Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Курсовая работа

Очистка газовых выбросов в черной металлургии



Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Литературный обзор

1.1 Описание производства в черной металлургии

1.1.1 Производство чугуна с использованием доменных процессов

1.1.2 Производства железа в губчатых печах

1.1.3 Производство стали с помощью мартеновского процесса

1.1.4 Производство стали в конверторах

1.2 Источники и выбросы черной металлургии

1.3 Воздействие на окружающую среду и здоровье человека

2. Методы очистки

2.1 Абсорбция

2.1.1 Очистка газов от диоксида серы N-этилпирролидоном

2.1.2 Очистка от SO2 алюмо-сульфатным способом

2.1.3 Поглощение оксида углерода медно-аммиачным раствором

2.1.4 Очистка газов от диоксида серы известковой суспензией

2.1.5 Очистка газов от оксидов серы и азота

2.2 Адсорбция

2.2.1 Способ очистки газов от диоксида серы марганцевым концентратом

2.3 Термокаталитическая очистка газовых выбросов

2.3.1 Метод очистки газов от NO с использованием продуктов термического разложения твердого карбамида

2.3.2 Катализатор окисления оксида углерода

2.3.3 Катализатор для очистки газа от оксидов азота и углерода

3. Расчетная часть

3.1 Технологическая схема

3.2 Подбор и расчет оборудования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ



ВВЕДЕНИЕ

Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли, как конструкционного материала [1].

Однако интенсивное загрязнение атмосферы предприятиями металлургического комплекса значительно сказывается не только на человеке, но и на гидросфере, почвенно-растительном покрове, геологической среде. Поэтому охрана атмосферного воздуха является наиболее приоритетной проблемой охраны окружающей среды в черной металлургии [2].

На современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Благодаря очистке выбросов перед их поступлением в атмосферу предотвращается загрязнение атмосферного воздуха [3].

Для эффективного процесса очистки воздуха необходимо проанализировать воздействие предприятия, как единицы определенной отрасли. Изучение газового состава выбросов, влияние на человека и окружающую среду позволяет подобрать оптимальное оборудование и составить схему локальных газоочистных сооружений на предприятии.

абсорбция термокаталитическая очистка газы сталь



1. Литературный обзор

1.1 Описание производства в черной металлургии

Методы производства железа и стали сводятся к следующей классификации процессов в черной металлургии:

1) Производство чугуна - доменный процесс, процесс в низкошахтной печи.

2)Производство губчатого железа - процессы в шахтной печи, в печах кипящего слоя, во вращающихся трубчатых печах.

3) Производство стали (периодические процессы) - мартеновский процесс, конверторный процесс.

4) Производство стали (непрерывные процессы) - методы: каскадный, окислительная плавка в желобковой печи [4].

1.1.1 Производство чугуна с использованием доменных процессов

Чугун - сплав железа и углерода с сопутствующими элементами (содержание углерода более 2,14 %). Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы. Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Метод подготовки зависит от качества руды.

Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной величины, осуществляются с помощью дробилок и классификаторов.

Обогащение руды основано на различии физических свойств минералов, входящих в ее состав:

а) промывка - отделение плотных составляющих от пустой рыхлой породы;

б) гравитация (отсадка) - отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита: пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные минералы опускаются;

в) магнитная сепарация - измельчённую руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы и отделяющего их от пустой породы.

Окусковывание производят для переработки концентратов в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окусковывания: агломерацию и окатывание.

Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах.

Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива.

При выплавке чугуна решаются задачи:

1) Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определённого химического состава.

2) Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нём золы кокса и удаление его из печи.

Восстановление железа происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте и повышения температуры от высшего оксида к низшему, в несколько стадий:

Восстановителями окcидов железа являются твердый углерод, оксид углерода и водород.

При температуре 1000…1100 ⁰C восстановленное из руды твёрдое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод. При насыщении углеродом температура плавления понижается и на уровне распара и заплечиков железо расплавляется (при температуре около 1300 ⁰С).

Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4%), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1200 ⁰C восстанавливаются из руды, и серой, содержащейся в коксе.

В нижней части доменной печи образуется шлак в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива.

Шлак образуется постепенно, его состав меняется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности. Состав шлака зависит от состава применяемых шихтовых материалов и выплавляемого чугуна.

Чугун выпускают из печи каждые 3-4 часа через чугунную летку, а шлак - каждые 1-1,5 часа через шлаковую летку.

Летку открывают бурильной машиной, затем закрывают огнеупорной массой. Сливают чугун и шлак в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши.

Чугун поступает в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи, или разливается в изложницы разливочной машиной, где он затвердевает в виде чушек-слитков массой 45 кг [5].

1.1.2 Производства железа в губчатых печах

Губчатым железом называют продукт, который получают в результате восстановления железорудного материала без его плавления при температуре менее 1000--1200⁰С. В зависимости от вида исходного сырья губчатое железо представляет собой пористые куски восстановленной руды (редко агломерата) или окатыши, а в некоторых случаях - металлический порошок. Поскольку при восстановлении объемные изменения материала сравнительно невелики, плотность губчатого железа меньше плотности сырья, а пористость велика. Обычно кажущаяся плотность кускового губчатого железа 2--4 г/см³, а пористость 50--80%.

Химический состав губчатого железа определяется в основном составом сырья. По сравнению с ломом оно значительно чище по содержанию примесей цветных металлов. Содержание пустой породы в нем выше, чем в исходной руде, пропорционально степени восстановления. Обычно сырьем служат богатые руды или концентраты, поэтому губчатое железо не подвергают дополнительной очистке, и оно содержит все примеси пустой породы сырья. При получении губчатого железа из бедного сырья его подвергают обогащению магнитной сепарацией.

Губчатое железо используют для плавки стали (главным образом в электропечах), цементации меди (осаждения ее из сернокислых растворов) и получения железного порошка.

При получении губчатого железа добытую руду обогащают и получают окатыши. Окатыши из бункера по грохоту поступают в короб шихтозавалочной машины и оттуда в шахтную печь, работающую по принципу противотока. Просыпь от окатышей попадает в бункер с брикетировочным прессом и в виде окатышей вновь поступает на грохот . Для восстановления железа из окатышей в печь по трубопроводу подают смесь природного и доменного газов, подвергнутую в установке конверсии, в результате которой смесь разлагается на водород H₂ и оксид углерода CO. В восстановительной зоне печи создается температура 1000-1100 ⁰C, при которой H₂ и CO восстанавливают железную руду в окатышах до твёрдого губчатого железа. Содержание железа в окатышах достигает 90-95%. Для охлаждения железных окатышей по трубопроводу в зону охлаждения печи подают воздух. Охлаждённые окатыши выдаются на конвейер и поступают на выплавку стали в электропечах [6].

1.1.3 Производство стали с помощью мартеновского процесса

Сущность мартеновского процесса заключается в ведении плавки на поду отражательной печи, оборудованной регенераторами для предварительного подогрева воздуха и газообразного топлива.

В мартеновскую печь загружают шихту, состоящую из чугуна, скрапа, металлического лома и др. Шихта нагревается под действием тепла от сжигаемого топлива и постепенно плавится. После заливки чугуна плавление твердой металлической части шихты резко ускоряется. Одновременно с прогревом шихты начинается окисление примесей. К концу расплавления шихты почти полностью окисляется кремний, более половины марганца, почти третья часть фосфора и частично углерод. Окисление примесей происходит по тем же реакциям, что и при конверторном процессе. Известняк переводит в шлак фосфор и серу.

После расплавления шихты начинается доводка стали до необходимого химического состава. Готовность плавки определяют взятием пробы и ее экспресс-анализом. После этого проводится раскисление и выпуск стали в ковши, из которых ее разливают в слитки.

Продолжительность плавки стали в мартеновской печи составляет 8…16 ч. Печь работает непрерывно. Длительность функционирования печи в основном зависит от стойкости ее свода. Средняя стойкость динасового свода 200…350 плавок, магнезитового - 300-1000 плавок. Расход металлошихты на 1 т годных слитков составляет 1100-1200 кг [7].

1.1.4 Производство стали в конверторах

Кислородно-конвертерный процесс - выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап, заливают чугун при температуре 1250-1400 ⁰C. По окончании заливки чугуна подают дутье и конвертер устанавливают в вертикальное положение. Начинается процесс окисления примесей чугуна. В течение периода шлакообразования интенсивно окисляются примеси, имеющие наибольшее химическое сродство к кислороду: Si, Mn и в какой-то мере Fe. Образующийся шлак содержит SiO₂, MnO, FeO. Вследствие относительно низких температур первого периода углерод почти не окисляется. Поскольку общая масса жидкого металла в результате окисления Si, Mn и Fe уменьшается, относительное содержание углерода в ванне может немного увеличиться.

При окислении Mn, Fe, и особенно Si, температура ванны резко возрастает (до 1600-1650 °С) и начинается период кипения, во время которого окисляется углерод. Начало второго периода может быть достаточно точно зафиксировано визуально: как только начинает окисляться углерод, из ванны выделяется большое количество образующегося СО.

При высокой температуре металла и шлака процесс окисления углерода протекает очень интенсивно: углерод окисляется не только кислородом дутья, но частично и кислородом, содержащимся в оксидах железа шлака.

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш, где раскисляют осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, затем сливают шлак.

В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали. Плавка в конвертерах вместимостью 130-300 т заканчивается через 25-30 минут [8].

1.2 Источники и выбросы черной металлургии

Все известные технологические процессы, производства чугуна, стали и их последующего передела сопровождаются образованием больших количество отходов в виде вредных газов и пыли, шлаков, шламов, сточных вод, содержащих различные химические компоненты, скрапа, окалины, боя огнеупоров, мусора и других выбросов, которые загрязняют атмосферу, воду и поверхность земли. Все металлургические переделы являются источниками загрязнения пылью, оксидами углерода и серы (таблица 1).

Таблица 1 Газовые выбросы (до очистки) металлургического производства

Составляющие выбросов	Агломерационное производство, кг/т агломерата	Доменное производство, кг/т чугуна	Сталеплавильное производство, кг/т стали	Прокатное производство
Пыль	20-25	100-106	13-32	0,1-0,2 кг/т проката
Оксид углерода	20-50	600-605	0,4-0,6	0,7 т/м поверхности металла
Оксиды серы	3-25	0,2-0,3	0,4-35	0,4 т/м поверхности металла
Оксиды азота			0,3-3,0	0,5 т/м поверхности металла
Сероводород		10-60
Аэрозоли травильных растворов				в травильных отделениях
Пары эмульсии				при металлообработке

Современное металлургическое предприятие является сложным производственным комплексом, включающим самые разнообразные цехи, а иногда отдельные заводы, которые в значительной степени ухудшают состояние ОС. Основными источниками загрязнения атмосферы выбросами металлургических предприятий являются коксохимическое, агломерационное, доменное, ферросплавное и сталеплавильное производства. Коксохимическое производство загрязняет атмосферу окислами углерода и серы. На 1 т перерабатываемого угля выделяется около 0,75 кг SO₂ и по 0,03 кг различных углеводородов и аммиака. Кроме газов, коксохимическое производство выделяет в атмосферу большое количество пыли. Имеются данные, что при производстве кокса на 1 т перерабатываемого угля выделяется около 3 кг угольной пыли. Также большое количество пыли выделяется при разгрузке и перегрузке угля, в среднем 0,005% от массы угля.

На аглофабриках источниками загрязнения воздуха являются аглоленты, барабанные и чашевые охладители агломерата, обжиговые печи, узлы пересыпки и сортировки агломерата и других компонентов шихты. Количество агломерационных газов 2,5-4,0 тыс. м³/т полученного агломерата с содержанием в них пыли от 5 до 10 г/м³ В состав газов входят оксиды серы и углерода, а пыль содержит железо и его оксиды, оксиды марганца, магния,

фосфора, кремния, кальция, иногда частицы титана, меди, свинца.

Доменное производство характеризуется образованием большого количества доменного газа (? 2-4 тыс. м³/т чугуна). Этот газ содержит оксиды углерода и серы, водород, азот, некоторые другие газы и большое количество колошниковой пыли (до 150 кг/т чугуна). Пыль содержит окислы железа, кремния, марганца, кальция, магния, частицы шихтовых материалов.

Основные источники загрязнения воздуха при производстве ферросплавов - электродуговые печи. Выбросы этих печей состоят из нетоксичной и токсичной пыли (окислы железа, меди, цинка, свинца, хрома, кремния, газы). В зависимости от вида выплавляемого сплава и мощности печей суммарное количество пыли, образующейся в результате технологических процессов, может составлять сотни тонн в сутки. При этом Cr⁺⁶ и пыль обнаруживают на расстоянии до 3 км от источника загрязнения. Заводы, выплавляющие ферросилиций, загрязняют атмосферный воздух в радиусе 2-3 км мельчайшими частицами SiO₂, наибольшее содержание которых наблюдается на расстоянии около 0,5 км от предприятия [9].

1.3 Воздействие на окружающую среду и здоровье человека

Наиболее угрожающие последствия загрязнение атмосферы вызванные деятельностью металлургических предприятий, являются оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, пыль. Отрицательные последствия эмиссии соединений серы и азота выражается в первую очередь в возникновении таких негативных явлений как смог и кислотные осадки.

Смог представляет собой смесь тумана и дыма, наполненного опасными для живых организмов веществами. Смог может полностью обволакивать город на несколько дней. Различают влажный, фотохимический и ледяной смоги.

Смог в виде густого ядовитого тумана, который образуется в осенне-зимнее время, называют смогом лондонского типа. Его основой является сернистый ангидрит, содержание SO₂ в котором в несколько раз превышает ПДК [9,10].

Другой вид смога - фотохимический туман. Основные компоненты - фотооксиданты, оксиды азота, угарный и углекислый газы, альдегиды, кетоны, фенолы, метанол и т.п. Он образуется в теплое время года в воздухе, сильно загрязненном промышленными газами, в результате из разолжения под действием солнечного излучения.

Смог ледяной - это состояние газообразных загрязнителей, пылевых частиц и кристалликов льда, возникающих при замерзании тумана.

Кислотные осадки - это осадки, выпадающие в виде дождя и снега со значением pH 5,5-5,6.Это связано с присутствием в атмосфере диоксидов углерода, серы и азота, поступающих из антропогенных источников.

Диоксид серы в большом количестве образуется при сжигании органического топлива в металлургической промышленности. Среднее время жизни SO₂ составляет четверо суток, а затем происходит окисление в SO₃. Соединяясь с парами воды, присутствующими в воздухе триоксид серы образует серную кислоту. Таким же образом происходит образование азотной кислоты.

Кислотные осадки ускоряют процессы коррозии в городах, разрушают памятники и сооружения из мрамора и известняка. При действии на почвы кислотные осадки вызывают закисление и нарушают естественные круговороты веществ, а также биологическое равновесие. Кроме того они выщелачивают из почвы тяжелые металлы, превращая их в растворимые формы, хорошо усваиваемые растениями. Далее по трофическим цепям они поступают в организм человека и накапливаются, разрушая различные органы и нарушая метаболические реакции в организме.

Кислотные осадки представляют для человека серьезную опасность, так как могут вызывать раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, глаз, а при больших концентрациях - удушье и смерть. Особенно опасен диоксид серы, когда он осаждается на пылинках и в этом виде проникает глубоко в дыхательные пути [11].

Пыль, содержащая диоксид кремния (SiO₂), вызывает тяжелое заболевание легких -- силикоз. Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки, например, глаз, легких, участвуют в образовании ядовитых туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газообразной смеси [12].

Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении появляются общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя 3--7 дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны частицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки [13].



2. Методы очистки

2.1 Абсорбция

Абсорбция - поглощение газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями, называемыми абсорбентами. Возможность осуществления процесса абсорбции основывается на растворимости газов в жидкостях. Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его химического взаимодействия с абсорбентом. В первом случае процесс называют физической абсорбцией, а во втором случае - хемосорбцией. Абсорбентами служат индивидуальные жидкости или растворы активного компонента в жидком растворителе. Во всех случаях к абсорбентам предъявляют ряд требований, среди которых наиболее существенными являются: высокая абсорбционная способность, селективность, низкое давление пара, химическая инертность по отношению к распространенным конструкционным материалам (при физической абсорбции- также к компонентам газовой смеси), не токсичность, огне- и взрывобезопасность, доступность и не высокая стоимость.

Абсорбенты, применяемые для очистки отходящих газов, приведены в таблице 2.

Таблица 2 Абсорбенты, применяемые для очистки отходящих газов

Поглощаемые компоненты	Абсорбенты
Оксиды азота N2O3, NO2, N2O5	Вода, водные растворы и суспензии: NaOH, Na2CO3, NaHCO3, KОН, K2СО3, КНСО3, Са(ОН)2, СaСО3, Mg(OH)2, MgCO3, Ba(OH)2, ВаСО3, NH4HCO3
Оксид азота NO	Растворы FeCl3, FeSO4, Na2S2O3 NaHCO3, NaHSO3, Na2SO3
Диоксид серы SO2	Вода, водные растворы: Na2SO3(18--25%-ные),NH4OH (5--15%-ные), Са(ОН)2, Na2CO3(15--20%- ные), NaOH (15--25%-ные), KОН,(NН4)2SО3 (20--25%-ные), ZnSO3, K2СО3; суспензии CaO, MgO, СаСО3, ZnO, золы; ксилидин--вода в соотношении 1 : 1, диметиланилин C6H3(CH3)2NH2
Сероводород H2S	Водный раствор Na2CO3 + Na3AsO4; водный раствор Аs2О3(8--10 г/л) + NН3(1,2--1,5 г/л) + (NH4)3AsO3 (3,5--6 г/л); моноэтаноламин (10--15%-ный раствор); растворы K3РO4(40--50%-ные), NH4ОH, K2CO3, Na2CO3, CaCN2, натриевая соль антрахинондисульфокислоты
Оксид углерода СО	Жидкий азот; медно-аммиачные растворы [Сu(NН3)]nЧСОСН
Диоксид углерода СО2	Водные растворы Nа2СО3, K2СО3, NaOH, KОН, Са(ОН)2, NH4OH, этаноламины RNH2, R2NH4

До обработки органическим абсорбентом из загрязненных газов необходимо удалить дисперсные примеси. Иначе абсорбент быстро загрязняется и становится отходом, практически не поддающимся очистке.

Органические абсорбенты должны иметь низкое давление насыщенных паров при температуре процесса. Растворители с недостаточно низкой упругостью паров будут интенсивно испаряться, и загрязнять обрабатываемые газы. Кроме того, низкокипящий абсорбент сложно регенерировать, так как извлечь (десорбировать из него) уловленное вещество нагреванием невозможно. На интенсивность перехода загрязнителя из газовой фазы в жидкую большое влияние оказывают температура и давление процесса, а также способ организации контакта фаз. С ростом давления и снижением температуры скорость абсорбции увеличивается [14].

Газовая смесь, содержащая извлекаемый из нее компонент, поступает в абсорбер, где происходит контакт с абсорбентом, который поглощает данный компонент. Газ, очищенный от компонента, удаляется (очищенный воздух может быть выброшен в атмосферу), а раствор поглотителя, содержащий абсорбированный компонент, поступает в теплообменник, где нагревается. Нагретый раствор насосом подается в десорбер, где из него выделяется (десорбируется) поглощенный компонент путем испарения в результате нагревания поглотителя паром. Поглотитель, освобожденный от компонента, поступает в теплообменник, где отдает теплоту абсорбенту при его противоточном движении в десорбер, а затем направляется в холодильник, пройдя который, снова поступает в абсорбер. Круг замкнулся. По такому циклу работает установка для абсорбционно-десорбционного улавливания определенных паров и газов из газовой смеси.

2.1.1 Очистка газов от диоксида серы N-этилпирролидоном

Способ очистки отходящих газов от диоксида серы, включающий его абсорбцию N-алкилпирролидоном с добавкой воды с последующей отгонкой диоксида серы в регенераторе абсорбента, характеризующийся тем, что процесс абсорбции N-метил- или N-этилпирролидоном с содержанием воды от 0 до 15 мас.% проводят в интервале температур от -20 до 18°C, с добавкой 2-пирролидона от 0 до 30 мас.%, с последующей отгонкой диоксида серы под давлением в интервале 1,2-1,5 атмосферы. Преимуществом данного способа по сравнению с использованием N-метилпирролидона, является уменьшение энергетических затрат при очистке отходящих газов от диоксида серы и увеличение поглотительной способности абсорбента. Применение повышенного давления при отгонке диоксида серы, позволяет совместить десорбцию диоксида серы с его термокомпрессией и транспортировать концентрированный продукт к месту переработки без затрат электроэнергии на его компрессию [15].

2.1.2 Очистка от SO₂ алюмо-сульфатным способом

Процесс, заключается в сорбции диоксида серы раствором основного сульфата алюминия. Растворимость диоксида серы в растворе основного сульфата алюминия, примерно, в 20 раз выше, чем в воде, и увеличивается с повышением концентрации алюминия, основности и понижением температуры. После окисления сульфита алюминия диспергированным сжатым воздухом до сульфата, небольшую часть раствора направляют в реактор на нейтрализацию известняком. В отличие от традиционного процесса десульфуризации (известковый способ) при использовании алюмо-сульфатного способа не происходит отложений гипса в абсорберах и трубопроводах. Другим существенным преимуществом процесса является его нечувствительность к изменениям расхода газа, его температуры и концентрации SO₂,объясняющаяся высокой сорбционной способностью основного сульфата алюминия в широком диапазоне изменения основности. Дополнительное преимущество - использование дешевого известняка вместо извести. Эффективность очистки данным способом составляет 92% [16].

2.1.3 Поглощение оксида углерода медно-аммиачным раствором

В процессе медно-аммиачной очистки окись углерода поглощается под высоким давлением водным раствором медно-аммиачной соли. В практике используются аммиачные растворы формиата, карбоната или ацетата меди. Степень очистки газа зависит от парциального давления окиси углерода над регенерированным раствором и общего давления газа. Для достижения остаточного содержания окиси углерода в 10 млн^-1. промывка должна производиться при давлении 80-300 атмосфер и температуре от 0 до -10°С.?При замене карбонатного медно-аммиачного раствора ацетатным степень очистки увеличивается на и 30% и на 40% снижается объем циркулирующего раствора [17].

2.1.4 Очистка газов от диоксида серы известковой суспензией

Способ очистки технологического газа от диоксида серы путем абсорбции известковой суспензией, кристаллизации и удаления шлама, отличающийся тем, что перед абсорбцией газ охлаждают в испарительном режиме до точки росы водой, подаваемой в количестве 0,08-0,12 л/м³ газа и с температурой, превышающей температуру точки росы охлаждаемого газа на 10°С.

Абсорбцию газа осуществляют суспензией в виде капель, подаваемых перпендикулярно потоку газа. Данный метод позволяет снизить солевые отложения сульфатов и сульфитов кальция на стенках абсорбера, повысить степень очистки технологического газа от диоксида серы [18].

2.1.5 Очистка газов от оксидов серы и азота

Сущность метода заключается в том, что газы, содержащие оксиды серы и азота, охлаждают и подвергают абсорбции примеси последовательным контактированием газов с концентрированной серной кислотой, с жидким триоксидом серы при 17-44^oC и с концентрированной серной кислотой. После этого очищенные газы выбрасывают в атмосферу, а абсорбенты с поглощенными оксидами азота и серы перерабатывают в контактно-нитрозном процессе в серную и азотную кислоты с рециркуляцией отходящих газов этого процесса на очистку совместно с исходными газами. Процесс абсорбции проводят под избыточным давлением. Факторами, влияющими на эффективность процессов, протекающих в отделении очистки, является давление, температура, нитрозность серной кислоты. Степень очистки в данном методе по диоксиду серы составляет 99,932%, по оксидам азота 99,756% [19].

2.2 Адсорбция

Адсорбция позволяет почти полностью извлечь из газовой смеси загрязняющие компоненты, она дает возможность осуществлять глубокую очистку газов. Процесс адсорбции происходит на поверхности твердого пористого тела - адсорбента, где ненасыщенные поверхностные силы вступают во взаимодействие с силовыми полями адсорбируемых молекул. Адсорбенты, используемые в системах очистки отходящих газов, должны удовлетворять следующим требованиям: иметь большую адсорбционную способность при поглощении компонентов при небольших концентрациях их в газовых смесях, обладать высокой селективностью, иметь высокую механическую прочность, обладать способностью к регенерации и иметь низкую стоимость.

2.2.1 Способ очистки газов от диоксида серы марганцевым концентратом

Способ включает адсорбцию влажным свежеосажденным марганцевым концентратом, полученным обработкой раствора сульфата марганца аммиаком и воздухом при pH 8 - 8,5 и температуре 40 - 50^oC, при этом влажный свежеосажденный марганцевый концентрат используется в виде пульпы MnO₂, которую заливают в реактор, снабженный барбатером для пропускания через нее очищаемых газов, и температуру пульпы поддерживают в пределах 40 - 70^oC. В условиях проведении адсорбции при температуре 30^oC свежеосажденным марганцевым концентратом за время 60 минут средняя степень очистки составляет 98,6% [20].

2.3 Термокаталитическая очистка газовых выбросов

Термоокисление газообразных загрязнителей может происходить в газовой фазе (в объеме) или на границе раздела фаз (на поверхности). Газофазный процесс осуществляют непосредственной огневой обработкой (сжиганием в пламени) газовых выбросов при температурах, превышающих температуру воспламенения горючих компонентов выбросов. Для организации процесса окисления на границе раздела фаз используют катализаторы - конденсированные вещества, способные за счет активности поверхностных частиц ускорять процесс окисления того или иного загрязнителя при температурах ниже температуры воспламенения. Каталитические методы очистки газов основаны на гетерогенном катализе и служат для превращения примесей в безвредные или легко удаляемые из газа соединения. Процессы гетерогенного катализа протекают на поверхности твердых тел - катализаторов.

Катализаторы должны обладать определенными свойствами: активностью, пористой структурой, стойкостью к ядам, механической прочностью, селективностью, термостойкостью, низким гидравлическим сопротивлением, иметь небольшую стоимость. Особенность процессов каталитической очистки газов заключается в том, что они протекают при малых концентрациях удаляемых примесей. Основным достоинством метода является то, что он дает высокую степень очистки, а недостатком - образование новых веществ, которые надо удалять из газа адсорбцией или абсорбцией.

2.3.1 Метод очистки газов от NO с использованием продуктов термического разложения твердого карбамида

Сущность метода заключается в процессе использования восстановительной смеси, которая образуется в результате термического разложения карбамида в интервале температур 20 - 600 °С. Восстановительная смесь, полученная в реакторе термического разложения твердого карбамида, направленная в реактор высокотемпературного восстановления NO, происходила очистка газовых выбросов при температуре от 700 до 1100 °С, характерной для условий работы стационарных топливосжигающих установок.

Достоинствами селективного некаталитического метода по сравнению с каталитическим методом - это высокая избирательность восстановительной смеси, высокая степень очистки, наименьшее значение рано 84%. В данном методе учтена возможность использования карбамида и при низких температура. Эффективность очистки при 131°С составляет 58%. Недостатком метода, является образование незначительного количества NH₃ в результате разложения карбамида при низких температурах [21].

2.3.2 Катализатор окисления оксида углерода

Сущность каталитического воздействия анодного шлама заключается в том, что при его образовании в электрохимическом процессе анодного окисления составляющих шлама происходят химические и структурные превращения, приводящие к образованию соединений, обладающих эффективным каталитическим действием в процессе окисления оксида углерода.

В качестве катализатора используют анодный шлам, образующийся на свинцовом аноде при электролитическом восстановлении цинка из кислых сульфатных растворов, состава, массовая доля %: диоксид марганца 53,9; диоксид свинца 15; оксид серебра 0,06; примеси - остальное. Степень очистки газа от CO возрастает и при температуре 250 ^oC достигает 90-97% при скорости газового потока 0,35-0,50 дм³/мин [22].

2.3.3 Катализатор для очистки газа от оксидов азота и углерода

Катализатор для очистки газа от оксидов азота и оксида углерода (II),содержащий активную массу, нанесенную на подложку на основе хромникелевого пористого материала, отличающийся тем, что в качестве пористого материала он содержит ФНС-5, а активная масса содержит Al, Ni, Cu при следующем соотношении компонентов, вес.%: Пористый материал ФНС-5 (ТУ 14-1-1400-75) представляет собой пластину толщиной 0,14-0,20 мм, обладающую пористостью 32-37%, изготовленную методом прокатки порошка нержавеющей стали марки Х18Н15-2. Активная масса составляет 11-13 вес.%. Степень очистки от оксидов углерода и азота варьируется в зависимости от соотношения Cu/Ni и температуры процесса и может достигать для оксида углерода - 90%, для оксида азота - 99% [23].



3. Расчетная часть

3.1 Технологическая схема

Разработаны две схемы очистки -- мокрая и сухая.

Рис.1 - Схема обеспыливания доменного газа

По мокрой схеме (рис. 1) газ из колошника 2 доменной печи по газоходу 3 отводится в систему газоочистки. В сухом пылеуловителе 4 инерционного или центробежного типа доменный газ очищается от крупной пыли до конечного пылесодержания 5--10 г/м³. Периодически пыль удаляется из бункера пылеуловителя в железнодорожный вагон через устройство, состоящее из отсечного клапана, шнекового транспортера и системы подачи воды или пара для увлажнения пыли. В полом скруббере 5 газ охлаждается и очищается от крупной пыли. Запыленность доменного газа после полого скруббера составляет 2--4 г/м³, а иногда меньше.

Окончательная очистка доменного газа осуществляется в скоростном пылеуловителе с трубами Вентури. В трубе или трубах Вентури 6 (в зависимости от объема доменной печи) происходит укрупнение мелкодисперсной пыли. Наиболее крупная пыль и капли жидкости выводятся из газа в инерционном пыле и брызгоуловителе 7, а окончательная очистка газа от пыли до требуемого конечного пылесодержания осуществляется в центробежном скруббере 9. Очищенный газ отводится в коллектор чистого газа 10, откуда подается потребителям. Для повышения давления газа в доменной печи перед центробежным скруббером установлена дроссельная группа 8. Все аппараты, расположенные между доменной печью и дроссельной группой, работают под повышенным давлением газа, поэтому их конструкцию делают жесткой, способной выдерживать такое давление. Дроссельную группу в зависимости от ее конструкции устанавливают на горизонтальном или вертикальном участках газопровода.

Для схем доменной газоочистки характерны конструктивные особенности, которые зависят от местных условий, числа доменных печей, а также от способа использования энергии доменного газа. В том случае, если для коагуляции пыли вместо труб Вентури используется дроссельная группа, схема газоочистки упрощается [24].

3.2 Подбор и расчет оборудования

Гидравлическое сопротивление трубы Вентури при подаче в нее орошающей жидкости описывается уравнением:

где - гидравлическое сопротивление трубы Вентури без орошения, Па; - гидравлическое сопротивление трубы Вентури, обусловленное вво-дом орошающей жидкости. Па.

Гидравлическое сопротивление труб Вентури, обусловленное орошающей жидкостью, рассчитывают по формуле:



,

где - коэффициент гидравлического сопротивления, обусловленный вводом жидкости; m- удельный расход орошающей жидкости, м³/м³.

Величину коэффициента о _ж следует определять по выражению:

,

где - скорость капель жидкости на выходе из горловины трубы Вентури (обычно в 1,5-3 раза меньше , меньшие значения берут для высоких скоростей газа), м/с.

Степень очистки газов в скруббере Вентури можно рассчитать по полуэмпирической формуле:

где Stk -- критерий Стокса:

m - удельный расход орошающей жидкости, л/м³;

с - коэффициент, учитывающий геометрические соотношения частей трубы Вентури, зависит от длины l_эф. Эффективная длина горловины l_эф равна сумме длин горловины l_г и начального участка диффузора lґ. При угле раскрытия диффузора б= 6° величина l? = 0,476d_г.экв (d_г.экв - эквивалентный диаметр горловины)[25]. Величину d_к (в мкм), характеризующую средний диаметр капель жидкости, можно определить по эмпирической формуле:



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Металлургическая отрасль находится на втором месте среди всех других отраслей промышленности по атмосферным выбросам. Именно загрязнение атмосферы является главной причиной экологических проблем, возникающих в результате деятельности металлургических гигантов. Основными загрязнителями атмосферного воздуха в металлургии являются диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, пыль. Они пагубно отражаются на здоровье человека и окружающей среде, что ставит необходимым задачу по очистке отходящих производственных газов и снижения концентрации вредных веществ, до пределов, не превышающих норм предельно допустимых концентраций. С этой целью в данной курсовой работе были проанализированы основные этапы и циклы металлургического производства для подбора оборудования оптимально подходящего для нужд металлургического комплекса.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Бабич В.К. Лукашкин Н.Д. Основы металлургического производства .M: Металлургия,1982. ст.272

2) Ченцова Л.И. Очистка и переработка промышленных выбросов и отходов: учеб. пособие для вузов - Красноярск: СибГТУ, 2012. - 250 с.

3) Линчевский Б.В. Металлургия черных металлов. М: Металлургия, 1986

4) Циммерман Р. Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справ. изд. Пер. с нем. М: Металлургия,1982. 480 с.

5) ТретьяковаН.В.Лекции по дисциплине "Технология конструкционных материалов", Иваново, 2007, ст. 160

6) КнязевВ.Ф, Гиммельфарб А.И.,Неменов.А.М. Бескоксовая металлургия железа, Из-во: Металлургия,1972 г., ст.272

7) Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008, ст.270

8) Кудрин В. А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. -- М.: «Мир», ООО «Издательство ACT», 2003,ст. 528

9) Большина Е.П. Экология металлургического производства: Курс лекций. - Новотроицк: НФ НИТУ «МИСиС», 2012. - 155с.

10) Влияние отраслей промышленности на экологию окружающей среды: /Материалы студенческих докладов XLV, XLVI, XVII апрельской научно-практической конференции // Сборник докладов. / Отв. ред. О.В. Карташова, Р.А. Панина. - Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2012. - 117 с.

11) Вронский В.А. Прикладная экология: Учебное пособие. Ростов н/Д. Изд-во «Феникс» 1996, ст. 512.

12) Тарасова Г.И., Свергузова С.В. Общая экология - Белгород, 2010 г.

13) Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология: учебник для вузов. Ростов н/Д: Феникс, 2007. -- ст.602.

14) Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки. Учебное пособие. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2006. - с.: ил., библиогр.

15) Патент 2011122378/05, 02.06.2011, Щелкунов С.А., Малышев О.А., Вьюгина Т.П., Никонова Е.Б. Способ очистки отходящих газов от диоксида серы // Патент России № 2467788. 2007. Бюл. № 33.

16) Попов В.М., Бурочкин К.Б., Попов В.А. Очистка металлургических газов от диоксида серы алюмо-сульфатным способом. «Черные металлы» - 2010.

17)Черный И.Р., Черный Ю.И. Тематический обзор серии «Нефтехимия и сланцепереработка» М: ЦНИИТЭнефтихим, 1976г.

18) Патент 2005110591/15, 11.04.2005, Зелинский К.В. Способ очистки технологического газа от диоксида серы // Патент России № 2286836. 2006. Бюл. № 33.

19) Патент 96115580/25, 24.07.1996. Кобяков А.А., Кобяков А.И. Способ очистки газов от оксидов серы и азота // Патент России № 2104754. 1998. Бюл. № 33.

20) Патент. Теляков Н.М. Федоров И.А. Способ очистки газов от диоксида серы // Патент России № 2084271. 1997. Бюл. № 33.

21) Куценко Е. В. Разработка метода очистки газов от оксидов азота с использованием продуктов термического разложения твердого карбамида. Автореф. дис. канд. техн. наук. - Москва, 2004. - 29 с.

22) Патент. Воропанова Л.А. Лисицина О.Г. Катализатор окисления оксида углерода// Патент России № 2156164. 2000. Бюл. № 33.

23) Патент 99108491/04, 26.04.1999. Кузьмина Р.И.,Севостьянов В.П.,Молина С.Е.,Мухина Л.П. Катализатор для очистки газа от оксидов азота и углерода// Патент России № 2162011. 2001. Бюл. № 33.

24) Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т.1. - Калуга: Издательство Н.Бочкаревой - 2003, ст.917

25) Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты пылеочистки. Учебное пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - с.: ил., библиогр.

Размещено на Allbest.ru