Оценка эффективности методов очистки газового потока от сернистого ангидрида

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Факультет Экономики и менеджмента Кафедра «Национальная экономика»

Курсовая работа по дисциплине

Экономика природопользования На тему:

Оценка эффективности методов очистки газового потока от сернистого ангидрида Выполнила: Глущенко И.А.

№ зачетной книжки 8 070 505

Группа 30 710/1

Проверила: Некрасова Т.П.

Санкт-Петербург 2010

• Содержание
• Введение
• 1. Сернистый ангидрид как один из опаснейших видов загрязняющих веществ
• 2. Методы очистки газового потока от сернистого ангидрида, их преимущества и недостатки

2.1 Абсорбционный метод

2.2 Адсорбционный метод

• 2.3 Каталитический метод

2.4 Аммиачный метод

2.5 Биохимический метод

2.6 Метод орошения известковым молоком

• 3. Расчет показателей оценки методов очистки газового потока от сернистого ангидрида по абсорбционному методу
• 4. Графики зависимости показателей оценки от различных параметров
• Заключение
• Список литературы

По всему миру существует огромное количество заводов, комбинатов, промышленных комплексов. Человек всегда стремился создавать. Создавать больше, лучше, прибыльнее. И вместе с тем не заметил, как создал себе глобальную проблему — экологическую.

В настоящее время, в результате производственной и хозяйственной деятельности человека в атмосферу выбрасывается громадное количество кислых газов, в основном сернистых соединений, поступающих в атмосферу в результате сжигания твердого, жидкого и газообразного серосодержащего топлива в котельных, электростанциях и промышленных печах, относительно быстро осаждающегося на землю, преимущественно в виде «кислых дождей».

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и сточные воды агломератами токсичны для человека и вызывают не только загрязнение окружающей среды, но и разрушение строительных конструкций и сооружений, а также активную коррозию технологического оборудования. Поэтому на сегодняшний день остро стоит проблема отчистки. В частности от такого опасного вещества как сернистый ангидрид SO_2.

Цель этой курсовой работы рассмотреть наиболее эффективные методы очистки газовых потоков от сернистого ангидрида с точки зрения экологии и экономики.

1. Сернистый ангидрид как один из опаснейших видов загрязняющих веществ

Сернистый ангидрид — наиболее распространенное соединение серы. Среди газообразных и жидких загрязняющих веществ, которые выбрасываются в атмосферу, сернистый ангидрид SO₂ составляет более 10%. Это токсичное вещество, которое оказывает отрицательное воздействие на здоровье людей и окружающую среду. Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное. Сернистый ангидрид выбрасывается в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке цветных металлов и производстве серной кислоты. 3] Наибольшее количество сернистого ангидрида SO₂ выбрасывается тепловыми электростанциями, работающими на многосернистом топливе. На металлургических предприятиях более 80% сернистых соединений выбрасываются в атмосферу вместе с отходящими газами агломерационных фабрик. Большое количество сернистого ангидрида выбрасывается при переработке сернистых руд. В области химической промышленности основные источники ядовитых выбросов — предприятия, производящие серу, серную кислоту и перерабатывающие эти продукты. Сернистый газ вреден для человека. Он раздражает верхние дыхательные пути, так как легко растворяется в слизи гортани и трахеи. Постоянное воздействие сернистого газа может вызвать заболевание дыхательной системы, напоминающее бронхит. Сам по себе этот газ не наносит существенного ущерба здоровью населения, но в атмосфере реагирует с водяным паром с образованием вторичного загрязнителя — серной кислоты (Н₂SО₄). Капли кислоты переносятся на значительные расстояния и, попадая в легкие, сильно их разрушают. Наиболее опасная форма загрязнения воздуха наблюдается при реакции сернистого ангидрида с взвешенными частицами, сопровождающейся образованием солей серной кислоты, которые при дыхании проникают в легкие и там оседают. [1]

2. Методы очистки газового потока от сернистого ангидрида, их преимущества и недостатки

Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. Он выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. [7]

Поэтому существует множество способов очистки газовых потоков от сернистого ангидрида. Вот одни из них:

2.1 Абсорбционный метод

Суть: Очистка газовых выбросов путем разделения газовой смеси на составные части за счет поглощения одной или нескольких вредных примесей (абсорбатов), содержащихся в этой смеси, жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

Растворимость в воде сернистого ангидрида превышает сотых долей грамма на 1 кг воды, поэтому при обработке газовых примесей, содержащих этот вредный газ, требуются большие количества воды.

Контакт очищаемых газов с абсорбентом осуществляется пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением поглощающей жидкости, либо барботажем через ее слой.

Применение: Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).

Преимущества: Достоинство метода абсорбции заключается в непрерывности ведения технологического процесса и экономичности очистки больших количеств газовых выбросов.

Недостатки: Недостаток — громоздкость оборудования и необходимость создания систем жидкостного орошения. В процессе очистки газы подвергаются охлаждению, что снижает эффективность их рассеяния при отводе в атмосферу. В процессе работы абсорбционных аппаратов образуется большое количество отходов, состоящих из смеси пыли, поглощающей жидкости и вредных примесей, которые подлежат транспортировке и утилизации, что усложняет и удорожает процесс очистки. 4]

Кроме того, на практике с отходящими газами выбрасываются в основном N0 и NO2 одновременно. Основная сложность абсорбционной очистки связана с низкой химической активностью и растворимостью оксида азота. [9]

2.2 Адсорбционный метод

Суть: При адсорбционных методах газы поглощаются твердыми пористыми веществами. Поглощаемые молекулы газа удерживаются на поверхности твердых тел за счет физической адсорбции (силы Ван-дер-Ваальса) либо химическими силами.

Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляются из адсорбентов десорбцией инертным газом или паром. В некоторых случаях проводят термическую регенерацию.

Адсорбционную очистку газов проводят в аппаратах адсорберах периодического и непрерывного действия. Наиболее часто этот метод применяют при регенерации органических растворителей.

Самый распространенный адсорбент — активированный уголь.

Так, например, при адсорбции газов, содержащих SO2, применяют как активированные угли, так и полукоксы, активированный силикогель, карбонат кальция, активированный MnO2. [5]

Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. При концентрациях примесей в газах более 2−5 мг/мі, очистка оказывается даже рентабельной. 8]

Преимущества: Достоинствами этого процесса являются высокая степень очистки, газы не охлаждаются, и отсутствуют жидкости.

Недостатки: Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей. [8]

2.3 Каталитический метод

Суть: Каталитический метод предназначен для превращения вредных примесей, содержащихся в отходящих газах промышленных выбросов, в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды с использованием специальных веществ — катализаторов. Катализаторы изменяют скорость и направление химической реакции, например реакции окисления.

В качестве катализаторов используют благородные металлы или их соединения Катализаторная масса располагается в специальных реакторах в виде насадки из колец, шаров, пластин или проволоки, свитой в спираль, из нихрома, никеля, окиси алюминия с нанесенным на поверхность этих элементов слоем благородных металлов микронной толщины.

Применение: Каталитические методы широко используют для очистки от вредных примесей, содержащихся в газовоздушных выбросах цехов окраски, а также для нейтрализации выхлопных газов автомобилей.

Преимущества: Основным преимуществом каталитических методов является их высокая чувствительность к веществам с молекулярной массой порядка 100 — Cкат, min = 10−17 г/мл = 10−11 мкг/мл. Определить такие количества вещества практически невозможно из-за загрязнения воды, воздуха, реагентов, колебаний фона. Важнейшим преимуществом каталитического метода является не только высокая чувствительность, а сочетание высокой чувствительности с простотой аппаратурного оформления и методики эксперимента. Обычно исследователь может выбрать наиболее доступный и дешевый способ детекции скорости индикаторной реакции.

Каталитические методы дают возможность провести определение за 10 мин и менее. Кроме того, эти методы достаточно точны.

Недостатки: Самым большим недостатком каталитических методов является их относительно невысокая селективность. Часто на каталитическую активность определяемого компонента оказывают влияние вещества, образующие с ним комплексные соединения, меняющие степень его окисления и т. д. Однако в настоящее время химики-аналитики научились повышать селективность каталитических методов, используя различные приемы.

2.4 Аммиачный метод

Суть: Процесс очистки выхлопных газов от SO2 аммиачным методом заключается в промывке газа аммиачной водой. При этом протекает реакция

SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4) + 2SO3;

(NH4)2 SO3 + SO2 + H2O = 2 NH4 + HSO3.

В газовую смесь впрыскивают аммиак, который, взаимодействуя c кислыми веществами, образует соединения аммония. Собранная на электрофильтре твердая фаза направляется на регенерацию аммиака, благодаря чему расход аммиака в процессе невелик.

Преимущества: Так как при взаимодействии сернистого газа с аммиачной водой получаются аммиачные соли, используемые как удобрение в сельском хозяйстве, аммиачный метод очистки газов от SO2 перспективен. Позволяет одновременно с очисткой газов от SO2 получать сульфит и бисульфит аммония, которые используются, как товарные продукты либо разлагаются кислотой с образованием высококонцентрированной SO2 и соответствующей соли.

Недостатки: Аммиачные методы относительно экономичны и эффективны, но недостаток их — безвозвратные потери дефицитного продукта — аммиака.

2.5 Биохимический метод

Суть: Газы фильтруют через твердый слой, содержащий биологически активные вещества — ферменты, либо промывают суспензиями с частицами активного ила.

В качестве фильтрующего слоя используют почву, компост, торф, а также их смеси с активным илом, к которому добавляют питательные вещества.

Преимущества: Этот способ очистки газов с использованием микроорганизмов пока не нашел широкого применения, однако он весьма перспективен.

Недостатки: В настоящее время область промышленного применения метода ограничена только теми компонентами газовых потоков, которые поддаются биохимическому окислению.

2.6 Метод орошения известковым молоком

Суть: При орошении потока продуктов сгорания известковым молоком можно добиться улавливания до 90% сернистого ангидрида, причём стоимость очистки составляет всего около 12% стоимости топлива.

Преимущества: Этот метод добивается улавливания до 90% сернистого ангидрида, причём стоимость очистки составляет всего около 12% стоимости топлива.

Недостатки: При применении известковых суспензий в газоочистной аппаратуре образуются карбонатные отложения, затрудняется работа распылителей и жидкостных трактов системы газоочистки. Для устранения этих недостатков применяют известково-щелочной метод улавливания сернистого ангидрида, при котором оксиды серы улавливают с помощью щелочного раствора, а известь используют для подщелачивания жидкости. Этот метод рекомендуется применять только на технологическом оборудовании, выпускаемом серийно. [6]

очистка газовый поток сернистый ангидрид

3. Расчет показателей оценки методов очистки газового потока от сернистого ангидрида по абсорбционному методу

Рассчитаем показатели коэффициента очистки газового потока, экономичность и эффективность на основе данных, предложенных в Таблице 1 [11]:

Таблица 1

Показатели очистки газов

Построим на основе этих данных свою Таблицу 2

Таблица 2

1 мг/м³ = 1,0 * 10^-9т/ м³

Объем выпуска продукции 1000 м³/год. Показатель, учитывающий характер рассеивания = 1,2. Норматив удельного экономического ущерба = 1,65 руб/усл.т. Процентная ставка банка = 20%. Цех работает 3 года

Коэффициент очистки газового потока от сернистого ангидрида:

КОГ = = = =

0,998 826

Экономичность:

= 1,65 * 1,2 = 1,98 усл. т/т.

е = = руб/руб

Эффективность:

Э = == 0,013 руб/руб

4. Графики зависимости показателей оценки от различных параметров

Рассмотрим зависимость эффективности от ситуации на рынке денег, т. е. от ставки процента при ранее заданных значениях себестоимости, капиталовложений и проч. в Таблице 3

Таблица 3

Чем меньше ставка процента, тем эффективнее очистка.

Рассмотрим зависимость эффективности от себестоимости очистки при ранее заданных значениях ставки процента, капиталовложений и проч. в Таблице 4

Таблица 4

Чем ниже себестоимость очистки, тем выше эффективность.

Рассмотрим зависимость эффективности от капиталовложений при ранее заданных значениях ставки процента, себестоимости и проч. в Таблице 5

Таблица 5

Чем больше мы вкладываем, тем меньше экономическая эффективность производства, большие затраты на очистку не выгодны предприятиям. Однако это не значит, что отсутствие капиталовложений — идеальный вариант. Нарушив экологические нормы, предприятие понесет большие потери. Следовательно, капиталовложения на утилизацию отходов и очистку атмосферы должны быть целесообразными в данных условиях.

Заключение

Итак, мы рассмотрели методы очистки газовых потоков от сернистого ангидрида. Какие-то из них являются эффективными только с экологической точки зрения, например, метод адсорбции, другие — с экономической, метод орошения известковым молоком.

К сожалению, методов без недостатков не существует, как не существует и идеального производства. Однако идеальным вариантом производственного процесса, не загрязняющего окружающую среду, было бы производство с переработкой отходов и потреблением их в качестве вторичного сырья. Имеет место создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса опять же с целью дальнейшей их переработки. И именно поэтому разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем очистки является сейчас основным направлением технического прогресса и становлением перехода к безотходному производству и безотходным технологиям.

1. http://www.bigpi.biysk.ru/encicl/articles/03/1 000 392/1 000 392 °F.htm

2. Статья «Инновационные технологии в сфере улавливания сернистого ангидрида» (zirka-eco.narod.ru/doc/so2.doc)

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Сернистый_ангидрид

4. НГПУ: Учебные материалы: Лекции БЖД: Лекция 15: Экобиозащитная техника. Очистка газов (cit.nnspu.ru/materials/tef/safety/15.pdf)

5. Курс лекций Первовой И. Г. «Основы промышленной экологии» (http://fhtzb.ru/Lib/Lec/pe/pe07.htm)

6. http://edu.dvgups.ru/METDOC/GDTRAN/NTS/TEPLOVOZ/TEH_OB_EX/METOD/KATIN/Kot6.htm

7. http://www.ecology-94.narod.ru/atmosphere.htm

8. http://www.ru.greenplanet.su/trade/adsorption/

9. http://www.bsresurs.ru/voprosy/kratkii-kurs-ekologii/absorbtscionnye-metody-ochistki-gazov-ot-so2-oksidov-azota-h2s-galogenov-i-ih-soedinenii.html

10. А. А. Абросимов «Экология переработки углеводородных систем». М: Химия, 2002.

11. http://www.ngs-envk.com/index.php?loc=9&id=8 (Нефтегаз)