеспечения следующих видов безопасности: промышленной, экологической, химической.

Источниками выбросов химического производства являются по
стоянно действующие дымовые трубы, вентиляционные выбросы цехов, установок и аварийные емкости, хранилища, трубопроводы, на которых может производиться разгерметизация или полное разрушение 
с выбросом опасного химического вещества.

В окружающей среде выделяют следующие зоны влияния хими
ческой промышленности:

1. Воздух (атмосферный воздух).
2. Вода (грунтовые, поверхностные).
3. Земля, почва.
4. Шум, вибрации.
5. Энергетические воздействия:
– электромагнитные;
– радиационные.
На основании указанных зон влияния рассматриваются техноло
гические процессы предприятия с целью уменьшения воздействия 
на окружающую среду.

Сырье химической промышленности, связь с охраной окружаю
щей среды. Сырьевая база химической промышленности дифференцируется в зависимости от природных и экономических особенностей отдельных регионов. В одних районах – это уголь, коксовый газ, в других – нефть, сопутствующие нефтяные газы. Сырье для химической 
промышленности имеет решающее значение. Его доля в себестоимости 
готовой продукции колеблется от 45 до 90 %. Например, затраты сырья 
на 1 т капролактама достигают 8 т, ацетилена – 4,5 т, аммиака из кокса –
5,5 т. В промышленности органического синтеза на один и тот же продукт сразу уходит несколько видов сырья. Однако любые избыточные 
запасы сырья, имеющиеся на предприятии, – это потери. Хранение таких запасов требует дополнительных площадей, они могут отрицательно влиять на безопасность. Эти запасы могут устареть при изменении спроса на продукцию. 

В химической промышленности больше, чем в других отраслях, 

используется вода. Например, для производства 1 т химических волокон нужно в 25 раз больше воды, чем для выплавки 1 т чугуна. В целом 
нормы расхода воды в химической промышленности колеблются от 

50 м3 в производстве хлора до 6000 м3 в производстве синтетических 
волокон. Все это обусловливает актуальность снижения экологической 
нагрузки от производственной деятельности химических предприятий 
в проблеме очистки сточных вод. С точки зрения экономической целесообразности необходимо изыскивать способы интенсификации 
очистки сточных вод на существующих очистных сооружениях без значительных капитальных затрат.

Химическая промышленность и проблемы охраны окружающей 

среды. Химические загрязнения – твердые, газообразные и жидкие вещества, химические элементы и соединения искусственного происхождения, которые поступают в биосферу, нарушая установленные природой процессы круговорота веществ и энергии.

Наиболее распространенными вредными газовыми загрязните
лями являются: оксиды серы (SO2, SO3); сероводород (Н2S); сероуглерод (СS2); оксиды азота; аммиак; соединения хлора; соединения фтора; 
углеводороды; синтетические поверхностно-активные вещества; оксиды углерода – СО, СО2.

Современный быт, который в значительной степени изменился 

благодаря широкому использованию химических продуктов, превратился в опасный источник загрязнения биосферы. Бытовые отходы содержат значительное количество синтетических и искусственных веществ, которые не разлагаются в природе. Сжигание бытовых отходов 
часто невозможно из-за того, что окружающая среда загрязняется токсичными продуктами сгорания (сажа, полициклические ароматические 
углеводороды, хлорорганические соединения, соляная кислота и т. д.) 
и, как следствие, возникают свалки отработанных автопокрышек и пластиковых упаковок. Поэтому остро стоит вопрос создания полимеров, 
которые в естественных условиях быстро саморазрушаются и возвращаются к нормальному геохимическому круговороту. 

Особую группу составляют производства боевых отравляющих 

веществ, лекарств и средств защиты растений, поскольку это синтез 
биологически активных веществ. Прежде всего, со значительным 
риском связан сам процесс производства, поскольку персонал постоянно работает в атмосфере с повышенной концентрацией этих веществ. 
Значительные сложности связаны с хранением и, как теперь выяснилось, с уничтожением боевых отравляющих веществ.

Химические средства защиты растений, или ядохимикаты, пред
назначенные специально для распыления в биосфере. Общее количество этих ядов трудно назвать, так как постоянно выпускаются новые 

и прекращается выпуск старых, которые оказались на практике весьма 
вредными или к ним уже приспособились те виды вредителей, против 
которых они применяются. Но примерно их количество уже превысило 
1000 соединений, в основном хлор-, фосфор-, мышьяк- и ртутьорганических.

Углеводороды поступают в атмосферу и при сжигании топлива, 

и от нефтеперерабатывающей и газодобывающей промышленностей.

Источники загрязняющих веществ разнообразны, также много
численны виды отходов и характер их влияния на компоненты биосферы. Биосфера загрязняется твердыми отходами, газовыми выбросами и сточными водами нефтехимических и химических заводов. Массовое применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений привело к появлению ядохимикатов в атмосфере, почве 
и природных водах. В процессе эксплуатации химических заводов 
также образуются огромные количества твердых отходов, которые 
складируются на больших площадях, совершая негативное влияние на 
атмосферу, поверхностные и подземные воды, почвенный покров 
(пыль, выделение газов и т. п.).

2 . З А Г Р Я З Н Е Н И Е  А Т М О С Ф Е Р Ы П Р Е Д П Р И Я Т И Я М И  

Х И М И Ч Е С К О Й  И  Н Е Ф Т Е Х И М И Ч Е С К О Й  

П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т И

Одной из зон влияния химической и нефтехимической промыш
ленности на окружающую среду является атмосферный воздух. Загрязнение атмосферы сопряжено с рядом обстоятельств:

1) частичная трансформация солнечного излучения при прохож
дении через атмосферу. Наличие в воздухе примесей газов (метана, 
фреонов) проводит к истощению озонового слоя и, как следствие, увеличению заболеваемости раком кожи;

2) из-за высокой скорости движения воздушных масс, загрязняю
щие вещества могут переноситься на большие расстояния. При этом 
происходит накопление их в человеческом организме, так как в течение 
суток человек потребляет около 20 м3 (15 кг) воздуха.

Характеристика выбросов в атмосферу производств органиче
ских веществ. Промышленные производства в зависимости от характерных для них выбросов разделяют на четыре группы: 

– производства с условно чистыми технологическими вентиляци
онными выбросами с содержанием вредных веществ, не превышающими предельно допустимые концентрации в рабочей зоне производственных помещений;

– производства, характеризующиеся неприятно пахнущими вы
бросами;

– производства, выбрасывающие значительные количества газа, 

содержащего нетоксичные или инертные вещества;

– производства, выбрасывающие в атмосферу токсичные и канце
рогенные вещества.

В химической и нефтехимической промышленности к производ
ствам первой группы относятся цехи с технологическими печами, работающими на природном газе и малосернистом мазуте, второй – производства азотной кислоты с каталитической очисткой, третьей – цехи 
с дробильно-помольным оборудованием, сушильными барабанами, 
четвертой – большинство химических и нефтехимических производств 
(полиэтилена, фенола, фталевого ангидрида, стирола, метанола, ацетилена и др.).

Источники загрязнений воздуха подразделяются на источники вы
деления и источники выбросов вредных веществ в атмосферу. 

Источники выделения вредных веществ – технологические установки, 
аппараты, агрегаты, очистные сооружения, сооружения оборотного водоснабжения и т. д., которые в процессе эксплуатации выделяют вредные вещества. Источники выбросов вредных веществ – трубы, вентиляционные шахты, дыхательные клапаны резервуаров, открытые поверхности очистных сооружений, через которые выбрасываются вредные вещества.

Источники выбросов, загрязняющих промышленные площадки 

химических и нефтехимических производств, классифицируются
по следующим признакам: 

– тип системы, из которой выбрасываются вредные вещества;
– расположение источников в потоке ветра;
– температура выбрасываемой газовоздушной смеси;
– режим работы во времени;
– степень централизации.
В зависимости от типа системы, из которой выбрасываются 

вредные вещества, выбросы делятся:

– на технологические, в которых концентрация вредных веществ 

высокая (хвостовые технологические, при продувке, из воздушек аппаратов, утечки через неплотности оборудования); 

– вентиляционные (выбросы механической и естественной обще
обменной вентиляции, характеризующиеся низким содержанием вредных веществ); 

– выбросы местной вытяжной вентиляции (по характеристике 

выбросы близки к технологическим).

По расположению в потоке ветра источники выбросов разделяют 

на высокие (трубы, высота которых в 3,5 раза больше высоты близлежащих зданий) и низкие (эффективная высота выбросов меньше высоты 
циркуляционной зоны, возникающей над и за зданием).

Выбросы в зависимости от температуры подразделяют:
– на сильно нагретые (Δt = tвыб. – tокр.› 100 °С); 
– нагретые (20 °С ˂ Δt ˂100 °С); 
– слабо нагретые (5оС ˂ Δt ˂ 20 °С);
– изотермические (Δt = 0 °С);
– охлажденные (Δt ˂ 0 °С).
К сильно нагретым относятся дымовые газы, газы горячих фа
келов на предприятиях, высокотемпературных технологических процессов.

По режиму работы источников во времени выбросы могут быть:
– постоянными с равномерным валовым выбросом; 
– меняющимися по определенному закону;
– периодическими;
– залповыми.
По степени централизации выбросы подразделяют:
– на централизованные, собирающиеся в одну или две трубы;
– децентрализованные, самостоятельные выбросы от каждого тех
нологического агрегата.

Выбросы вредных веществ можно подразделить на организован
ные и неорганизованные. Организованные выбросы – это выбросы, которые отводятся от мест выделения системой газоотводов, что позволяет 
применять для их улавливания газопылеулавливающие установки. 
На нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях основные источники организованных выбросов – дымовые трубы технологических печей, печей сжигания отходов, ТЭЦ, котельных; пароэжекторных установок, регенераторов катализатора, электрофильтров, циклонов, скруберов, абсорберов. Неорганизованные выбросы – это выбросы, 
образующиеся на открытых поверхностях очистных сооружений, выделяющиеся через неплотности технологического оборудования.

Вредные примеси, выбрасываемые в атмосферу предприятиями 

по производству продуктов из углеводородов нефти и газа, можно разделить на группы:

– твердые частицы;
– кислые компоненты (оксид и диоксид углерода, диоксид серы, 

сероводород, оксиды азота);

– углероды и их производные, т. е. органические соединения.
Твердые частицы. Для нефтеперерабатывающей и нефтехимиче
ской промышленности пыль образуется при транспортировке катализаторов и адсорбентов, их регенерации. При проведении процессов 
в реакторах с псевдоожиженном слоем катализатора (каталитический 
крекинг, дегидрирование бутана) частицы катализатора при многократном использовании уменьшаются в размерах и выносятся с потоком газов. Загрязнение атмосферы твердыми частицами происходит 
также при сжигании отходов. Твердые частицы рассеиваются в атмосфере, ухудшают видимость, вызывают порчу строений, наносят 
ущерб здоровью людей.

Кислые компоненты. Для примера можно привести характери
стику выбросов нефтеперерабатывающего предприятия в атмосферу
(табл. 2.1).