Анализ очищения газового потока

 

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Санкт-Петербургский государственный  политехнический университет»

 

Факультет экономики и  менеджмента

 

 

 

 

 

Кафедра мировая национальная экономика

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

по дисциплине: «Экономика природопользования»

 

на тему: «Анализ очищения газового потока»

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка группы № 33708/2

______________________ Савицкая Н.С. 

Проверила

 _____________________ Некрасова Т.П.

 

 

 

 

 

 

 

Санкт- Петербург

2013

 

Содержание  
 

Введение  
 
1. Загрязняющее вещество  
 
2. Классификация методов очистки сероводорода  
 
3. Преимущества и недостатки методов очистки  
 
4. Расчет показателей оценки абсорбционных методов очистки газового потока

5. Графики зависимости показателей оценки от различных параметров 
 
Заключение

 

Список использованных источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Основными загрязнителями атмосферного воздуха, образующимися как в  процессе хозяйственной деятельности человека, так и в результате природных  процессов, являются диоксид серы SO₂, диоксид углерода CO₂, оксиды азота NO_x, твердые частицы – аэрозоли. Их доля составляет 98 % в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо этих основных загрязнителей, в атмосфере наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ: формальдегид, фенол, бензол, соединения свинца и других тяжелых металлов, аммиак, сероуглерод и др.[1]

Атмосферный воздух — один из важнейших компонентов среды  обитания. Главными источниками загрязнения атмосферы являются тепловые электростанции и теплоцентрали, сжигающие органическое топливо; автотранспорт; черная и цветная металлургия; машиностроение; химическое производство; добыча и переработка минерального сырья; открытые источники (добычи сельскохозяйственного производства, строительства).

В современных условиях в  атмосферу попадает более 400 млн. т  частиц золы, сажи, пыли и разного  рода отходов и строительных материалов. Кроме приведенных выше веществ  в атмосферу выбрасываются и  другие, более токсичные вещества: пары минеральных кислот (серной, хромовой и др.), органические растворители и  т. п. В настоящее время насчитывается  более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу.

Источники выбросов загрязняющих веществ в  атфосферу
Примеси	Основные источники		Средняя концентрация в воздухе  мг/м3
	Ествественные	Ангропогенные
Пыль	Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары	Сжигание топлива в  промышленных и бытовых условиях	в городах 0,04 — 0,4
Диоксид серы	Вулканические извержения, окисление серы и сульфатов, рассеянных в море	Сжигание топлива в  промышленных и бытовых установках	в городах до 1,0
Оксиды азота	Лесные пожары	Промышленность, автотранспорт, теплоэлектростанции	В районах с развитой промышленностью  до 0,2
Оксиды углерода	Лесные пожары, природный  метан	Автотранспорт, испарение  нефтепродуктов	В районах с развитой промышленностью  до 0,3
Летучие углеводороды	Лесные пожары, природный  метан	Автотранспорт, испарение  нефтепродуктов	В районах с развитой промышленностью  до 0,3
Полициклические ароматические  углеводороды	-	Автотранспорт, химические и нефтеперерабатывающие заводы	В районах с развитой промышленностью  до 0,01

Многие отрасли энергетики и  промышленности образуют не только максимальное количество вредных выбросов, но и  создают экологически неблагоприятные  условия для проживания жителей  как крупных, так и среднего размера городов. Выбросы токсичных веществ приводят, как правило, к повышению текущих концентраций веществ над предельно допустимыми концентрациями (ПДК).

ПДК вредных веществ  в атмосферном воздухе населенных мест — это максимальные концентрации, отнесенные к определенному периоду осреднения (30 минут, 24 часа, 1 месяц, 1 год) и не оказывающие при регламентированной вероятности их появления ни прямого, ни косвенного вредного воздействия на организм человека, включая отдаленные последствия для настоящего и последующих поколений, не снижающие работоспособности человека и не ухудшающие его самочувствия. [2]

 

 

1. Загрязняющее вещество

Загрязнение воздуха –  это загрязнение воздуха внутри помещений и во внешней окружающей среде какими-либо химическими, физическими  или биологическими веществами, изменяющими  естественные характеристики атмосферы. Домашние печи, автомобили, промышленные предприятия и лесные пожары являются основными источниками загрязнения  воздуха. В число загрязнителей, вызывающих наибольшую обеспокоенность  общественного здравоохранения, входят твердые частицы, окись углерода, озон, двуокись азота и двуокись серы. Загрязнение атмосферного воздуха  и воздуха внутри помещений приводит к респираторным и другим болезням, которые могут быть летальными. [3]

В основном существуют три  основных  источника  загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем, загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное  производство. Источники загрязнения - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия,  особенно цветной металлургии, которые выбрасывают  в  воздух  оксиды  азота,  сероводород,  хлор, фтор,  аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути  и мышьяка;  химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в  воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ,  работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Атмосферные загрязнители разделяют  на первичные,  поступающие непосредственно  в атмосферу, и  вторичные,  являющиеся  результатом превращения последних.    Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до  серного ангидрида,  который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты.  При  взаимодействии серного ангидрида  с  аммиаком  образуются кристаллы сульфата аммония. Одним из основных первичных загрязнителей является сероводород. [4]

 

Сероводород поступает в  атмосферу  раздельно        или  вместе с другими соединениями серы.  Основными источниками выброса являются предприятия  по  изготовлению  искусственного волокна,  сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы.  В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида. [5]

2. Классификация методов очистки сероводорода

Методы очистки атмосферы  определяются природой загрязнителей. Ряд современных технологических  процессов связан с измельчением веществ. При этом часть материалов переходит в пыль, которая вредна для здоровья и наносит значительный материальный ущерб вследствие потери ценных продуктов.  
Пыль, осевшая в индустриальных городах, преимущественно содержит 20 % оксида железа, 15 % оксида кремния и 5 % сажи . Промышленная пыль включает также оксиды различных металлов и неметаллов, многие из которых токсичны. Это оксиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, мышьяка, теллура. Пыль и аэрозоли не только затрудняют дыхание, но и приводят к климатическим изменениям, поскольку отражают солнечное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли.

Принципы работы пылеулавливающих аппаратов основаны на использовании  различных механизмов осаждения  частиц: гратационном осаждении, осаждении под действием центробежной силы, диффузионном осаждении, электрическом (ионизационом) осаждении и некоторых других. По способу улавливай пыли аппараты бывают сухой, мокрой и электрической основной критерий выбора типа оборудования физикохимические свойства пыли, степень очистки, параметры газового потока (скорость поступления). Для газов, содержащих горючие и ядовятые примеси, лучше использовать аппараты мокрой очистки.

Основным направлением защиты атмосферы от загрязнений является создание малоотходных технологий с  замкнутыми циклами производства и  комплексным использованием сырья. Но это в идеале, в настоящее  время очистка газов от загрязнений  является пока единственным эффективным  методом обезвреживания атмосферы. Существующие методы очистки можно  разделить на две группы: 1)некаталитические (абсорбционные и адсорбционные)

2)каталитические.

Рассмотрю ряд методов  химической очистки от наиболее распространенных загрязнителей.

 

А)Очистка газов от диоксида углерода (СО2).

1. Абсорбция водой. Способ  прост и дешев, однако эффективность  очистки мала, так как максимальная  поглотительная способность воды  — 8 кг СО2 на 100 кг воды.  
2. Поглощение растворами этаноламинов. В качестве поглотителя обычно применяют моноэтаноламин, хотя триэтаноламин обладает большей реакционной способностью.  
3. Холодный метанол является хорошим поглотителем СО2 при 35 °с.  
4. Очистка цеолитами типа СаА. Молекулы СО2 очень малы, поэтому для извлечения СО2 из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности (влаги и СО2) в современных экологически изолированных системах (космические корабли,подводные лодки и т. д.) используются молекулярные сита.

б)Очистка газов от оксида углерода (СО)

• Дожигание на Pt/Pd-катализаторе.
• Конверсия (адсорбционный метод).
• Каталитический дожиг

в)Очистка газов от диоксида серы (SO2)

 
1. Аммиачные методы очистки. Они  основаны на взаимодействии SO2 с водным раствором сульфита аммония. Образовавшийся бисульфит легко разлагается кислотой.  
2. Метод нейтрализации SO2. Он основан на поглощении Wi раствором соды или извести.  
3. Каталитические методы. Основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности катализаторов:

• пиролюзитный метод — окисление SO2 кислородом в жидкой фазе в присутствии катализатора — пиролюзита (МnО2); метод может использоваться для получения серной кислоты.
• озонокаталитический метод — разновидность пиролюзитного метода и отличается от него тем, что окисление Мn2+ в Мn3+осуществляют в озоновоздушной смеси.

Эффективность очистки зависит  от множества факторов:

• парциальных давлений SO2 и O2 в очищаемой газовой смеси;
• температуры отходящих газов;
• наличия и свойств твердых и газообразных компонентов;
• объема очищаемых газов; наличия и доступности компонентов;

требуемой степени очистки  газа и др. [6]

 

 

3. Преимущества  и недостатки методов очистки

Для очистки отходящих  газов от диоксида серы применяют:

- абсорбцию водой;

- нерекуперационные методы;

- рекуперационные методы очистки с регенерацией хемосорбентов (магнезитовый, цинковый, аммиачный, абсорбция расплавленными солями).

Абсорбция водой

Абсорбция водой  диоксида серы сопровождается реакцией

SO2 + Н2O → H+ + HSO3-

Растворимость SO2 в  воде мала. В связи с низкой растворимостью диоксида серы в воде для очистки  требуется большой ее расход и  абсорберы с большими объемами. Удаление SO2 из раствора ведут при нагревании его до 100 °С. Таким образом, проведение процесса связано с большими энергозатратами. [7]

Существует оборудование для очистки выбросов:

·         устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи);  

 

Устройства для  очистки технологических выбросов в атмосферу от аэрозолей

Сухие пылеуловители (циклоны)

Сухие пылеуловители предназначены  для грубой механической очистки  от крупной и тяжелой пыли. Принцип  работы – оседание частиц под действием  центробежной силы и силы тяжести. Широкое распространение получили циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные.  

 

На схеме (рис. 16) изображена упрощенная конструкция одиночного циклона. Пылегазовый  поток вводится в циклон через  входной патрубок 2, закручивается  и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса 1. Частицы  пыли отбрасываются под действием  центробежных сил к стенке корпуса, а затем под действие силы тяжести  собираются в пылевой бункер 4, откуда периодически удаляются. Газ, освободившись  от пыли, разворачивается на 180º и  выходит из циклона через трубу 3. 

 

 

  

 

Мокрые пылеуловители (скрубберы)     

  Мокрые пылеуловители характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли размером до 2 мкм. Работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции или броуновского движения.

Запыленный газовый поток  по патрубку 1 направляется на зеркало  жидкости 2, на котором осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Затем газ  поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой через форсунки, где происходит очистка от мелких частиц пыли.