Почему экологические вопросы должны обсуждаться на основе науки, а не домыслов

Продолжаем разбираться, что не так с публикацией ТРОО «Экологическая защита» о производстве ООО «Компаунд» и технологии переработки каменноугольной смолы.

Авторы материала делают ряд категоричных выводов: называют применяемый процесс «бельгийской технологией 1890 года», утверждают, что подобное производство принципиально невозможно сделать экологически безопасным, связывают появление запахов в городе исключительно с нашей деятельностью и подробно перечисляют вещества, которые, по их мнению, неизбежно попадают в атмосферу. В публикациях экологических активистов приводятся длинные перечни химических веществ — бенз(а)пирен, бензол, фенол, толуол, нафталин, сернистые соединения. Само перечисление этих названий производит сильное впечатление и невольно вызывает тревогу у жителей.

Сегодня подробно поговорим о научной оценке технологии с точки зрения спокойного профессионального анализа.

Во-первых, возникает закономерный вопрос: означает ли присутствие опасного вещества в составе сырья, что именно оно попадает в атмосферный воздух? Ответ химиков и инженеров однозначен — нет.

Представим обычную кухню. В холодильнике могут лежать уксус, спирт, бытовая химия, острый перец и множество других веществ. Но это не означает, что их пары постоянно находятся в воздухе квартиры в опасных концентрациях. Для каждого вещества существуют свои физические свойства, определяющие, насколько легко оно испаряется и при каких условиях это происходит.В промышленной химии действует тот же принцип.

Одни вещества обладают высокой летучестью и легко переходят в парообразное состояние. Другие, наоборот, практически не испаряются при обычных температурах. Третьи находятся внутри полностью герметичного технологического оборудования и вообще не контактируют с окружающей средой. Именно поэтому вывод о загрязнении воздуха нельзя сделать, просто открыв справочник и увидев, что то или иное вещество присутствует в составе каменноугольной смолы. Необходимо понимать весь технологический процесс.

Что представляет собой каменноугольная смола

Каменноугольная смола — это не одно химическое вещество, а чрезвычайно сложная смесь сотен различных органических соединений, образующихся при коксовании угля. В ее составе присутствуют ароматические углеводороды, фенолы, полициклические ароматические углеводороды, сернистые соединения, азотсодержащие вещества и многие другие компоненты. Каждый из них обладает собственными физико-химическими свойствами и ведет себя по-разному при нагревании. Именно поэтому переработка смолы представляет собой не «испарение всего сразу», а сложный технологический процесс разделения смеси на отдельные фракции.

По сути, наша деятельность связана не со сжиганием каменноугольной смолы, а последовательным выделением из нее полезных продуктов, востребованных в химической промышленности, других производствах.

Что происходит внутри установки

Работа современной ректификационной установки напоминает принцип действия самогонного аппарата, только значительно более сложного и высокотехнологичного.
Сырье постепенно нагревается. По мере роста температуры сначала начинают испаряться наиболее легкие компоненты. Затем выделяются вещества со средней температурой кипения, а наиболее тяжелые соединения остаются в нижней части установки. Образующиеся пары не выбрасываются наружу. Они направляются в ректификационные колонны, где происходит дополнительное разделение, а затем — в холодильники-конденсаторы. Именно здесь происходит ключевой этап процесса.

Пары охлаждаются, переходят обратно в жидкое состояние и собираются в специальные емкости. Другими словами, задача оборудования как раз и заключается в том, чтобы вернуть испарившиеся вещества обратно в жидкую фазу и использовать их как товарную продукцию.

Поэтому для оценки экологической безопасности принципиальное значение имеет не только температура нагрева, но и эффективность всей системы конденсации.

Почему столько говорят о бенз(а)пирене

Бенз(а)пирен — одно из самых известных и наиболее опасных соединений, относящихся к группе полициклических ароматических углеводородов. Его канцерогенные свойства хорошо изучены, поэтому появление этого названия в любой публикации сразу привлекает внимание.
Однако важно понимать, что бенз(а)пирен образуется не только и не столько при переработке каменноугольной смолы. Основные источники его появления — процессы неполного сгорания органических веществ. Он содержится в автомобильных выхлопах, дыме от сжигания древесины и мусора, продуктах пиролиза, выбросах различных тепловых установок. Даже табачный дым является одним из известных источников бенз(а)пирена.

Содержание бенз(а)пирена в дыме одной сигареты во много раз превышает предельно допустимую концентрацию этого вещества в атмосферном воздухе.
Не менее важны и физические свойства этого соединения. Температура кипения бенз(а)пирена составляет около 495 °С, что значительно выше температур, используемых при переработке каменноугольной смолы. На нашем производстве максимальная температура технологического процесса составляет порядка 360 °С. Эти данные свидетельствуют о крайне низкой летучести бенз(а)пирена по сравнению с более легкими ароматическими соединениями.

Разумеется, сама по себе высокая температура кипения еще не является абсолютным доказательством отсутствия вещества в выбросах. Для окончательных выводов необходимы результаты лабораторных измерений. Однако утверждать, что любое наличие бенз(а)пирена в сырье автоматически означает его выброс в атмосферу, также некорректно.

Именно поэтому специалисты оценивают не список веществ, а реальные параметры технологического процесса и данные производственного экологического контроля.

Не все вещества ведут себя одинаково

То же самое относится и к бензолу, толуолу, фенолу и нафталину. Да, эти соединения присутствуют в составе каменноугольной смолы. Однако их содержание, согласно техническим условиям, невелико, а сами они проходят несколько стадий переработки — нагрев, разделение, ректификацию и последующую конденсацию. На выходе из холодильников большая часть этих веществ вновь находится в жидком состоянии и поступает не в атмосферу, а в технологические емкости для дальнейшего использования.

Именно поэтому любые заявления о происхождении загрязнения должны основываться не на перечне химических названий, а на фактических данных мониторинга, результатах лабораторных исследований и анализе работы конкретного оборудования. Мы пишем об этом уже не первый раз.
Понимаем, что одним из самых распространенных приемов в экологических публикациях является перечисление большого количества сложных химических названий. Для человека, далекого от химии, такой список выглядит пугающе сам по себе. Однако специалисты оценивают вещества совершенно иначе — по их физико-химическим свойствам, концентрациям и поведению в конкретном технологическом процессе.

Именно поэтому один и тот же химический компонент может представлять серьезную опасность в одних условиях и практически не оказывать влияния на атмосферный воздух — в других.

Рассмотрим вещества, которые чаще всего упоминаются при обсуждении переработки каменноугольной смолы.

Бензол

Бензол действительно относится к опасным веществам и находится под строгим экологическим контролем во всем мире. Он широко используется в химической промышленности как исходное сырье для производства пластмасс, синтетических каучуков, лекарственных препаратов, красителей и множества других продуктов. При этом важно понимать, что современная промышленность получает бензол далеко не только из каменноугольной смолы. Сегодня основная часть мирового производства приходится на нефтехимические процессы — каталитический риформинг бензиновых фракций и пиролиз нефтепродуктов. Производство бензола из каменноугольной смолы сегодня занимает менее одного процента мирового рынка.

Температура кипения бензола составляет около 80 °С, поэтому он относится к наиболее летучим компонентам каменноугольной смолы. Именно по этой причине технологические установки проектируются таким образом, чтобы пары бензола не выходили в атмосферу, а проходили через систему ректификации и холодильники-конденсаторы, где вновь превращаются в жидкость. Именно эффективность этих систем, а не сам факт присутствия бензола в сырье, определяет экологическую безопасность процесса.

Толуол

Толуол также часто фигурирует в экологических публикациях и обвинениях, хотя большинство людей ежедневно сталкиваются с ним, даже не задумываясь об этом. Он используется при производстве красок, эмалей, клеев, растворителей, пластиков, синтетических материалов и даже некоторых лекарственных препаратов. Кроме того, толуол входит в состав бензинов и применяется в нефтепереработке.

Температура его кипения составляет около 111 °С, а содержание в каменноугольной смоле, согласно техническим условиям, не превышает одного процента. После отделения в ректификационной колонне пары толуола также охлаждаются в конденсаторах и возвращаются в жидкое состояние.

Фенол

Еще одно вещество, которое часто вызывает тревогу, — фенол. Между тем именно фенол почти два столетия назад стал одним из первых продуктов, выделенных из каменноугольной смолы. Позднее он сыграл огромную роль в развитии мировой медицины: благодаря использованию фенола в качестве антисептика хирургия сделала огромный шаг вперед, а работы Николая Склифосовского стали важной частью истории отечественной медицины.
Сегодня фенол используется для производства фенолформальдегидных смол, пластмасс, эпоксидных материалов, лекарственных препаратов и многих других видов продукции. Температура его кипения составляет около 182 °С, а содержание в каменноугольной смоле также невелико — менее одного процента. В процессе переработки фенол проходит те же стадии разделения и последующей конденсации, что и другие компоненты.

Нафталин

Пожалуй, именно вокруг нафталина существует больше всего заблуждений. Для многих это слово ассоциируется исключительно со специфическим запахом старых шкафов. Однако в промышленности нафталин — это прежде всего ценное химическое сырье. Из него производят фталевый ангидрид, пластификаторы, синтетические смолы, красители, поверхностно-активные вещества и десятки других продуктов, без которых невозможно современное химическое производство.

При переработке каменноугольной смолы нафталин вообще является одной из основных целевых фракций. После нагревания смолы начинается его выделение, затем пары проходят очистку, охлаждаются в холодильниках-конденсаторах примерно до 50 °С и только после этого поступают в накопительные емкости уже в жидком состоянии. В готовой нафталиновой фракции его содержание достигает 75–82 %, что говорит о целенаправленном извлечении продукта, а не о его выбросе.

Сернистые соединения

Отдельно в публикациях упоминаются сернистые соединения. В каменноугольной смоле действительно содержится сера, однако ее массовая доля составляет около 0,4 %. Основным представителем этой группы является тиофен — ароматическое серосодержащее соединение, которое присутствует не только в продуктах переработки угля, но и в нефтяном сырье. Тиофен давно известен химикам и широко изучен. Его наличие в составе сырья само по себе не позволяет делать вывод о загрязнении воздуха без данных лабораторных измерений и анализа работы конкретной технологической установки.

Почему одного состава сырья недостаточно для выводов

Из приведенных примеров становится очевидно: практически каждое вещество, которое сегодня обсуждается в сети интернет, давно известно химической промышленности и подробно изучено.

Однако специалисты никогда не оценивают экологическую ситуацию только по перечню компонентов сырья. Для этого анализируются десятки параметров: температура технологического процесса, давление, работа ректификационных колонн, эффективность холодильников-конденсаторов, степень герметичности оборудования, наличие систем газоочистки и, наконец, результаты производственного экологического контроля.

Именно поэтому два предприятия, использующие одинаковое сырье, могут иметь совершенно разные экологические показатели. Все зависит не от самого факта наличия химических веществ, а от того, насколько грамотно организован технологический процесс и насколько строго соблюдаются требования промышленной и экологической безопасности.

Подменять такой комплексный анализ простым перечислением химических названий — значит значительно упрощать проблему и рисковать сделать выводы, которые не будут подтверждены ни инженерными расчетами, ни лабораторными исследованиями.