Конверсия биогаза на содержащих катализаторах

David Olsson в своей работе тестировал процесс паровой конверсии на разных типах реакторов. Исследование показало, что метод мембранного риформинга дал наилучшие результаты по сравнению с реакторами подвижного и неподвижного слоя катализатора.

Jian Zhao, Wei Zhou, Jianxin Ma исследовали Ni-Co катализатор нанесенный на Al2O3 для процесса риформингов биогаза при температуре 8500С и давлении 0,1МПа, и соотношения H2:CО составила 0,98.

Таким образом, краткий обзор литературы показывает, что в настоящее время интенсифицировались работы в области паровой конверсии биогаза.

Биогаз универсальное сырьё с высоким потенциалом, материал для процессов риформинга, который может быть использован в качестве альтернативного источника СН4. Производство H2 из возобновляемых источников, таких как биогаз, помогает в значительной степени снизить выбросы парниковых газов. В данном контексте - интеграция процессов риформинга биогаза и активация топливного элемента, использующий H2 представляют собой важный путь для генерации чистой энергии, с добавлением высокой энергетической эффективностью.

Основные усилия направлены на создание катализаторов, эффективных в данном процессе, в первую очередь, обладающих высокой устойчивостью к коксообразованию.

2. Экспериментальная часть

2.1 Лабораторная посуда и материалы

- Пипетка градуированная;

- Мерные колбы и стаканы на 25, 50, 100, 250, 500, 1000 мл;

- Бумага фильтровальная;

- Весы лабораторные общего назначения;

- Карандаш/маркеры по стеклу;

- Мерный цилиндр на 10/15 мл;

- Диаграммная бумага для хроматографии;

- Гелевые ручки и стержни для самописцев хроматографов;

- Шланги резиновые и силиконовые;

- Шприцы для анализа газов на 1, 2, 5 мл;

- Фарфоровая чашка на 100 мл;

- Микрошприц на 10 мкл.

2.2 Реактивы

- Водород газообразный (Н2 в баллоне);

- Воздух, подаваемый компрессором;

- Аргон газообразный (Ar в баллоне);

- Вода дистиллированная;

- Катализатор массой 20 г;

- Лед;

- Соль NaCl;

- Вода проточная;

- Рабочая смесь газов (CH4:CO2:Ar=1:1:7);

2.3 Приборы и оборудование

- Кварцевая проточная установка, включая: ЛАТР - Линейный Автоматический Трансформатор, позволяющий изменять входное напряжение для регулирования нагрева нагрузки (печь), печь для нагрева реактора, элемер с термопарой, для автоматического контроля температуры, ловушка для жидких продуктов, краны-дозаторы;

- Хроматографы: "ЛХМ-80" (для анализа углеводородов) с пламенно-ионизационным детектором и со стальной колонкой, заполненной модифицированной окисью алюминия ( 0,2-0,5 мм), газ-носитель - аргон; "Газохром-3101" (для анализа Н2, СО, СН4) с детектором по теплопроводности и автоматическим цифровым интегратором И-02, газы-носители: аргон и воздух; "Газохром-3101" (для анализа СО2) с детектором по теплопроводности, газы-носители: аргон и воздух, "Chrom-5" - для анализа жидких кислородсодержащих продуктов реакции;

- Компрессор воздуха;

- Генератор водорода.

-Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

2.4 Лабораторная проточная установка атмосферного давления

Углекислотная и пароуглекислотная конверсия метана при атмосферном давлении проводилась в лабораторной кварцевой установке проточного типа, представленной на рисунке 4. Скорость потока поступающих газов регулируется вентилями тонкой регулировки /10-12/ и контролируется с помощью ротаметра /2/. Реактор /3/ представляет собой кварцевую трубку, снабженную спиралью электрообогрева, подключенной к специальному устройству линейного температурно-программированного нагрева. Температура в реакторе контролируется термопарой хромель-алюмель /6/, находящейся в специальном "кармане" /1/ внутри реактора. На фильтр /7/, расположенный в нижней внутренней части реактора и изготовленный плавлением мелкой кварцевой крошки, что позволяет свободное прохождение газовых потоков, послойно помещают битый кварц, смесь равных объемов катализатора и кварца и сверху битый кварц. Диаметр зерен частиц катализатора и кварца - 3-5 мм.

Установка соединена с газовыми хроматографами для анализа исходных и конечных газообразных продуктов реакции в режиме on-line.

2.5 Методика проведения процесса углекислотной и пароуглекислотной переработки метана в проточной установке

Перед каждым опытом катализатор продувается аргоном при комнатной температуре в течение 15 минут. Далее применяли следующие методы активации катализаторов: прокаливание или восстановление. Прокаливание катализаторов проводится в потоке воздуха (Vо=1000 ч-1) при 500оС в течение 1 часа. Восстановление катализаторов проводится в потоке водорода (Vо=1000 ч-1) при 500оС в течение 1 часа. После прокаливания или восстановления катализатор продувается вновь инертным газом (Vо= 1000 ч1) в течение 10-15 мин для удаления остатков воздуха или водорода. В углекислотном риформинге в качестве исходного сырья используют смесь газов метан/диоксид углерода СН4/СО2, приготовленного заранее путем перекачки из баллонов, содержащих индивидуальные газы метан и диоксид углерода.

Подготовленная смесь газов подается из баллона (1) с определенной скоростью, которая регулируется вентилями тонкой регулировки (10-12) и контролируется с помощью ротаметра (2) (рисунок 4). Газы поступают в реактор (3) заполненный катализатором, и проходят с заданной скоростью при определенной температуре через слой катализатора (7). Жидкие продукты реакции собираются в сепараторе (8), охлаждаемого водяным холодильником (9), а газовые продукты реакции проходят через краны-пробоотборники (13) на хроматографический анализ, проходящий в режиме "on-line". На выходе из системы установлены газовые часы (21), с помощью которых определяется объем газов после реакции.

2.6 Методы анализа продуктов реакции и исходного сырья

Качественный и количественный анализы состава исходного сырья и продуктов реакции проводили хроматографическим методом в режиме on-line.

Содержание водорода, оксидов углерода, метана в исходной газовой смеси в течение процессов риформинга контролировали на хроматографе "Газохром-3101" (детектор по теплопроводности, газы-носители: аргон и воздух) с автоматическим цифровым интегратором И-02. Хроматографические колонки из фторопласта 4Д 2,5х0,005м заполнены молекулярными ситами СаХ (диаметром 0,25-0,5 мм) и активированным углем марки АГ-3 ( 0,5-0,8 мм). Детектор и колонки работали при комнатной температуре. На этих колонках также проводили анализ образующихся продуктов СО, Н2 и инертных газов. Пределы обнаружения веществ на "Газохроме" составляют (об. %):

- водород - 5х10-4;

- оксид углерод - 1х10-3;

- метан - 1х10-3;

- диоксид углерод - 1х10-1;

- инертные газы- 1х10-1;

Газообразные углеводороды анализировали на хроматографе "ЛХМ-80" с пламенно-ионизационным детектором и со стальной колонкой, заполненной модифицированной окисью алюминия ( 0,2-0,5 мм), позволяющей разделять парафины, олефины и их изомеры. В качестве газа-носителя использован аргон. Температура термостата для анализа задается с помощью устройства линейно-программированного нагрева от 50 до 300^оС со скоростью 8-12^оС/мин. К хроматографу подключен цифровой интегратор И-02, позволяющий рассчитывать площади пиков на хроматограмме в ручном и автоматическом режимах. Пределы обнаружения составляют максимально для углеводородов - 1х10-3 об.%

Расчеты количественного состава смеси продуктов реакции осуществлялись с помощью аналогового цифрового преобразователя(АЦП) работающая при специальном компьютерном приложении NetChrom.

Программа NetСhrom предоставляет пользователю весь базовый набор операций по автоматизации хроматографического процесса. Некоторые из них реализованы более удачно, чем в других аналогичных программах. Основными достоинствами программы являются:

- автоматическое выявление и разметка до 2000 хроматографических пиков с возможностью ручной настройки алгоритма детектирования пиков, возможность выявления пиков на хроматограмме при помощи процедуры "события интегрирования";

- удобная процедура ручного редактирования расположения характерных точек пиков на хроматограмме;

- идентификация до 1000 анализируемых соединений (компонентов) и до 200 групп соединений по заранее созданным пользователем в процессе градуировок моделям, с использованием абсолютного и относительного времени удерживания, соотношения сигналов одновременно работающих детекторов, индексов удерживания (Ковача), температуры кипения компонентов;

- расчет концентрации и количества вещества различными методами непосредственно в программе;

- многоточечная градуировка (до 100 точек), построение градуировочной характеристики компонентов с использованием как линейных, так и нелинейных (до кривой третьего порядка) характеристик, возможность объединения нескольких характеристик, расчет отклонения точек от построенной характеристики;

- запись на винчестер компьютера хроматограмм почти неограниченной длительности, результатов расчета и условий проведения анализа;

- возможность визуального сравнения нескольких хроматограмм на одном графике, в т.ч. в трехмерном виде;

- полностью автоматизированное управление режимами работы хроматографа;

- функция "plug-n-play", т.е. автоматическое распознавание хроматографа, подключенного к компьютеру, при загрузке операционной системы компьютера;

- запись и графическое представление основных параметров диагностической информации, в т.ч. в процессе анализа;

- отображение на экране компьютера информации о результатах различных этапов обработки выходных сигналов детекторов, в т.ч., параметров созданных методов и компонентов, параметров диагностического контроля, результатов статистической обработки и т.д.;

- расчеты различных физических свойств анализируемых соединений;

- редактирование записанных хроматограмм, переобработка, переидентификация и вывод на принтер;

- регистрация изменений, произведенных пользователем в хроматограмме;

- запись неисправностей, возникших при проведении анализа в электронный журнал, автоматическая сигнализация о необходимости проведения регламентных работ;

- проведение операций над хроматограммами (сложение, вычитание, сравнение, фильтрация), расчет площади зашкаленных пиков, флуктуационных шумов и дрейфа нулевого сигнала, предела детектирования, среднего квадратического отклонения, параметров расхода потока через капиллярные колонки;

- диагностика неисправностей хроматографа не только по значению параметров режима, но и по форме хроматографического сигнала;

- интуитивно понятный интерфейс пользователя и наличие контекстно-зависимой справочной системы;

- экспорт данных в различные форматы: Word, Excel, и др.

- возможность повысить производительность хроматографа, путем независимой обработки сигналов от каждого из двух каналов разделения при одинаковых температурных параметрах разделения ("два хроматографа в одном");

- возможность обработки сигнала неавтоматизированного хроматографа с помощью незадействованного канала обработки (усилитель и АЦП) хроматографа;

- возможность сбора данных и управление в реальном времени одновременно от одного до восьми хроматографов на одном компьютере;

- ведение журнала состояния хроматографа на различных этапах работы.

2.7 Методы проведения расчетов и обработки результатов

Основными параметрами, характеризующими процессы каталитического риформинга метана диоксидом углерода, являются активность, селективность и выходы продуктов.

За активность катализатора (А) принимали количество исходного газа (метан, диоксид углерода) (,), переработанного одним граммом катализатора в час:

A= Vвещества/гкатчас

Характеристикой активности катализатора служила степень конверсии или превращения исходного сырья (метан и диоксид углерода). Степень конверсии исходного сырья, это количество превращенного вещества, выраженное в процентах или долях единицы. Степень конверсии характеризует степень превращения сырья в целевые и побочные продукты.

Конверсию метана (XCH4) определяли по формуле:

= (1-,

где [CН4]H - концентрация СН4 в исходном сырье или на входе в реактор, об.% или микромоль; [CН4]К - концентрация СН4 в конечном продукте или на выходе из реактора, об.% или микромоль; g- коэффициент, учитывающий изменение объема в ходе реакции, определяемый по формуле:

g =,

где: [Ar]н - концентрация аргона, служащего внутренним стандартом, в исходном сырье или на входе в реактор, об.%, микромоль; [Ar]к - концентрация аргона в конечном сырье или на выходе из реактора, об.%, микромоль.

Конверсию диоксида углерода (XCO2) рассчитывали по формуле:

=(1-,

где [CO2]H - концентрация СО2 в исходном сырье или на входе в реактор, об.% или микромоль; [CO2]К - концентрация СО2 в конечном продукте или на выходе из реактора, об.% или микромоль; g- коэффициент, учитывающий изменение объема в ходе реакции, определяемый по формуле.

Селективность процесса характеризует степень полезного использования сырья. За селективность по определенным продуктам принимают долю (или процент) превращенного метана (диоксида углерода), израсходованного на образование данного продукта.

Селективность по водороду для процессов риформинга рассчитывали по формуле:

,

где: - количество водорода, моль, л; г; - количество метана, ушедшего на реакцию, моль, л, г.

Селективность по СО (), образующегося из СО2 для процессов риформинга находят по формуле:

= 100%,

где - количество СО, моль, л, г; - количество диоксида углерода, ушедшего на реакцию, моль, л, г.

Содержание кислородсодержащих соединений в катализате определялось хроматографическим методом по калибровочным кривым. Расчеты велись методом абсолютной градуировки. Выход кислородсодержащих продуктов определялся с учетом общей массы/объема образовавшегося катализата за единицу времени из единицы исходного продукта.

Выходы Н2 и СО рассчитываются с помощью следующих формул:

, мкмоль/г кат*с,

, мкмоль/г кат*с,

где - объемы Н2 и СО, мл; - объемная скорость подачи сырья, ч-1; - содержание метана и диоксида углерода в исходной газовой смеси; mкат - масса катализатора (г), Vпр - объем вводимой пробы для газохроматографических анализов (мл); 22,4*103- объем 1 моля газа (мл).

3. Обсуждение результатов

3.1 Углекислотная и паро-углекислотная конверсия метана на Со-содержащих катализаторах

По активности и стабильности Co-катализаторы схожи с никелевыми системами. В настоящей работе паровую конверсию биогаза изучали на новом 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 катализаторе.

Для опытов была приготовлена экспериментальная смесь с соотношениемСН4:СО2:Ar составляющими 1:1:7. Затем с целью увеличения выхода оксида углерода для подходящего соотношения полученного синтез-газа в исходную смесь добавили СО с дальнейшим соотношением СН4:СО2: Ar: СО=1:1:7:0,01.Эксперименты осуществлялись в лабораторной кварцевой установке проточного типа, представленной рисунке А.1 (Приложение А), при атмосферном давлении, варьировании объемной скорости в пределах 900-1000 ч-1 и температуры процесса от 300-750оС. В данной работе были изучены влияние температуры, паров воды, объемной скорости и влияния изменения исходного состава смеси на выход продуктов.

3.1.1 Углекислотная конверсия метана на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3катализаторе

Риформинг метана на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 катализаторе проводился при варьировании температуры от 485 до 7430С. Данные по влиянию температуры на степени конверсии метана и диоксида углерода приведены в таблице 2. С повышением температуры степени конверсии метана и диоксида углерода возрастают. Таким образом, степень конверсии метана растет от 8,35 до 100% с увеличением температуры от 485 до 743⁰С, а степень конверсии диоксида метана повышается от 31,71 до 100% в том же температурном интервале. Максимальная степень конверсии диоксида углерода достигается при 7430С и составляет 96,42%, то есть также наблюдается полная конверсия метана.

Влияние температуры на степени конверсии метана и диоксида углерода графически представлены на рисунке 13. Из рисунка видно, что степень конверсии метана резко возрастает от 31,715 до 100% с повышением температуры от 485 до 743⁰С.

Таблица 2 Активность 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 катализатора в пароуглекислотной конверсии метана

Температура процесса, 0С	Степень конверсии, %	Отношение Н2/СО
	СО2	CН4
485	8,35	31,71	1,34
500	13,17	40,66	1,33
529	24,64	48,48	1,26
545	32,85	56,97	1,23
555	35,15	61,86	1,17
615	64,46	85,39	1,19
632	70,22	89,61	1,25
653	78,84	94,39	1,20
664	80,59	95,61	1,21
678	85,51	98,66	1,19
693	88,25	99,17	1,21
725	96,05	100,00	1,23
743	96,42	100,00	1,26

Во всем изученном интервале температур продуктом углекислотного риформинга метана на 5% Co-М1(9:1) - 5%М2/Al2O3 катализаторе является синтез-газ, выход которого составляет 90-100% в зависимости от температуры. Соотношение H2/CO в синтез-газе, полученном при температуре 7430С, составляет 1,23 (таблица 3). При этом степени конверсии метана и диоксида углерода составляют ~100%.

Во всем изученном интервале температур на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 в углекислотной конверсии метана образуется синтез-газ. В интервале температур 457-500оС выходы водорода и монооксида углерода меньше 0,86 и 0,65 мкмоль/г кат*с соответственно, значительный выход Н2 и СО наблюдается при температуре процесса выше 675оС. На рисунке 6 показано влияние температуры на выходы Н2 и СО в интервале температур 615-725^оС. С повышением температуры выходы Н2 и СО увеличиваются. При варьировании температуры процесса от 615 до 725^оС выход водорода увеличивается от 2,29 до 3,09 мкмоль/г кат*с. В то время как, выход монооксида углерода возрастает от 1,83 до 2,46 мкмоль/г кат*с в интервале температур 615-725^оС. Необходимо отметить, что выход водорода выше монооксида углерода во всем изученном интервале температур (рисунок 14).

Рисунок 13 Влияние температуры на степени конверсии СН4 и СО2 при углекислотной переработке метана на 5% Co-М1(9:1) - 5%М2/Al2O3 катализаторе

Рисунок 14 Влияние температуры на выходы Н2 и СО в углекислотном риформинге метана на % Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 катализаторе при СН4:СО2=1:1, Р=0,1 МПа, Vо=1000 ч -1

Помимо синтез-газа при высоких температурах, 800-900оС, образуются жидкая фракция кислых соединении, в основном уксусная кислота.

3.1.2 Пароуглекислотная конверсия метана на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 катализаторе

С целью комбинирования процессов углекислотной и паровой конверсии метана была проведена углекислотная и пароуглеислотная конверсия метана с добавлением СО в исходную смесь на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 катализаторе. Процесс проводился в проточной лабораторной кварцевой установке при введении в состав исходной смеси 10-30 об.% паров воды и 5% оксида углерода при варьировании объемной скорости и температуры.

3.1.2.1 Пароуглекислотная конверсия метана на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 катализаторе

Пароуглекислотный риформинг метана проводили на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 катализаторе при варьировании температуры от 467 до 715⁰С и атмосферном давлении. Данные по влиянию температуры на степени конверсии метана и диоксида углерода приведены в таблице 3. Степень конверсии метана растет от 5,5 до 100% с повышением температуры от 467 до 715⁰С. При температуре 7150С достигается максимальная степень конверсии метана 100%, то есть происходит полная конверсия метана. Степень конверсии диоксида углерода растет от 30,56 до 100% в том же интервале температур. Степень конверсии метана при температуре 615⁰С уже составляет 100%.

Таблица 3 Пароуглекислотная конверсия метана на 5% Co-М1(9:1) - 5%М2/Al2O3катализаторе

Температура процесса, °С	Степень конверсии, %	Отношение Н2/СО
	СО2	CН4
467	5,502446	30,56009	5,248678
487	12,38239	38,92179	3,525844
519	19,95484	48,3701	3,021848
541	34,94166	60,65616
563	45,45728	69,56116	2,329418
594	55,69439	83,18565	2,412597
612	73,1577	88,82153	2,087592
631	78,8408	95,01236	1,930031
643	83,29695	97,53066	1,762169
651	86,21754	99,05097	1,670595
660	91,05006	100	1,633545
670	92,70606	100	1,587939
681	96,52992	100	1,59519
692	98,10312	100	1,56104
696	98,68272	100	1,533772
704	98,94618	100	1,518701
712	100	100	1,532099
715	100	100	1,521283

Изменение степени конверсии метана и диоксида углерода с повышением температуры в процессе паро-углекислотной конверсии метана графически показано на рисунке 15. С повышением температуры степени конверсии метана и диоксида углерода изменяются с довольно близкими отклонениями.

При паро-углекислотной конверсии метана на кобальтовом катализаторе продуктом реакции является синтез-газ. При полном превращении метана при температуре процесса 7000С образующийся синтез-газ имеет состав H2/CO=1,49

Во всем изученном интервале температур на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 в пароуглекислотной конверсии метана образуется синтез-газ. В интервале температур 353-487^оС выходы водорода и монооксида углерода меньше 0,99 и 0,19 мкмоль/г кат*с соответственно, значительный выход Н2 и СО наблюдается при температуре процесса выше 660оС. На рисунке 6 показано влияние температуры на выходы Н2 и СО в интервале температур 631-715^оС. С повышением температуры выходы Н2 и СО увеличиваются. При варьировании температуры процесса от 631 до 715^оС выход водорода увеличивается от 2,8 до 3,49 мкмоль/г кат*с. В то время как, выход монооксида углерода возрастает от 1,83 до 2,35 мкмоль/г кат*с в интервале температур 631-715^оС. Необходимо отметить, что выход водорода выше монооксида углерода во всем изученном интервале температур (рисунок 16).

В ходе проведения опытов была приготовлена новая смесь состава СН4:СО2:Ar:СО = 1:1:7:0,01, поэтому ниже будет проведен сравнительный анализ паро-углекислотной конверсии на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3.

Рисунок 15 Влияние температуры на степени конверсии СН4 и СО2 при паро-углекислотном риформинге метана на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 катализаторе

Рисунок 16. Влияние температуры на выходы Н2 и СО в углекислотном риформинге метана на % Co-М1(9:1) - 5%М2/Al2O3 катализаторе при СН4:СО2=1:1, Р=0,1 МПа, Vо=1000 ч -1

3.1.2.2 Влияние воды на процессы углекислотного риформинга и бириформинга метана

Сравним процессы риформинга и бириформинга на 5% Co-М1(9:1) - 5% М2/Al2O3 катализаторе. Сравнительные данные по углекислотной и паро-углекислотной конверсии метана на кобальтовом катализаторе приведены в таблице 4.

Полное превращение метана осуществляется как при углекислотном риформинге, так и при паро-углекислотной конверсии метана.

При углекислотной конверсии метана полное превращение метана происходит при 725⁰С, в то время как конверсия диоксида углерода составляет 96,05%. При температуре процесса 725⁰С синтез-газ имеет состав H2/CO=1,26.

Таблица 4 Влияние воды на процесс риформинга метана на 5% Co-М1(9:1) - 5%М2/Al2O3 при Р=0,1МПа, Vоб=1000ч-1, СО2:СН4:Ar=1:1:7; СО2:СН4:Н2О= =1:1:0,14

Катализатор	Процесс	t, 0C	Степень конверсии, %	H2/CO	ДH2/CO	ДХCO2	Дt,0C
			CH4	CO2
5%Co-M1/Al2O3	Сухой риформинг	725	100	96,42	1,26	+0.23	+3,58	-31
	Бириформинг	712	100	100	1,49

При паро-углекислотной конверсии метана степень конверсии диоксида метана ~100% при температуре процесса 7120С, в то время как степень конверсии диоксида углерода составляет 96,42%. При 7120С образуется синтез-газ состава H2/CO=1,49.

На катализаторе наблюдается повышение содержания водорода в синтез-газе. Эти результаты свидетельствуют об одновременном протекании наряду с углекислотной конверсией реакции парового риформинга метана. Несмотря на понижение степени конверсии метана в процессе бириформинга на 31,5%, вода оказывает положительное влияние на катализатор, так как понизилась температура процесса полной конверсии метана на 31⁰С и увеличилось соотношение H2/CO от 1,26 до 1,49, что благоприятно для синтеза Фишера-Тропша.

4. Экономическая часть

4.1 Понятие и факторы, определяющие производственную мощность

Производственная мощность -- это максимально возможный выпуск продукции, предусмотренный на соответствующий период (декаду, месяц, квартал, год) в заданной номенклатуре и ассортименте, с учетом оптимального использования наличного оборудования и производственных площадей, прогрессивной технологии, передовой организации производства и труда.

Экономическое обоснование производственной мощности -- важнейший инструмент планирования промышленного производства. Иными словами, это потенциальная возможность валового выпуска промышленной продукции.

При формировании производственной мощности учитывается влияние таких факторов, как номенклатура, ассортимент, качество продукции, парк основного технологического оборудования, средний возраст оборудования и эффективный годовой фонд времени его работы при установленном режиме, уровень сопряженности парка, размер производственных площадей и т.п.

От производственной мощности зависит степень: удовлетворения рыночного спроса, который может изменяться по объему, номенклатуре и ассортименту, поэтому производственная мощность должна предусматривать гибкость всех технологических операций, т.е. возможность своевременно перестроить производственный процесс в зависимости от роста конкурентоспособности продукции, изменения объема, номенклатуры и ассортимента [97].

Производственная мощность зависит от ряда факторов. Важнейшие из них следующие:

- количество и производительность оборудования;

- качественный состав оборудования, уровень физического и морального износа;

- степень прогрессивности техники и технологии производства;

- качество сырья, материалов, своевременность их поставок;

- уровень специализации предприятия;

- уровень организации производства и труда;

- фонд времени работы оборудования.

Выбытие мощности происходит по следующим причинам:

- износ оборудования;

- уменьшение часов работы оборудования;

- изменение номенклатуры или увеличение трудоемкости продукции;

- окончание срока лизинга оборудования.

Методика расчета производственной мощности предприятия

Расчет производственной мощности завода (предприятия) ведется по всем его подразделениям в следующей последовательности:

- по агрегатам и группам технологического оборудования;

- по производственным участкам;

- по основным цехам и заводу в целом.

Производственная мощность цехов, участков определяется по мощности основного технологического оборудования: агрегатов, установок, групп оборудования и т.д.

Производственная мощность (Мг) цеха, участка, оснащенного однотипным предметноспециализированным оборудованием (ткацкие станки, прядильные машины и т.д.), определяется по формуле

Mr=ПчЧФплЧН,

где Пч -- часовая производительность оборудования; Фпл -- плановый (эффективный) годовой фонд времени работы единицы оборудования; Н -- среднегодовой парк этого вида оборудования.

Производственная мощность (Мг) агрегатов периодического действия (химические агрегаты, автоклавы и т.п.) определяется по формуле

Mr=BмЧ(Фпл/tц.п.)ЧКВГ,

где Вм -- масса сырых материалов; Фпл -- плановый (эффективный) годовой фонд времени работы оборудования; t4M -- продолжительность цикла переработки сырья; КВГ -- коэффициент выхода готовой продукции из сырых материалов.

Производственная мощность (Мг) цехов массового и крупносерийного производства определяется исходя из планового (эффективного) фонда времени и ритма, или такта, работы конвейера:

Mr=Фпл/t,

где Фт -- плановый (эффективный) фонд времени работы конвейера, мин; t -- такт схода готовых изделий с конвейера, мин.

Производственная мощность (Мг) предприятия или цеха при однотипном оборудовании (текстильная фабрика и т.п.) рассчитывается по формуле

Mr=Фпл/TедЧН,

где Ппл -- плановый (эффективный) годовой фонд времени работы оборудования; tед -- затраты времени на единицу продукции (трудоемкость); Н -- среднегодовое количество однотипного оборудования.

Пропускная способность по площадям (Рпл) определяется по формуле

Рпл=ПпЧФпл,

где Пп -- производственная площадь цеха, м2; Фпл -- плановый (эффективный) годовой фонд времени работы цеха, участка, дни.

Соответствие пропускной способности ведущих цехов, участков и остальных звеньев предприятия определяется путем расчета коэффициента сопряженности (Кс) по формуле

Кс=М1/(М2ЧРуд),

где М1, М2 -- мощность цехов, участков, агрегатов, для которых определяется коэффициент сопряженности, в принятых единицах измерения; Руд -- удельный расход продукции первого цеха для производства продукции второго цеха.

Производственная мощность ведущего цеха (Мц) рассчитывается по формуле

Мц=М1а1+М2а2+…+Mnan,

Где М1, М2,..., Мn -- производственная годовая мощность данного вида однотипного оборудования; а1, а2, ..., ап -- количество единиц данного вида оборудования.

В настоящее время, несмотря на поразительные достижения науки и техники, применяемые технологии еще далеки от "безотходных" природных процессов, в которых вещество и энергия лишь переходят из одной формы в другую и каждая из них находит свое место в экологических системах. Энергетика, промышленность, транспорт создают огромное количество выбросов и вещественных отходов. Повсеместно стало ощущаться их губительное воздействие на здоровье людей, растения, животных. Промышленность, транспорт и агропромышленные комплексы стали превращать экономически процветающие густо населенные районы в места опасные для жизни. Бесконтрольный рост производства и потребления ускоряет процесс ухудшения качества среды обитания, ставит под угрозу само существование человечества на Земле [98].

4.2 Цели внедрения биогазовых технологий

Перед строительством индивидуальной биогазовой установки или внедрением биогазовых технологий на государственном уровне необходимо провести экономическую оценку. При оценке экономической выгодности биогазовой программы и индивидуальных установок важно учитывать цели внедрения биогазовых технологий.

Внедрение биогазовых технологий может преследовать следующие цели:

*дешевое производство энергии (индивидуальный и государственный уровень);

*увеличение урожайности сельскохозяйственных культур с помощью применения биоудобрения (индивидуальный и государственный уровень);

* улучшение качества сельскохозяйственной продукции - производство экологически чистых продуктов;

*улучшение социальных условий сельского населения (индивидуальный и государственный уровень);

*сохранение лесопосадок и снижение эрозии почв (в основном государственный уровень);

*снижение бедности сельского населения (в основном государственный уровень);

*экономия за счет снижения импорта энергоносителей и удобрений (государственный уровень);

*снижение безработицы в сельских районах (государственный уровень);

*снижение внутренней миграции из сельской местности (государственный уровень).

4.3 Экономическая оценка биогазовой установки

После определения целей внедрения биогазовой установки можно приступить к экономической оценке ее выгодности. Для этого рассмотрим:

*выгоды для индивидуальных хозяйств;

*стоимость индивидуальной биогазовой установки;

*экономические выгоды от индивидуальной биогазовой установки.

4.4 Выгоды для индивидуальных хозяйств

Индивидуальные хозяйства могут оценить выгоды от строительства биогазовой установки на основании денежного дохода, который они получат от использования продуктов переработки отходов по сравнению с затратами на установку. Следующие эффекты должны переводиться в денежные эквиваленты, и учитываться как выгоды:

*затраты, сэкономленные за счет замены других источников энергии на биогаз;

*затраты, сэкономленные на замене минеральных удобрений биоудобрениями;

*увеличение урожая за счет использования биоудобрений;

*доходы с продаж биоудобрений;

*экономия времени на сбор и подготовку ранее использовавшихся источников энергии.

4.5 Денежные эквиваленты индивидуальных выгод

Экономическая оценка индивидуальных выгод от использования биогазовых установок относительно легка, если хозяйство в прошлом покрывало эти нужды за счет покупки удобрений и топлива. Денежные выгоды больших биогазовых установок и больших хозяйств тоже могут быть достаточно точно подсчитаны. В случае установок малого объема в сельских районах Кыргызстана подсчитать выгоды в денежном эквиваленте сложнее, так как используются в основном традиционные источники энергии и удобрений, такие как дрова, кизяк, навоз и сухие растительные отходы. В таких случаях денежные выгоды подсчитываются за счет экономии на традиционных источниках энергии, а также выручки от продаж биоудобрений и увеличения урожайности. [99]

5. Охрана труда и техника безопасности

5.1 Законодательство по безопасности и охране труда

Охрана труда в широком смысле слова - это система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

Охрана труда как институт трудового права - это совокупность норм, направленных на обеспечение условий труда, безопасных для жизни и здоровья работников. Как правовой институт охрана труда включает в себя нормы, устанавливающие права и обязанности работников и работодателей по вопросам безопасности и гигиены труда, а также конкретизирующие их с помощью правил и инструкций по охране труда; специальные нормы о компенсациях для лиц, работающих в тяжелых, вредных или опасных условиях; нормы об охране труда женщин, несовершеннолетних работников, лиц с пониженной трудоспособностью; нормы, регулирующие организацию работы по охране труда; правила расследования и учета несчастных случаев на производстве.

Охрана труда имеет социальное, экономическое и правовое значения. Социальное значение охраны труда состоит в том, что охрана труда способствует укреплению (сохранению) здоровья работников от вредных и опасных производственных факторов. Экономическое значение охраны труда реализуется в росте производительности труда, подъеме экономики, увеличении производства. Правовое значение охраны труда состоит в правовом регулировании работы по способностям с учетом тяжестей условий труда, физиологических особенностей женского организма, организма подростков и трудоспособности инвалидов. Кроме того, вопросы охраны труда являются объектом организационно-управленческих отношений трудового коллектива (соответствующего профсоюзного органа) с работодателем, а также социально-партнерских отношений на федеральном, отраслевом, региональном уровнях.

В правовом регулировании охраны труда широко сочетаются централизованные нормы трудового законодательства, которые устанавливают минимум правовых мер по охране труда, с договорным методом, повышающим, конкретизирующим этот минимум на основании соглашений, коллективных договоров, а также трудовых договоров.

Постановление Верховного Совета Республики Казахстан от 22 января 1993 г. "О введении в действие Закона Республики Казахстан об охране труда" (Ведомости Верховного Совета Республики Казахстан, 1993 г., №3, ст. 41) декларирует, что каждый имеет право на труд в условиях, отвечающих требованиям безопасности и гигиены. Основными нормативными актами об охране труда являются: Основы законодательства об охране здоровья граждан, Трудовой кодекс РК, Федеральный закон "Об основах охраны труда в Республике Казахстан", иные нормативные правовые акты, принятые Президентом РК, Правительством РК, Министерством труда и социального развития РК, специализированными федеральными инспекциями по надзору за охраной труда (Госкомсанэпиднадзором, Госгортехнадзором и др.). В настоящее время действуют единые отраслевые и межотраслевые правила по технике безопасности и производственной гигиене труда, многие из которых в целях унификации требований по охране труда взяты в стандарты, и разработана федеральная и отраслевая система стандартов безопасности труда.

В настоящем Законе используются следующие основные понятия:

1) аттестация производственных объектов по условиям труда - деятельность по оценке производственных объектов, цехов, участков, рабочих мест с целью определения состояния безопасности, вредности, тяжести, напряженности выполняемых на них работ, гигиены труда и определения соответствия условий производственной среды нормативам условий труда;

2) безопасность труда - состояние защищенности работника, обеспеченное комплексом мероприятий, исключающих вредное и опасное воздействие на работников в процессе трудовой деятельности;

3) безопасные условия труда - условия труда, созданные работодателем, при которых воздействие на работника вредных и опасных производственных факторов отсутствует либо уровень их воздействия не превышает нормы безопасности;

4) безопасность производственного оборудования - соответствие производственного оборудования требованиям безопасности труда при выполнении им заданных функций в условиях, установленных нормативно - технической и проектной документацией;

5) безопасность производственного процесса - соответствие производственного процесса требованиям безопасности труда в условиях, установленных нормативно - технической документацией;

6) вредный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к заболеванию или снижению трудоспособности;

7) вредные (особо вредные) условия труда - условия труда, при которых воздействие определенных производственных факторов приводит к снижению работоспособности или заболеванию работника;

8) гигиена труда - комплекс санитарно-гигиенических мер и средств по сохранению здоровья работников, профилактике неблагоприятного воздействия производственной среды и трудового процесса;

9) мониторинг безопасности и охраны труда - система наблюдений за состоянием безопасности и охраны труда на производстве, а также оценка и прогноз состояния безопасности и охраны труда в республике;

10) несчастный случай на производстве-воздействие на работника производственного фактора при выполнении им трудовых (служебных) обязанностей или заданий работодателя, в результате которого произошли травма, внезапное ухудшение здоровья или отравление работника, которые привели его к временной или стойкой утрате трудоспособности, профессиональному заболеванию либо смерти;

11) нормы безопасности - качественные и количественные показатели, характеризующие условия производства, производственный и трудовой процесс с точки зрения обеспечения организационных, технических, санитарно- гигиенических, биологических и иных норм, правил, процедур и критериев, направленных на сохранение жизни и здоровья работников в процессе их трудовой деятельности;

12) нормативы условий труда - нормативы, содержащие эргономические, санитарно-гигиенические и психофизиологические и иные требования, обеспечивающие нормальные условия труда;

13) общественный инспектор по охране труда - представитель работников, осуществляющий общественный контроль в области безопасности и охраны труда, назначаемый профсоюзным органом организации, а при отсутствии профсоюза - общим собранием работников;

14) опасный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к временной или стойкой утрате трудоспособности (трудовому увечью или профессиональному заболеванию) или смерти;

15) опасные (особо опасные) условия труда-условия труда, при которых воздействие определенных производственных факторов приводит в случае несоблюдения правил охраны труда к внезапному резкому ухудшению здоровья или травме работника либо его смерти;

16) охрана труда-система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиени-ческие, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия и средства;

17) представители, работников-уполномоченные работниками органы профессиональных союзов и их объединений, а в их отсутствие иные представители или организации, созданные в порядке, установленном законодательством Республики Казахстан;

18) производственное оборудование-машины, механизмы, аппараты и иные технические средства;

19) производственная санитария-система санитарно-гигиенических, организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих или уменьшающих воздействие на работников вредных производственных факторов;

20) профессиональное заболевание - хроническое или острое заболевание, вызванное воздействием на работника вредных производственных факторов в связи с выполнением им своих трудовых (служебных) обязанностей;

21) рабочее место - место постоянного или временного нахождения работника при выполнении им трудовых обязанностей в процессе трудовой деятельности;

22) специальная одежда - одежда, обувь, головной убор, рукавицы, предназначенные для защиты работника от вредных и опасных производственных факторов;

23) средства индивидуальной защиты - средства, предназначенные для защиты работника от воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов;

24) средства коллективной защиты - технические средства, предназначенные для одновременной защиты двух и более работающих от воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов;

25) территориальные подразделения уполномоченного государственного органа по безопасности и охране труда (далее -территориальные подразделения) - структурные подразделения уполномоченного государствен-ного органа по безопасности и охране труда, осуществляющие в пределах соответствующей административно - территориальной единицы полномочия в сфере трудовых отношений в соответствии с законодательством Республики Казахстан;

26) тяжелые физические работы - виды деятельности, связанные с подъемом или перемещением тяжестей вручную, либо другие работы с расходом энергии более 300 ккал/час;

27) уполномоченный государственный орган в области промышленной безопасности - центральный исполнительный орган Республики Казахстан, осуществляющий в пределах предоставленных полномочий реализацию государственной политики в области промышленной безопасности;

28) уполномоченный государственный орган по безопасности и охране труда (далее - уполномоченный орган) - центральный исполнительный орган, осуществляющий полномочия в сфере трудовых отношений в соответствии с законодательством Республики Казахстан;

29) условия безопасности труда - совокупность факторов производственной среды и трудового процесса, оказывающих влияние на работоспособность и здоровье работника в процессе труда.

5.2 Санитария и гигиена труда

В процессе труда на человека кратковременно или длительно воздействуют разнообразные неблагоприятные факторы (например, пыль, шум, пары, газы, вредные красители и пр.), которые могут привести к заболеванию и потере трудоспособности.

Изучением технологических процессов, условий труда, окружающей обстановки, в которой происходит работа человека, занимаются службы производственной санитарии. Для устранения причин, условий и факторов, отрицательно влияющих на здоровье человека, разрабатываются организационные, санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические мероприятия. Они направлены на оздоровление условий труда и повышение его производительности на всех стадиях технологического процесса.

Условия и факторы, неблагоприятно влияющие на организм человека, можно разбить на три основных вида: физические (высокая или низкая температура, тепловые излучения, шум, вибрация и пр.), химические (пыль, газы, ядовитые вещества и пр.), биологические (инфекционные заболевания). Факторы, которые неблагоприятно влияют на организм человека в условиях его труда и нарушают его здоровье, называются профессиональными вредностями.

Таким образом, задачей службы производственной санитарии является выполнение комплекса мероприятий, направленных на оздоровление условий труда рабочих и повышение его производительности на всех стадиях технологического процесса, устранение неблагоприятно действующих на здоровье рабочих факторов и предупреждение профессиональных заболеваний.

На строительстве приходится пользоваться материалами, обладающими ядовитыми свойствами и выделяющими вредные газы и пыль, поэтому необходимо знать свойства таких веществ и материалов и вызываемые ими профессиональные вредности. Некоторые строительные работы: шамотная и огнеупорная кладка, применение цементных и битумных мастик, хлорированных растворов, этилированного бензина и химических ускорителей, антикоррозионные, химзащитные, малярные, сварочные и кузнечные работы -- связаны с веществами, оказывающими токсическое действие на человека. Воздействие этих веществ может привести к заболеванию силикозом, а также к острым или хроническим отравлениям.

Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий предусматриваются предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Эти концентрации являются максимально разовыми и в пределах 8-часового рабочего времени и всего рабочего стажа не могут вызвать у работающих заболевания или каких-либо отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в процессе работы в отдаленные сроки.

5.3 Пожарная безопасность

Законодательство Республики Казахстан в области пожарной безопасности основывается на Конституции Республики Казахстан и состоит из настоящего Закона, а также других законодательных и иных нормативных правовых актов Республики Казахстан, регулирующих вопросы пожарной безопасности.

В статье 3 Закона Республики Казахстан "О пожарной безопасности" сформулированы основные принципы закона- охрана жизни и здоровья людей, собственности, национального богатства и окружающей среды в области пожарной безопасности и т.д.

Любая организация независимо от формы собственности обязана соблюдать требования пожарной безопасности, осуществлять меры по предотвращению пожара в организации (статья 25 Закон Республики Казахстан "О пожарной безопасности").

В проведении опыта, работа проходила с сжатыми газами, которые находятся в баллоне в газообразном состоянии при повышенном давлении и нормальной температуре. К таким газом относятся: азот, кислород, аргон, гелий, водород, метан.

Все химически реагенты, способные к воспламенению хранятся в закрытых металлических шкафах и сейфах. Легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие жидкости в лабораториях строго в определенных количествах.

Лаборатория по пожароопасности относится к категории Б - взрывопожароопасные вещества.

Лаборатория оснащена огнетушителем порошковым ОП-1, ящиков с песком и инструментами. Обеспечен свободный проход и к воде, и к средствам огнетушения. Размещение оборудования в лаборатории подчинено плану эвакуации, который осуществляется через основной и запасной выходы на улицу.

Для тушения небольших вспышек в зависимости от характера загоревшихся веществ и конкретной обстановки необходимо применять асбестовое или шерстяное одеяло, сухой песок и углекислотные огнетушители ОУ-2 и ОУ-5 (в коридорах на каждом этаже ИОКЭ).

При тушении пожаров нужно твердо знать, какие средства тушения нельзя применять в каждом конкретном случае.

Если горящие вещества могут бурно реагировать с водой или выделять при взаимодействии с ней горючие продукты, то применение воды и пенных огнетушителей недопустимо. К таким веществам относятся щелочные металлы (литий, натрий и калий), магний, гидриды металлов, металлорганические соединения, карбид кальция. В этом случае тушение можно производить лишь одеялами, сухим песком или углекислотными огнетушителями, добиваясь прекращения доступа воздуха к источнику горения.

Воду нельзя применять также и для тушения несмешивающихся с ней органических жидкостей, разлитых на горизонтальной поверхности. Горящая жидкость будет растекаться по поверхности воды и площадь пожара может увеличиваться. В этом случае следует пользоваться асбестовым или шерстяным одеялом, песком, а также огнетушителями (углекислотными и густопенными).

Пенные огнетушители нельзя применять при тушении электроприборов и электропроводок, находящихся под напряжением, так как струя пены является хорошим проводником, и возможно поражение током. В случае использования пенного огнетушителя необходимо предварительно выключить общий рубильник.

Для тушения загоревшейся масляной бани следует иметь наготове два куска асбестового картона с вырезами по форме колбы. При прекращении доступа воздуха к горящему маслу обычно легко удается его потушить.

Успешность ликвидации пожара зависит от быстроты действий и правильности применения средств пожаротушения. Пожар легче потушить в самом начале, поэтому в случае вспышки действовать нужно быстро, но без лишней суетливости.

Если вспышка произошла в вытяжном шкафу, то прежде всего необходимо перекрыть дроссель-клапан и выключить вентилятор, чтобы пламя не было затянуто в воздуховод, по которому пожар может распространиться на другой этаж (при выделении отравляющих газов перекрывают только дроссель-клапан).

Применение огнетушителей при тушении горящей одежды недопустимо.

Все конструктивные элементы несгораемые, несущие конструкции каркаса имеют предел огнестойкости более 3-х часов, междуэтажные перекрытия 1,5 часа и ограждающие конструкции 1 час. Исходя из этого, степень огнестойкости железобетонных конструкций стен, пола, потолка лаборатории относится к I категории.

5.4 Средства индивидуальной защиты

Одно из мероприятий по защите рабочих от производственных вредностей-- применение средств коллективной и индивидуальной защиты.

Средства коллективной защиты в зависимости от назначения делят на следующие классы:

- нормализации воздушной среды производственных помещений и рабочих мест;

- нормализации освещения производственных помещений и рабочих мест;

- защиты от ионизирующих излучений, шума, вибрации, поражения электрическим током, статического электричества, высоких и низких температур окружающей среды, воздействия механических и химических факторов и другое.

Средства индивидуальной защиты в зависимости от назначения делят на следующие классы:

1. Изолирующие костюмы: пневмокостюмы, гидроизолирующие костюмы, скафандры.

2. Средства защиты органов дыхания: противогазы, респираторы, пневмо-шлемы, пневмомаски.

3. Специальная одежда: комбинезоны, полукомбинезоны, куртки, брюки, костюмы, халаты, плащи, полушубки, тулупы, фартуки, жилеты, нарукавники.

4. Специальная обувь: сапоги, ботфорты, полусапоги, ботинки, полуботинки, туфли, галоши, боты, бахилы, чувяки.

5. Средства защиты головы: каски, шлемы, подшлемники, шапки, береты, шляпы.

6. Средства защиты рук: рукавицы, перчатки.

7. Средства защиты лица: защитные маски, защитные щитки.

8. Средства защиты органов слуха: противошумные шлемы, противошумные наушники, противошумные вкладыши.

9. Средства защиты глаз: защитные очки.

10. Предохранительные приспособления: предохранительные пояса, диэлектрические коврики, ручные захваты, манипуляторы, наколенники, налокотники, наплечники.

11. Защитные дерматологические средства: моющие средства, пасты, кремы, мази.

В лабораторных условиях в качестве средств индивидуальной защиты обязательны халат, защитные очки и перчатки.

5.5 Меры оказания первой помощи

Главные условия успеха при оказании первой помощи -- быстрота действия, находчивость и умение подающего помощь. В каждой смене должны быть выделены и обучены специальные лица для оказания первой помощи пострадавшим, на которых возлагается также ответственность за состояние шкафчиков первой помощи. Помощь, оказываемая не специалистами, является помощью до врача, а не вместо врача и должна ограничиваться только следующими видами: временной остановкой кровотечения;