Odpady
130. Przedstaw przykład układu zintegrowanego, w którym odpad nieorganiczny z procesu syntezy organicznej jest doprowadzany do postaci umożliwiajacej zawrócenie go do syntezy organicznej.
Chlorowanie związków organicznych C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl
Do kwasu solnego
HCl + H2O → HCl aq
Elektroliza (elektrolizer z diafragmą) 2HCl → H2 + Cl2
Powstały Cl2 ponownie zawraca się do obiegu (do chlorowania), wodór dodaje się do gazu opałowego.
Układ jest sprzeżony inaczej zintegrowany.
Cl2 powstały w wyniku elektrolizy może być wykorzystany wielokrotnie - recykling materiałowy w układzie zintegrowanym.
Metoda Deacona - utlenianie HCl tlenem z powietrza w obecności katalizatorów.
131. Przedstaw przykład ukłądu zintegrowanego, w którym odpad z syntezy chemicznje jest doprowadzany do postaci umożliwiajacej zawrócenie go do procesu, w którym powstał.
132. Wyjaśnij na czym polega recykl materiałowy w układzie zintegrowanym i podaj przykład.
133. Podaj główne sposoby wydzielania metali ciężkich ze ścieków, z wyjasnieniem jaką postać metalu (pierwiastek, roztwór soli, stały zwiazek) uzyskuje się w nich.
metoda strąceniowa - np. w postaci wodorotlenków, siarczków albo innych nierozpuszczalnych soli. Metale elektrododatnie (zwłaszcza szlachetne) wytrąca się w postaci pierwiastka przy użyciu selektywnych reduktorów
metoda wymiany jonowej - w postaci jonów .....<?>
metoda elektrolizy - otrzymuje się stały związek
134. Zasada i kierunki utylizacji fluoru z jego zwiazków wydzielajacych się podczas kwaśnej przeróbki apatytów.
Surowce fosforowe (fosforyty, apatyty) zawierają domieszki fluoru, gł. fluorytu CaF2. po działaniu H2SO4 przy produkcji nawozów:
CaF2 + H2SO4CaSO4↓ + 2HF↑
SiO2 + 4HF SiF4↑ + 2H2O
Mieszaninę gazów kieruje się do kilkustopniowej absorpcji
SiF4+2HF+Na2CO3H20+CO2+Na2SiF6
Fluorokrzemian sodu stos. w przemyśle ceramicznym i emalierskim. Pozostały kwas fluorowodorowy przerabia się na fluorki (np. fluorek wapnia - używany w produkcji materiałów ceramicznych o specjalnym przeznaczeniu):
Ca(OH)2+2HFCaF2+2H2O
Albo na kriolit, i fluorki sodu i glinu stosowanie do produkcji aluminium.
135. Zasada utylizacji gazowych zwiazków fluoru wydzielajacych się podczas rozkładu fosforytów kwasem siarkowym.
Tak jak w 134
136. Podaj najczęściej stosowane sposoby utylizacji chloru z mieszanin gazowych: a) o niskiej zawartości chloru (do kilku %), b) o dużej zawartości chloru zawierających ponadto pewne ilości wodoru.
w latach 30 - 50 metoda absorpcji w selektywnym rozpuszczalniku (CCl4, S2Cl2 w wodzie pod zwiększonym ciśnieniem)
dziś stosuje się metodę Hookera gdzie absorbentem jest tylko woda
gazy takie kieruje się do absorbentów z wodorotlenkiem sodu
137. Wymień i krótko scharakteryzuj zasade trzech podstawowych rodzajów recyklu odpadów z tworzyw sztucznych.
Wyróżnia się trzy podstawowe kierunki utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych:
Recykling mechaniczny, recykling materiałowy
Recykling chemiczny
Recykling energetyczny
Recykling mechaniczny polega na rozdrabnianiu odpadów i sporządzeniu z nich nowych wyrobów. Z tworzyw termoplastycznych można otrzymać produkty nie różniące się od wyrobów z nowego tworzywa, jednak wyroby otrzymane w recyklingu mechanicznym są znacznie droższe. Poza tym odzyskiwane tworzywo nie może być używane do wyrobu opakowań spożywczych i wyrobów farmaceutycznych. Stosowanie rozdrobnionych odpadów z tworzyw sztucznych w charakterze dodatków (wypełniaczy) do wyrobów budowlanych, nawierzchni dróg itd.
Recykling chemiczny polega na przerobie odpadów tworzyw sztucznych na monomery albo inne substancje, wykorzystywane następnie do produkcji nowych tworzyw. W tej dziedzinie utylizacji wyróżnia się dwa kierunki:
Depolimeryzacje odpadów z jednego rodzaju tworzywa. Opracowano już wiele procesów rozkładu poszczególnych rodzajów polimerów na monomery dające się wykorzystać, lecz to podejście wymaga jednak albo segregowania odpadów, albo otrzymywania tylko jednego rodzaju odpadów od stałego dostawcy.
Przerób mieszanych odpadów na substancje których dalsza utylizacja byłaby taka sama jak w przypadku typowych surowców petrochemicznych.
Oczywiście więcej uwagi poświęcono drugiemu kierunkowi. Odpady polimerowe po stopieniu poddaje się hydrokrakingowi, w wyniku czego otrzymuje się ciężke oleje syntetyczne przesyłane do pobliskich rafinerii oraz pozostałość przerabianą w zakłądach koksowniczych.
Recykling energetyczny (spalanie odpadów) przy dzisiejszy stanie wiedzy i poziomie przemysłu niektóre odpady organiczne nie mogą być utylizowane, a jeśli są uciążliwe dla środowiska, spalenie może być jedynym sposobem unieszkodliwienia. W wyniku spalenia masa organiczna jest bezpowrotnie tracona, natomiast wykorzystuje się ciepło reakcji w wytwornicach pary technologicznej.
138. Otzrymywanie siarki metodą Clausa z gazów otrzymywanych podczas odsiarczania paliw: zasada i główne odmiany.
Związki siarki oddziela się z paliw w odpowiednich procesach w postaci mieszaniny par i gazów, którym głównym składnikiem jest siarkowodór, w mniejszych ilościach obecne są CO2, SO2, węglowodory i tiotlenek węgla COS.
Z mieszaniny tej otrzymuje się pierwiastkową siarkę w procesie opartym na reakcji [claus] znanym jako proces Clausa lub metoda Clausa:
2H2S + O2 →(katalizator)→ S2 + 2H2O ∆H0=-315,1kJ [claus]
Reakcja przebiega w dwóch etapach:
2H2S + 3/2 O2→ SO2 + H2O
2H2S +SO2 → 3S +2H2O
W zależności od rodzaju i ilości domieszek przebiegają także inne reakcje:
CH4 + SO2 → H2S + H2O + CO
COS + H2O → H2S + CO2
CO + 1/2O2 → CO2
Proces prowadzi się w instalacji umożliwiającej kilkustopniową (2-4 stopni) konwersję i międzystopniowe oddzielanie w chłodnicach ciekłej siarki z mieszaniny poreakcyjnej:
Proces jest opłacalny gdy jest autotermiczny
Warianty procesu Clausa:
Udział H2S wynosi 45-100% objętościowych to stosuje się tak zwany typowy proces Clausa (zwany też „normalnym”) w którym tlen potrzebny do reakcji jest doprowadzany w postaci powietrza. Duży efekt grzewczy pozwala produkować pare wodną grzewczą
Udzial H2S 20-45% (wg niektórych danych do 50% objętościowych), to wymagane są modyfikacje technologiczno aparaturowe (tzw. Zmodyfikowany proces Clausa) ciepła wystarcza tylko na prowadzenie procesu
Udział H2S jest niższy (10-20%) to stosuje się powietrze wzbogacone w tlen lub (8-15%) czystego tlenu
Stężenie 8%obj. (wg niektórych 5%) H2S jest uważane za dolną granicę stosowalności tego procesu
139. Wymień destrukcyjne procesy przetwarzania węglowodorów i omów proces hydrokrakingu.
--- termiczne; visbreaking, koksowanie, piroliza
--- katalityczne; kraking katalityczny, hydrokraking, procesy katalizy selektywnej, reformowanie, hydrodealkilacja, izomeryzacja, polimeryzacja, alkilowanie
hydrokraking - proces stanowiący rozwinięcie krak. kat. poprzez wprowadzenie drugiej funkcji katalizatora- uwodornienia. W efekcie reakcja składa się z: reakcji krakowania węglowodorów i uwodornienia powstałych produktów. Skutkiem tego jest brak reakcji wtórnych prowadzących do powiększenia cząsteczek węglowodorów(nie tworzy się koks a wszystkie produkty mają mniejszą masę cząsteczkową od surowca. Zaletą jest możliwość przeróbki dowolnych produktów pierwotnej i wtórnej przeróbki ropy na dowolne produkty lżejsze od surowca niezawierające w zasadzie węglowodorów nienasyconych(duża stabilność, niska zawartość siarki i azotu). Proces hydrokrakingu dzielimy na: hydrokraking destylatów i pozostałość. Oba procesy różnią się rodzajem katalizatorów, warunkami prowadzenia i schematami. Wynika to z zanieczyszczeń i składu.
140. Przedstaw zasady kompleksowej (obejmującej wszystkie składniki) utylizacji akumlatorów ołowianych.
Złom należy rozdzielić na składniki (odcięcie dna i wypłynięcie kwasu). Po odstaniu klarowny kwas idzie do utylizacji. Następnie jest mielenie akumulatora bez przemywania i podaje na sito gdzie jest przemywany wodą krążącą w obiegu. Związki ołowiu z mas czynnych elektrod przechodzą przez sito. Fazę stałą pozostającą na sicie przesyła się do separatora grawitacyjnego, z którego odbiera się trzy frakcje różniące się gęstością: przekładki płyt elektrodowych, tworzywo korpusów i metal. Jednocześnie następuje odmycie składników stałych od kwasu siarkowego.
Przekładki z polichlorku winylu i innych tworzyw sztucznych zwykle spala się w spalarni przystosowanej do spalania materiałów zawierających chlor, wykorzystuje się przy tym ciepło spalania i produkuje kwas solny. Inne zakłady uważają przekładki za odpad nietoksyczny i kierują na wysypiska odpadów stałych.
Rozdrobniony polipropylen zwykle przesyła się do instalacji produkującej pojemniki do akumulatorów (recykling materiałowy). W niektórych zakładach polipropylen spala się w spalarni związków organicznych wykorzystując ciepło spalania do wytwarzania pary (recykling energetyczny)
Frakcję metaliczną stapia się otrzymując stop Pb+(2-5)%Sb przesyłany do produkcji elementów elektrod do akumulatorów. Na powierzchni ciekłego stopu zbiera się faza stała składająca się z tlenków i siarczanu ołowiu. Fazę tę zbiera się i dołącza do masy czynnej
Masa czynna w przeliczeniu na suchą mieszaninę zawiera 63%PbSO4, 23%PbO2, 9%PbO, kilka procent metalicznego ołowiu, ślady antymonu oraz zanieczyszczenia mechaniczne. Odzyskuje się z niej ołów albo metodą hutniczą albo metodą elektrochemiczną.
W metodzie elektrochemicznej masę czynna należy wstępnie przeprowadzić w rozpuszczalne związki ołowiu, a warunkiem tego jest usunięciu z mieszaniny jonów siarczanowych. Proces w którym jony siarczanowe przechodzą do roztworu a jony ołowiowe pozostają w fazie stałej roztworu nosi nazwę desulfatacji:
PbSO4 + 2NaOH( c) → Pb(OH)2 (s) + 2Na2SO4( c)
reakcja ta przebiega w prawo ponieważ iloczyn rozpuszczalności wodorotlenku ołowiu jest mniejszy od iloczynu rozpuszczalności siarczanu ołowiu. Roztwór siarczanu sodu przerabia się na kwas siarkowy i wodorotlenek sodu metodą elektrodializy i elektrolizy
Mieszaninę po desulfatacji, na którą skłądają się: PbO2 + PbO + Pb(OH)2 + Pb, roztwarza się w kwasie fluoroborowym HBF4. Związki ołowiu (II) roztwarza się bardzo łatwo:
PbO+2HBF4 → Pb(BF4)2 + H2O
Pb(OH)2 + 2 HBF4 → Pb(BF4)2 + 2H2O
a dwutlenek ołowiu wymaga obecności reduktora w postaci metalicznego ołowiu lub nadtlenku wodoru
PbO2 + Pb + 4HBF4 → 2Pb(BF4)2 + 2H2O
PbO2 + 2H2O2 + 2HBF4 → Pb(BF4)2 + 2H2O + O2
Klarowny roztwór fluoroboranu ołowiu (II) poddaje się elektrolizie w elektrolizerach z płaskimi elektrodami ołowianymi. Na anodach wydziela się tlen a na katodach ołów:
Roztwór: Pb(BF4)2 ↔ Pb2+ + 2BF4-
Anoda: H2O - 2e → 2H+ + ½ O2↑
Katoda: Pb2+ + 2e → Pb
Bilans: Pb(BF4)2 + H2O →(elektroliza;2e)→Pb + ½ O2 + 2HBF4
W roztworze pozostaje kwas fluoroborowy, który zawraca się do ługowania kolejnych partii związków ołowiu po desulfatacji. Całkowite wydzielenie katodowe ołowiu z roztworu nie jest więc konieczne; elektroliza przebiega z wysoką wydajnością prądową (95-97%) i nie ma potrzeby stosowania katod o rozwiniętej powierzchni.
141. Przedstaw przykład regeneracji utleniaczy (stosowanych np. w procesach syntezy organicznej).