Анализ концепции ресурсного цикла

Сегодня идея ЭПЦ находит свое применение в современных прикладных исследованиях, например, при создании генеральных планов территорий, при реконструкции энергосистем регионов, при решении задач территориального планирования и проектирования и т.д.

Наиболее современная и адаптированная к российским реалиям модификация ЭПЦ предложена М. Д. Шарыгиным (1992), который ввел понятие «региональный ресурсный энерговещественный цикл» (РРЭВЦ) [21]. Его сущность заключается в поточно-постадийном превращении исходных природных видов сырья и энергии в границах регионов разного ранга. Совокупность РРЭВЦ в конкретных регионах образует структурные циклические формы, по которым «протекают» поступательные круговороты веществ и энергии в целостных общественных системах, т.е. процессы материального воспроизводства на разных иерархических уровнях.

По своему содержанию, строению и функциям РРЭВЦ занимают промежуточное и одновременно интегрирующее положение между энергопроизводственными, ресурсными и географическими циклами.

Функционирование РРЭВЦ в пространственно-временных параметрах регионов ведет к формированию больших и малых региональных круговоротов по превращению и перемещению веществ и энергии, что связано с наличием регионов различного территориального ранга [22]. Таким образом, появляется возможность проведения масштабных региональных исследований, связанных с изучением природопользования и связанных с ним отраслей хозяйства [24].

Сегодня использование РРЭВЦ, как одного из инструментов регионального анализа и регионального планирования, открывает возможности не только для текущей оценки полноты использования природно-ресурсного потенциала, отраслевой структуры хозяйства и технологических цепочек производств, но и для целенаправленного развития экономики региона любого таксономического уровня.

Так, структура РРЭВЦ (вертикально ориентированные связи, природно-ресурсный потенциал: добыча - обогащение - переработка - обработка и т.д.) предполагает достаточно широкие возможности применения циклов и при оценке потерь вещества и энергии в процессе природопользования.

К сожалению, в последние годы интерес к вопросам комплексной оценки отраслей материального производства регионов, исследованию вертикальных связей в системе природопользования заметно снижен. Невелико и число публикаций, посвященных региональным ресурсным энерговещественным циклам, идея которых нередко рассматривается как раритет и «пережиток прошлого». Вместе с тем, восприятие материального сектора региональной экономики как системы параллельных вертикальных циклов имеет ряд преимуществ:

• Набор энерговещественных циклов (а также виды и количество входящих в них подциклов) в отдельно взятом регионе отражает специализацию его хозяйства, а анализ стадий и звеньев цикла, характер его завершенности показывают степень сложности и комплексности регионального производства. Например, РРЭВЦ ресурсных регионов - это всегда малостадийные циклы со слабовыраженными внутрирегиональными связями;
• Именно РРЭВЦ позволяют оценить восходящие потоки вещества или энергии при перемещении от стадии к стадии (добыча - обогащение - переработка - обработка). В этом случае становятся очевидными потери ресурсов или полупродуктов на разных стадиях производственного процесса;
• В идеале модель РРЭВЦ позволяет получить представление о дальнейшем пространственном перемещении произведенной в регионе продукции, оценить экспортную специализацию региона.

Сегодня, когда экономика большинства российских регионов находится в состоянии кризиса и дисбаланса, имеет место преобладание добывающих отраслей над перерабатывающими, использование концепции РРЭВЦ в качестве теоретической базы исследования и стратегического планирования позволяет более точно оценить функционирование производственного комплекса региона, включая отрасли природопользования.

2.2 Современное представление  о замкнутых энергоресурсных  циклах при создании безотходных производств

 

Безотходная технология – это такой способ производства продукции (процесс, цех, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы» таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования [23].

В определении, прежде всего, подчеркивается необходимость использования сырьевых ресурсов в цикле, включающем также и сферу потребления, а это означает, что замкнутым такой цикл может быть только на уровне территориально-производственного комплекса (ТПК).

Следовательно, безотходное производство (БОП) должно быть практически замкнутой системой, организованной по аналогии с природными экологическими системами. Так, в природных системах продукты жизнедеятельности одних организмов используются другими организмами и в целом осуществляют саморегулирующийся биогеохимический круговорот веществ. Основу же БОП составляет сознательно организованный и регулируемый человеком техногенный круговорот сырья, продукции и отходов.

Вторым основным положением БОП является обязательное включение в производство и потребление всех компонентов сырья. При этом должно быть обеспечено максимально возможное использование потенциала энергетических ресурсов, естественно, ограниченное вторым законом термодинамики. Здесь также проводится прямая аналогия с природными экосистемами, которые, будучи практически замкнутыми, не являются изолированными, т. к. через них проходит поток энергии, которую экосистемы получают от Солнца, поглощают, трансформируют и излучают в космическое пространство. Таким образом, и БОП является практически замкнутым, но неизолированным.

И, наконец, третьей составной частью концепции БОП является сохранение (с учетом возможного теплового загрязнения) сложившегося экологического равновесия, т. е. ущерб окружающей среде, наносимый производством, не должен быть выше допустимого уровня. Под ущербом понимают фактические и возможные потери в результате отрицательных изменений окружающей среды, которые обусловлены антропическими факторами. На рис. 2.3 показана функциональная схема типового производства.

Рис. 2.3. Схема стадий технологического процесса [23]:

1 - стадия подготовки сырья; 2 - стадия химического превращения; 3 - стадия выделения непревращенного исходного вещества; 4 - стадия выделения и очистки целевого продукта; 5 - стадия придания товарной формы целевому продукту; 6 - стадия регенерации и очистки непрореагировавшего сырья; 7 – стадия регенерации и очистки вспомогательных веществ и материалов; 8 - стадия обезвреживания отходов производства

Одним из общих принципов, лежащих в основе создания безотходных производств, является цикличность материального потока, т. е. возврата части его обратно в процесс. Это способствует интенсификации технологических процессов, т. к. наиболее полно используются исходные продукты и энергия, улучшаются условия ведении процессов.

Комплексное использование природных ресурсов - это удовлетворение потребностей общества в определенных видах природных ресурсов, основанное на экономически и экологически оправданном использовании всех их полезных свойств, а также на максимально полной переработке и всестороннем вовлечении природных ресурсов в хозяйственный оборот с ростом перспектив развития различных отраслей промышленности, природоохранных норм и требований, интересов настоящего и будущих поколений людей.

Этот принцип составляет основу рачительного и экономного использования природных богатств, максимального ограничения возможных негативных последствий антропического воздействия на окружающую среду. Таким образом, в настоящее время проблема комплексного использования сырья и оптимизация ресурсного цикла имеет большое значение как с точки зрения охраны окружающей среды, так и с точки зрения экономики. Например, в химической промышленности до 60-70 % себестоимости продукции приходится на долю сырья, поэтому рациональное его использование является весьма актуальной задачей.

Этот принцип требует учета всех компонентов сырья, т. к. практически все сырьевые источники являются многокомпонентными и в среднем более трети по стоимости приходится на сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной переработке. Так, уже сейчас практически все серебро, висмут, платину, а также более 20 % золота и около 30 % серы получают попутно при комплексной переработке руд. Требование комплексного использования сырья в настоящее время занесено в ранг государственной политики.

Комплексный подход обеспечивает эффективность малоотходных и безотходных производств, что в значительной мере ускоряет их разработку и внедрение. В качестве примера можно назвать комплексную переработку апатитового и нефелинового концентратов, руд, содержащих редкие металлы.

В настоящее время значительное количество горных пород, минералов, многокомпонентных смесей органических и неорганических веществ подвергают комплексной переработке. При этом из одной горной породы можно получать различные металлы, кислоты, соли, строительные материалы. Тем самым снижается объем отходов соответствующего производства, загрязняющих окружающую среду (уменьшается объем отвалов, количество шламов и пр.).

Сущность комплексного использования заключается в последовательной переработке сырья сложного состава в различные ценные продукты. В случае комплексного использования сырья основным технологическим операциям сопутствуют [23]:

• извлечение полезных, но не нужных основному производству веществ;

• переработка этих веществ в целевые продукты или полуфабрикаты, поставляемые собственному основному производству или другим предприятиям.

Пути решения максимально полного использования природного сырья, энергии с минимальным воздействием на окружающую среду следующие:

• создание бессточных технологических систем на базе существующих, внедряемых в настоящее время, и перспективных способов очистки водных систем от растворенных и взвешенных загрязняющих примесей;

• разработка и внедрение систем утилизации отходов основного производства;

• создание новых технологических процессов получения традиционных видов продукции с сокращением стадий, на которых образуется основное количество отходов;

• создание территориально-производственных комплексов с замкнутой внутри них структурой материальных потоков сырья, продукции и отходов.

Выбор путей совершенствования защиты окружающей среды: в каждой производственной системе зависит от экономической обоснованности технических решений, а также от природных особенностей конкретного региона.

Задача науки и технологии сводится к полному использованию сырьевых ресурсов, максимальному превращению сырья в используемые, полезные продукты.

Ниже рассмотрим примеры полного использования сырья в модифицированном ресурсном цикле.

Первым примером комплексного использования сырья может служить схема переработки апатито-нефелиновой руды, залежи которой имеются на Кольском полуострове (см. рис. 2.4).

Рис. 2.4. Схема комплексного использования ресурсного цикла апатито-нефелиновой породы [23]: 1 - процессы, осуществляемые в промышленности;  
2 - потенциальные промышленные процессы

Минеральную породу измельчают и разделяют методом флотации: на апатит и нефелин.

Нефелиновая фракция содержит нефелин, небольшие количества апатита и титано-магнетита и небольшое количество минералов, включая редкие металлы. Из нефелина получают поташ, соду, алюминий, галлий, цемент. Из апатита получают фосфорные удобрения, фториды, гипс, но, как правило, не извлекают ценные редкоземельные элементы.

Другим примером комплексного использования органического сырья является термическая переработка топлива - угля, нефти, сланцев. Так, при коксовании угля, кроме металлургического кокса, получают коксовый газ и смолу, сырой бензол и аммиачную воду.

Современные схемы переработки каменноугольной смолы предусматривают первичную дистилляцию смолы на фракции: легкое масло, фенольную, нафталиновую, тяжелое масло, антраценовое масло, пек.

Антраценовое масло перерабатывают, и в небольших количествах из него извлекают антрацен, фенантрен, карбазол, акридин. Основная масса антраценового масла после добычи из него сырого антрацена используется для консервировании древесины , производства сажи и т.д.

Другим примером может служить пиролиз нефти (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема переработки нефти [23]

При пиролизе нефти получаются ксилол, бензол, при перегонке получают циклогексан, изопентан. Крекинг нефти позволяет получать олефины и (этилен, пропилен, бутилэтилен и др.).

Перечисленные вещества являются основой для производства мономеров для дальнейших процессов полимеризации (олефины), выработка которых в мире постоянно растет.

Этилен - наиболее крупнотоннажный продукт нефтехимической промышленности. На базе этилена производится по крайней мере десяток крупнотоннажных нефтехимических продуктов, которые, в свою очередь, являются источником получении сотен и тысяч конечных химических и нефтехимических продуктов.