Экономика природопользования: очищение газового потока

2

14

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный университет

Экономический факультет

Курсовая работа

по курсу «Экономика природопользования»

На тему: «Классификация методов очистки газового потока от сероводорода»

Москва 2010

Содержание

Одной из важнейших проблем в природоохранной деятельности является защита атмосферы от загрязнений, которые в значительных масштабах выбрасываются промышленностью, энергетическими производствами и транспортом. Из всех составных частей биосферы для нормальной жизнедеятельности человека, прежде всего, нужен воздух. Без еды человек может прожить до пяти дней, без воздуха не более пяти минут. Жизнь начинается с дыхания и заканчивается с его прекращением. Газовая оболочка Земли в основном состоит из кислорода и азота. В небольшом количестве в ней содержатся углекислый газ, а также инертные газы - озон, гелий, ксенон и др. Человек может отказаться от приема недоброкачественной пищи, не пить загрязненную воду, но не дышать он не может. В процессе своей жизнедеятельности человек, так или иначе, вмешивается в природу и изменяет ее. Таким образом, сохранение природы в первозданном виде там, где живет человек, практически невозможно.

Цель данной курсовой работы есть анализ преимуществ и недостатков классифицированных методов очистки выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, а также расчет показателей оценки методов очистки для сероводорода.

В ходе работы будут рассмотрены методы очистки вещества (в данном случае сероводород), загрязняющего атмосферу, а также будет сделан детальный обзор одного метода очистки газового потока, на основе которого будут рассчитаны коэффициенты очистки, экономичность и эффективность очистки, по данным которых будут построены графики зависимости показателей оценки.

1. Загрязняющее вещество

Загрязнение воздуха - результат выбросов загрязняющих веществ из различных источников. Причинно-следственные связи этого явления нужно искать в природе земной атмосферы. Так, загрязнения переносятся по воздуху от источников появления к местам их разрушающего воздействия; в атмосфере они могут претерпевать изменения, включая химические превращения одних загрязнений в другие, еще более опасные вещества.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения первичных загрязнителей. Одним из основных первичных загрязнителей является сероводород.

Сероводород поступает в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса сероводорода являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические и нефтеперерабатывающие предприятия, а также нефтепромыслы.

2. Классификация методов очистки сероводорода

Сероводород содержится как примесь в топливе. Топочные газы, содержащие сероводород, очень коррозионноактивны.

Для очистки газов от сероводорода применяются различные хемосорбционные методы.

1) Вакуум-карбонатные методы. В этих методах сероводород поглощается из газов водным раствором карбоната натрия или калия. Затем раствор регенерируют нагреванием под вакуумом, охлаждают и снова возвращают на абсорбцию.

Если производится регенерация раствора без рекуперации сероводорода, то раствор нагревают в регенераторе и из него воздухом обдувают сероводород.

2) Абсорбционные методы:

А) Фосфатный процесс. Для абсорбции сероводорода фосфатным методом применяют растворы, содержащие 40 - 50% фосфата калия.

Из раствора сероводород удаляют кипячением.

Б) Мышьяково-щелочные методы. В зависимости от абсорбента эти методы разделяются на мышьяково-содовый и мышьяково-аммиачный.

Очищаемый газ поступает в абсорбер, где происходит его очистка от сероводорода. Далее насыщенный сероводородом раствор перекачивают через теплообменник, где он нагревается до 40°С и затем поступает на регенерацию. В регенератор подают сжатый воздух, который барботирует через раствор. После окисления кислородом воздуха и отделения серы, которая всплывает вместе с пузырьками воздуха в сепараторе, раствор возвращают на абсорбцию. Серу отделяют на вакуум-фильтре.

На интенсивность абсорбции влияет концентрация мышьяка в поглотителе и рН раствора.

Технологические схемы и аппаратура мышьяково-содового и мышьяково-аммиачного способов идентичны.

В) Процесс «Stгеtfогd». В этом процессе сероводород абсорбируют щелочным раствором (рН = 8,5-9,5), содержащим кроме карбоната натрия эквимолекулярное количество ванадата натрия-аммония и антрахинон - 2,6-2,7 - дисульфоната (АДА). Кроме того, к раствору добавляют натрий-калиевую соль винной кислоты, чтобы ванадат не выпадал в осадок.

Достоинством процесса является возможность исключить очень токсичные арсениты.

4) Хемосорбционные методы:

А) Железо-содовый метод. В этом процессе для поглощения используют взвесь гидроксидов двух- и трехвалентного железа. Суспензию приготавливают смешением 10%-го раствора Nа2СО3 с 18%-м раствором железного купороса.

Метод позволяет достичь степени очистки более 80%.

Б) Щелочно-гидрохиноновый метод. Сущность метода заключается в поглощении сероводорода щелочными растворами гидрохинона. При регенерации растворов выделяются элементная сера и тиосульфат натрия. Гидрохинон является катализатором. Чем выше концентрация хинона в растворе, тем активнее раствор. Метод состоит из следующих стадий: взаимодействие сероводорода с карбонатом натрия (содой); окисление гидросульфида натрия хиноном (окисленная форма гидрохинона); регенерация соды; регенерация хинона.

Метод позволяет очищать газ от начального содержания сероводорода.

5) Адсорбционные методы очистки. Наиболее глубокую очистку газов от H2S обеспечивают адсорбционные методы с использованием гидроксида железа, активного угля, цеолитов и других поглотителей.

Процесс очистки газов от H2S гидроксидом железа, используется давно. При прохождении газа через слой гидроксида железа H2S поглощается. Одновременно образуется некоторое количество FeS. Присутствующий в очищаемом газе кислород окисляет сульфидную серу с образованием гидроксида железа.

Очистку проводят при «близком к атмосферному» давлении и температуре 28-30°С.

Рекуперацию серы из отработанного поглотителя обычно проводят путем его обжига, направляя образующиеся в этом процессе газы в сернокислотное производство.

Эффективным поглотителем H2S является активный уголь. Высокая экзотермичность процессов окисления H2S при значительных концентрациях его в очищаемых газах обусловливает интенсивный разогрев слоя поглотителя и связанный с этим риск возгорания активного угля. В этой связи использование активного угля для очистки газов от H2S обычно ограничивают.

3. Преимущества и недостатки методов очистки

Абсорбционные и хемосорбционные методы широко применяют для очистки газов от сероводорода.

Сущность метода заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкими поглотителями - абсорбентами и хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости. В процессе хемосорбционной очистки выделяемые из газов компоненты вступают в химические реакции с хемосорбентами, при этом образуются новые вещества, регенерирующиеся и возвращающиеся вновь на абсорбцию.

Хемосорбционные методы подразделяют по типу хемосорбента и по типу получаемого продукта.

Процесс абсорбции (хемосорбции) газов проводят в пленочных, насадочных (с неподвижной и подвижной насадкой), тарельчатых и других аппаратах, называемых абсорберами. При этом абсорберы должны иметь высокую пропускную способность по газу, высокую эффективность, низкое гидравлическое сопротивление, простоту конструкции и удобство эксплуатации, небольшую металлоемкость; кроме этого аппаратура не должна забиваться осадками и коррозировать.

Очистка газов от диоксида серы ведется преимущественно хемосорбционными методами на основе извести или известняка. Достоинства этих методов - доступность и дешевизна абсорбентов, простая технологическая схема процесса, низкие капитальные и эксплуатационные затраты, а недостатками методов являются - невысокая эффективность, недостаточная степень использования известняка, образование отходов в виде шлама или загрязненного гипса.

Адсорбционные методы - избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой фазы твердыми телами - адсорбентами.

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

Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляются из адсорбентов десорбцией инертным газом или паром. В некоторых случаях проводят термическую регенерацию. Достоинствами этого процесса являются высокая степень очистки, газы не охлаждаются, и отсутствуют жидкости.

Адсорбционную очистку газов проводят в аппаратах адсорберах с неподвижным, движущимся и псевдосжиженным слоем сорбента в установках периодического и непрерывного действия. Наиболее часто этот метод применяют при регенерации органических растворителей.

Существуют следующие виды сорбентов:

а) неполярные твердые вещества, на поверхности которых происходит в основном физическая адсорбция;

б) полярные твердые вещества, на поверхности которых происходит химическая адсорбция без изменения структуры молекул газа и поверхности адсорбента;

в) вещества, на поверхности которых протекает чисто химическая адсорбция, причем десорбция молекул газа возможна только в результате химической или каталитической реакции.

Из неполярных адсорбентов самый распространенный - активированный уголь, а также часто используют синтетические минеральные силикогели и алюмогели. В качестве полярных адсорбентов применяют хемосорбенты на основе оксидов железа, меди и цинка, которые обеспечивают проектную степень очистки даже от технологических газов.

Например, при адсорбции газов, содержащих SO2, применяют как активированные угли, так и полукоксы, активированный силикагель, карбонат кальция, активированный MnO2.

В конце хочется упомянуть способ очистки газов с использованием микроорганизмов, который пока не нашел широкого применения, однако он весьма перспективен.

Например, подобную очистку применяют для дезодорации воздуха, удаления из отходящих газов примесей аммиака, формальдегида, фенола, цианистого водорода, бутилацетата, фурфурола, азот- и серосодержащих соединений и других загрязнителей. Газы фильтруют через твердый слой, содержащий биологически активные вещества - ферменты, либо промывают суспензиями с частицами активного ила.

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

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

4. Расчет показателей оценки абсорбционных методов очистки газового потока

Объем выпуска 10000(т/год)

Завод работает 3 года. Процентная ставка банка - 17%.

Показатель, учитывающий характер рассеивания - 1.5.

Норматив экологического ущерба от загрязнения атмосферы - 2.4(руб/усл.т)

Показатель типа территории - 2.

Расчет показателей оценки для фосфатного процесса очистки:

КОГ₁=(0.5-0.1)*54.8*10000/(0.5*54.8)*10000=219200/274000=0.8

C=2.4*1.5*2=7.2

e₁=(7.2*219200)/(7750-7200)*10000=1578240/5500000=0.29

а₁=1

а₂=0.85

a₃=0.73

а=1+0.85+0.73=2.58

Э₁=(1578240-5500000)*2.58/9800000=-1.03 (руб/руб)

Расчет показателей оценки для мышьяково-щелочного метода очистки:

КОГ₁=(0.5-0.035)*54.8*10000/(0.5*54.8)*10000=254820/274000=0.93

C=2.4*1.5*2=7.2

e₁=(7.2*254820)/(7420-7200)*10000=1834704/2200000=0.83

а₁=1

а₂=0.85

a₃=0.73

а=1+0.85+0.73=2.58

Э₁=(1834704-2200000)*2.58/13400000= -0.07 (руб/руб)

Расчет показателей оценки для метода очистки Stretford:

КОГ₁=(0.5-0.01)*54.8*10000/(0.5*54.8)*10000=268520/274000=0.98

C=2.4*1.5*2=7.2

e₁=(7.2*268520)/(8000-7200)*10000=1933344/8000000=0.24

а₁=1

а₂=0.85

a₃=0.73

а=1+0.85+0.73=2.58

Э₁=(1933344-8000000)*2.58/16000000=-0.98 (руб/руб)

Из графика видно, что эффективность увеличивается при увеличении капитальных вложений в очистительные сооружения.

Судя по графику зависимости эффективности от ставки процента можно сказать, что эффективность падает при увеличении ставки процента, следовательно, здесь обратная зависимость.

Из графика видно, что чем больше норматив экологического ущерба, тем эффективнее внедрение очистительных систем.

Та же самая зависимость наблюдается и с коэффициентом рассеивания. Зависимость линейная

При большем объеме загрязняющего вещества до очистки наблюдается большая эффективность использования очистительных систем

Зависимость между эффективностью и кол-во загрязняющего вещества после очистки обратно пропорциональна.

Заключение

Проанализировав классификацию методов очистки атмосферы от сероводорода, а также, показав преимущества и недостатки этих методов, мы произвели расчеты показателей оценки трех методов очистки атмосферы от сероводорода:

1) фосфатного метода

2) мышьяково-щелочного метода

3) метода Stretford

С точки зрения экономии мышьячно-щелочный метод наиболее эффективен, хотя издержки все равно превышают выгоду от использования этого метода очистки сероводорода.

Поэтому абсорбционный метод наиболее целесообразен при очистке газового потока от сероводорода. Процесс абсорбции (хемосорбции) газов проводят в пленочных, насадочных (с неподвижной и подвижной насадкой), тарельчатых и других аппаратах, называемых абсорберами. При этом абсорберы должны иметь высокую пропускную способность по газу, высокую эффективность, низкое гидравлическое сопротивление, простоту конструкции и удобство эксплуатации, небольшую металлоемкость; кроме этого аппаратура не должна забиваться осадками и коррозировать.

Список используемой литературы:

1. Арустамов Э.А. Природопользование. М.: Дашков и К, 2005.

2. Ганз С.Н., Кузнецов И.Е. Очистка промышленных газов. Киев, 1967

3. Криксунов Е.А. Экология. М.: Дрофа, 1995.

4. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. М.: АО МДС, Юнисам, 1995.

5. Муравьева С.И., Прохорова Е.К. Справочник по контролю вредных веществ в воздухе. -- М.: Химия, 1988.

6. Мухутдинова А.А. Основы и менеджмент промышленной экологии. Казань: Магариф, 1998.

7. Снакин В.В. Экология и охрана природы: Словарь-справочник. -- М.: Академия, 2000.

8. Чуйкова Л.Ю. Общая экология. - М., 1996.