3.7.2 Вопросы методологии

В промышленности TiO₂ может производиться в двух модификациях: анатазный и рутиловый, которые отличаются по структуре кристаллической решетки и концентрации TiO₂ в конечном продукте. TiO₂ (анатаз) чаще всего получают обработкой ильменитовой руды (титаната железа (FeO.TiO₂)) серной кислотой (сульфатный способ) или из титанового шлака. Уравнения основных реакций для способа с кислотным разложением (Межправительственная, 2006):

FeTiO₃ + 2H₂SO₄ -> FeSO₄ + TiO.SO₄ + 2H₂O

TiO.SO₄ + 2H₂O -> TiO₂.H₂O + H₂SO₄

TiO₂.H₂O + нагрев -> TiO₂ + H₂O

При сульфатном способе производства, который является основным в России, не образуется значительных выбросов парниковых газов.

В производстве TiO₂ существует три технологических процесса, которые приводят к выбросам парниковых газов: производство титанового шлака в электродуговых печах, производство синтетического рутила по Becher процессу и производство рутилового TiO₂ по хлоридному способу.

Титановый шлак, используемый для получения анатазного TiO₂, производят методом восстановительной плавки ильменита в электродуговых печах. Если используется титановый шлак, то стадия восстановления в кислотной среде не требуется, поскольку при плавке в электродуговой печи уменьшается содержание железа (III), которое присутствует в исходном ильмените в качестве примеси. Рутиловый TiO₂ можно получить путем последующей обработки анатазного TiO₂. Выбросы в данном промышленном процессе являются следствием использования восстановителя.

При производстве синтетического рутила по Becher процессу может выделяться CO₂. В этом процессе оксид железа в составе ильменита восстанавливается до металлического железа, которое затем вновь окисляется до оксида железа; диоксид титана при этом выделяется в виде синтетического рутила 91 - 93% чистоты (Межправительственная, 2006). В качестве восстановителя применяется каменный уголь, и выбросы CO₂ следует рассматривать как выбросы от промышленных процессов. Основной способ производства рутилового TiO₂ - это хлоридный способ. Рутиловый TiO₂ получают карботермическим хлорированием рутиловой руды или синтетического рутила с образованием тетрахлорида титана (TiCl₄) и окислением паров TiCl₄ до TiO₂ в соответствии со следующими реакциями:

2TiO₂ + 4Cl₂ + 3C -> 2TiCl₄ + 2CO + CO₂

TiCl₄ + O₂ -> TiO₂ + 2Cl₂.

На основании стехиометрии и при условии полной конверсии углерода сырья в CO₂ (через последующую стадию превращения CO в избытке воздуха) коэффициент выбросов CO₂ не может быть меньше 0,826 тонны CO₂ на тонну TiO₂ (поскольку 1,5 моль CO₂ соответствует одному молю TiO₂).

3.7.2.1 Выбор метода

В целом метод расчета выбросов CO₂ от производства диоксида титана одинаков, независимо от типа TiO₂, поскольку выбросы зависят от количества восстановителя или карботермического сырья. Согласно эффективной практике выбор метода зависит от наличия региональных данных для оценки выбросов от производства диоксида титана. Выбросы CO₂ от промышленного процесса производства TiO₂ происходят в первую очередь в результате окисления углерода при производстве титанового шлака, в результате окисления угля при производстве синтетического рутила по способу Бечера и в результате окисления нефтяного кокса при производстве рутилового TiO₂ по хлоридному способу.

Метод уровня 1

В методе уровня 1 используют коэффициенты выбросов по умолчанию МГЭИК, умноженные на данные об объемах производства диоксида титана в регионе. Основное уравнение для расчета выбросов CO₂ (Уравнение 3.10) (Межправительственная, 2006):

Уравнение 3.10

Выбросы CO₂ от производства титанового шлака,

синтетического рутила и рутилового TiO₂ - уровень 1

где:

= региональные выбросы CO₂, тонны;

AD_i = объемы регионального производства титанового шлака, синтетического рутила или рутилового TiO₂ (продукт i), тонны;

EF_I = коэффициент выбросов CO₂ на единицу продукции титанового шлака, синтетического рутила или рутилового TiO₂ (продукт i), тонны CO₂/тонну продукта.

Метод уровня 2

В Руководящих принципах МГЭИК содержатся более точные методы оценки выбросов от производства диоксида титана, однако их применение требует детальных данных на уровне предприятий (Межправительственная, 2006). Учитывая то, что хлоридный тип производства, приводящий к выбросам, в настоящий момент не является доминирующим в России, следует ожидать, что суммарные выбросы от данной категории будут не столь значительными. Поэтому в рамках Методических рекомендаций применение уровня 1 предполагается достаточным.

3.7.2.2 Выбор коэффициентов выбросов

Метод уровня 1

Если информация на уровне региона недоступна или ограничена, то согласно эффективной практике используют коэффициенты, рекомендованные МГЭИК. Эти коэффициенты основаны на международной практике и их значения, согласно экспертной оценке МГЭИК, соответствуют среднемировым. Коэффициенты основаны на оценках количества восстановителя или карботермического сырья на единицу продукции, предполагая полную конверсию углерода в CO₂, что является консервативным подходом и ведет к некоторому завышению оценок выбросов. Коэффициенты МГЭИК для синтетического рутила и рутилового TiO₂ представлены в таблице 3.8. Коэффициент для титанового шлака не определен (Межправительственная, 2006).

Таблица 3.8

КОЭФФИЦИЕНТЫ МГЭИК ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДИОКСИДА ТИТАНА

(ТОННЫ CO₂ НА ТОННУ ПРОДУКТА)

3.7.2.3 Выбор данных о деятельности

Метод уровня 1

По правилам эффективной практики при использовании метода уровня 1 важно провести четкое разграничение между продуктами, чтобы использовать при расчете соответствующие конкретным продуктам коэффициенты выбросов. Для метода уровня 1 требуются данные о региональном производстве титанового шлака, синтетического рутила и рутилового TiO_2. Данные о производстве диоксида титана в Российской Федерации органами Росстата не учитываются. Поэтому единственным источником данных могут быть промышленные компании и предприятия, выпускающие диоксид титана.

Если нет данных на уровне субъекта РФ, то можно использовать информацию о производственной мощности, при этом выбросы рассчитывают с использованием коэффициентов выбросов МГЭИК. В эффективной практике суммарную производственную мощность региона умножают на коэффициент использования мощностей 80% +/- 10% (т.е от 70 до 90%).

3.7.2.4 Полнота

Для полного учета производства диоксида титана необходимы данные обо всех выбросах от всех источников, включая титановый шлак, синтетический рутил и рутиловый TiO₂. Выбросы CO₂ являются основными выбросами этого промышленного процесса.