Санкт-Петербургский государственныйполитехнический университет
Факультет Экономики и менеджмента
Кафедра «Национальная экономика»
Курсовая работа
по дисциплине
Экономика природопользования
На тему:
Оценка эффективности методов очисткигазового потока от сернистого ангидрида
Выполнила: Глущенко И.А.
№ зачетнойкнижки 08070505
Группа 30710/1
Проверила: Некрасова Т.П.
Санкт-Петербург 2010
Содержание
Введение
1. Сернистый ангидрид как один из опаснейших видовзагрязняющих веществ
2. Методы очистки газового потока от сернистогоангидрида, их преимущества и недостатки
2.1 Абсорбционный метод
2.2 Адсорбционный метод
2.3 Каталитический метод
2.4 Аммиачный метод
2.5 Биохимический метод
2.6 Метод орошения известковыммолоком
3. Расчет показателей оценки методов очистки газовогопотока от сернистого ангидрида по абсорбционному методу
4. Графики зависимости показателей оценки от различныхпараметров
Заключение
Список литературы
Введение
По всему миру существуетогромное количество заводов, комбинатов, промышленных комплексов. Человеквсегда стремился создавать. Создавать больше, лучше, прибыльнее. И вместе с темне заметил, как создал себе глобальную проблему – экологическую.
В настоящее время, врезультате производственной и хозяйственной деятельности человека в атмосферувыбрасывается громадное количество кислых газов, в основном сернистыхсоединений, поступающих в атмосферу в результате сжигания твердого, жидкого игазообразного серосодержащего топлива в котельных, электростанциях ипромышленных печах, относительно быстро осаждающегося на землю, преимущественнов виде «кислых дождей».
Выбросы загрязняющихвеществ в атмосферу и сточные воды агломератами токсичны для человека ивызывают не только загрязнение окружающей среды, но и разрушение строительныхконструкций и сооружений, а также активную коррозию технологическогооборудования. Поэтому на сегодняшний день остро стоит проблема отчистки. Вчастности от такого опасного вещества как сернистый ангидрид SO2.
Цель этой курсовой работырассмотреть наиболее эффективные методы очистки газовых потоков от сернистогоангидрида с точки зрения экологии и экономики.
1. Сернистый ангидридкак один из опаснейших видов загрязняющих веществ
Сернистыйангидрид – наиболее распространенное соединение серы. Среди газообразных ижидких загрязняющих веществ, которые выбрасываются в атмосферу, сернистыйангидрид SO2 составляет более 10%. Это токсичное вещество, котороеоказывает отрицательное воздействие на здоровье людей и окружающую среду. [2] Антропогенноезагрязнение серой в два раза превосходит природное. Сернистый ангидридвыбрасывается в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природногогаза, а также при выплавке цветных металлов и производстве серной кислоты.[3] Наибольшееколичество сернистого ангидрида SO2выбрасываетсятепловыми электростанциями, работающими на многосернистом топливе. Наметаллургических предприятиях более 80% сернистых соединений выбрасываются ватмосферу вместе с отходящими газами агломерационных фабрик. Большое количествосернистого ангидрида выбрасывается при переработке сернистых руд. В областихимической промышленности основные источники ядовитых выбросов — предприятия,производящие серу, серную кислоту и перерабатывающие эти продукты. [2] Сернистыйгаз вреден для человека. Он раздражает верхние дыхательные пути, так как легкорастворяется в слизи гортани и трахеи. Постоянное воздействие сернистого газаможет вызвать заболевание дыхательной системы, напоминающее бронхит. Сам посебе этот газ не наносит существенного ущерба здоровью населения, но ватмосфере реагирует с водяным паром с образованием вторичного загрязнителя –серной кислоты (Н2SО4). Капли кислоты переносятся назначительные расстояния и, попадая в легкие, сильно их разрушают. Наиболееопасная форма загрязнения воздуха наблюдается при реакции сернистого ангидридас взвешенными частицами, сопровождающейся образованием солей серной кислоты,которые при дыхании проникают в легкие и там оседают. [1]
2. Методы очисткигазового потока от сернистого ангидрида, их преимущества и недостатки
Пирометаллургическиепредприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают ватмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. Он выделяется в процессесгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. вгод). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков вгорнорудных отвалах. [7]
Поэтому существуетмножество способов очистки газовых потоков от сернистого ангидрида. Вот одни изних:
2.1 Абсорбционныйметод
Суть: Очистка газовых выбросов путемразделения газовой смеси на составные части за счет поглощения одной илинескольких вредных примесей (абсорбатов), содержащихся в этой смеси, жидкимпоглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.
Растворимость в водесернистого ангидрида превышает сотых долей грамма на 1 кг воды, поэтому приобработке газовых примесей, содержащих этот вредный газ, требуются большиеколичества воды.
Контакт очищаемых газов сабсорбентом осуществляется пропусканием газа через насадочную колонну, либораспылением поглощающей жидкости, либо барботажем через ее слой.
Применение: Абсорбция жидкостями применяется впромышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и другихсернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H2SO4), диоксида и оксидауглерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучиерастворители и др.).
Преимущества: Достоинство метода абсорбциизаключается в непрерывности ведения технологического процесса и экономичностиочистки больших количеств газовых выбросов.
Недостатки: Недостаток — громоздкостьоборудования и необходимость создания систем жидкостного орошения. В процессеочистки газы подвергаются охлаждению, что снижает эффективность их рассеянияпри отводе в атмосферу. В процессе работы абсорбционных аппаратов образуетсябольшое количество отходов, состоящих из смеси пыли, поглощающей жидкости ивредных примесей, которые подлежат транспортировке и утилизации, что усложняети удорожает процесс очистки.[4]
Кроме того, на практике сотходящими газами выбрасываются в основном N0 и NO2 одновременно. Основнаясложность абсорбционной очистки связана с низкой химической активностью ирастворимостью оксида азота. [9]
2.2 Адсорбционныйметод
Суть: При адсорбционных методах газыпоглощаются твердыми пористыми веществами. Поглощаемые молекулы газаудерживаются на поверхности твердых тел за счет физической адсорбции (силыВан-дер-Ваальса) либо химическими силами.
Адсорбция рекомендуетсядля очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированныевещества удаляются из адсорбентов десорбцией инертным газом или паром. Внекоторых случаях проводят термическую регенерацию.
Адсорбционную очисткугазов проводят в аппаратах адсорберах периодического и непрерывного действия.Наиболее часто этот метод применяют при регенерации органических растворителей.
Самый распространенныйадсорбент — активированный уголь.
Так, например, приадсорбции газов, содержащих SO2, применяют как активированные угли, так иполукоксы, активированный силикогель, карбонат кальция, активированный MnO2.[5]
Адсорбционные методыявляются одним из самых распространенных в промышленности способов очисткигазов. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/мі, очистка оказываетсядаже рентабельной.[8]
Преимущества: Достоинствами этого процесса являютсявысокая степень очистки, газы не охлаждаются, и отсутствуют жидкости.
Недостатки: Основной недостаток адсорбционногометода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующегоразделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентныхсмесей. [8]
2.3 Каталитическийметод
Суть: Каталитический метод предназначен дляпревращения вредных примесей, содержащихся в отходящих газах промышленныхвыбросов, в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды сиспользованием специальных веществ — катализаторов. Катализаторы изменяютскорость и направление химической реакции, например реакции окисления.
В качестве катализаторовиспользуют благородные металлы или их соединения Катализаторная масса располагаетсяв специальных реакторах в виде насадки из колец, шаров, пластин или проволоки,свитой в спираль, из нихрома, никеля, окиси алюминия с нанесенным наповерхность этих элементов слоем благородных металлов микронной толщины.
Применение: Каталитические методы широкоиспользуют для очистки от вредных примесей, содержащихся в газовоздушныхвыбросах цехов окраски, а также для нейтрализации выхлопных газов автомобилей.
Преимущества: Основным преимуществом каталитическихметодов является их высокая чувствительность к веществам с молекулярной массойпорядка 100 — Cкат, min = 10-17 г/мл = 10-11 мкг/мл. Определить такиеколичества вещества практически невозможно из-за загрязнения воды, воздуха,реагентов, колебаний фона. Важнейшим преимуществом каталитического методаявляется не только высокая чувствительность, а сочетание высокойчувствительности с простотой аппаратурного оформления и методики эксперимента.Обычно исследователь может выбрать наиболее доступный и дешевый способ детекциискорости индикаторной реакции.
Каталитические методыдают возможность провести определение за 10 мин и менее. Кроме того, эти методыдостаточно точны.
Недостатки: Самым большим недостаткомкаталитических методов является их относительно невысокая селективность. Частона каталитическую активность определяемого компонента оказывают влияниевещества, образующие с ним комплексные соединения, меняющие степень егоокисления и т.д. Однако в настоящее время химики-аналитики научились повышатьселективность каталитических методов, используя различные приемы.
2.4 Аммиачный метод
Суть: Процесс очистки выхлопных газов отSO2 аммиачным методом заключается в промывке газа аммиачной водой. При этомпротекает реакция
SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4) + 2SO3;
(NH4)2 SO3 + SO2 + H2O = 2 NH4 + HSO3.
В газовую смесьвпрыскивают аммиак, который, взаимодействуя c кислыми веществами, образуетсоединения аммония. Собранная на электрофильтре твердая фаза направляется нарегенерацию аммиака, благодаря чему расход аммиака в процессе невелик.
Преимущества: Так как при взаимодействии сернистогогаза с аммиачной водой получаются аммиачные соли, используемые как удобрение всельском хозяйстве, аммиачный метод очистки газов от SO2 перспективен.Позволяет одновременно с очисткой газов от SO2 получать сульфит и бисульфитаммония, которые используются, как товарные продукты либо разлагаются кислотойс образованием высококонцентрированной SO2 и соответствующей соли.
Недостатки: Аммиачные методы относительноэкономичны и эффективны, но недостаток их — безвозвратные потери дефицитногопродукта — аммиака.
2.5 Биохимическийметод
Суть: Газы фильтруют через твердый слой,содержащий биологически активные вещества — ферменты, либо промываютсуспензиями с частицами активного ила.
В качестве фильтрующегослоя используют почву, компост, торф, а также их смеси с активным илом, ккоторому добавляют питательные вещества.
Преимущества: Этот способ очистки газов сиспользованием микроорганизмов пока не нашел широкого применения, однако онвесьма перспективен.
Недостатки: В настоящее время областьпромышленного применения метода ограничена только теми компонентами газовыхпотоков, которые поддаются биохимическому окислению.
2.6 Метод орошенияизвестковым молоком
Суть: При орошении потока продуктовсгорания известковым молоком можно добиться улавливания до 90% сернистогоангидрида, причём стоимость очистки составляет всего около 12% стоимоститоплива.
Преимущества: Этот метод добивается улавливания до90% сернистого ангидрида, причём стоимость очистки составляет всего около 12%стоимости топлива.
Недостатки: При применении известковых суспензийв газоочистной аппаратуре образуются карбонатные отложения, затрудняется работараспылителей и жидкостных трактов системы газоочистки. Для устранения этихнедостатков применяют известково-щелочной метод улавливания сернистогоангидрида, при котором оксиды серы улавливают с помощью щелочного раствора, аизвесть используют для подщелачивания жидкости. Этот метод рекомендуетсяприменять только на технологическом оборудовании, выпускаемом серийно. [6]
очисткагазовый поток сернистый ангидрид
3. Расчет показателейоценки методов очистки газового потока от сернистого ангидрида поабсорбционному методу
Рассчитаем показателикоэффициента очистки газового потока, экономичность и эффективность на основеданных, предложенных в Таблице 1 [11]:
Таблица 1
Показателиочистки газовПоказатель
Концентрация, мг/м3 Эффективность, % До очистки После очистки Аммиак 18 0,2 98,9 Сероводород 34,6 0,002 99,99
Диоксид серы
21,6
0,003
99,99 Оксиды азота 3,2 0,001 99,97 Оксиды углерода 89,2 4,2 95,3 Меркаптаны 9,2 0,06 99,3
Построим на основе этихданных свою Таблицу 2
Таблица 2
Наименование
параметров
Концентрация, мг/м3
ai, показатель относительной опасности SO2(усл.т/т) До очистки После очистки
SO2 (сернистый ангидрид) 21,6 0,003 22
Себестоимость, руб./м3.прод. 9 500 10 000 Капитальные вложения, млн.руб. 80
1 мг/м3 = 1,0* 10-9т/ м3
Объем выпуска продукции1000 м3/год. Показатель, учитывающий характер рассеивания = 1,2.Норматив удельного экономического ущерба = 1,65 руб/усл.т. Процентная ставкабанка = 20%. Цех работает 3 года
Коэффициент очисткигазового потока от сернистого ангидрида:
КОГ = />= /> = =
/>0,998826
Экономичность:
/>= 1,65 * 1,2 = 1,98 усл.т/т.
е = />= />руб/руб
Эффективность:
/>
Э = />=/>/>= 0,013 руб/руб
4.Графики зависимости показателей оценки от различных параметров
Рассмотрим зависимостьэффективности от ситуации на рынке денег, т.е. от ставки процента при ранеезаданных значениях себестоимости, капиталовложений и проч. в Таблице 3
Таблица 3i, процентная ставка, % б Эффективность, руб/руб 10 2,73553719 0,015040345 15 2,625708885 0,014436494 20 2,527777778 0,013898056 25 2,44 0,013415442 30 2,360946746 0,012980797
/>
Чем меньше ставкапроцента, тем эффективнее очистка.
Рассмотрим зависимостьэффективности от себестоимости очистки при ранее заданных значениях ставкипроцента, капиталовложений и проч. в Таблице 4
Таблица 4
Себестоимость очистки, руб./м3 Эффективность, руб/руб 300 0,020235274 400 0,017072774 500 0,013910274 600 0,010747774 700 0,007585274
/>
Чем ниже себестоимостьочистки, тем выше эффективность.
Рассмотрим зависимостьэффективности от капиталовложений при ранее заданных значениях ставки процента,себестоимости и проч. в Таблице 5
Таблица 5Капиталовложения, млн руб Эффективность, руб/руб 60 0,018547032 70 0,015897456 80 0,013910274 90 0,012364688 100 0,011128219
/>
Чем больше мы вкладываем,тем меньше экономическая эффективность производства, большие затраты на очисткуне выгодны предприятиям. Однако это не значит, что отсутствие капиталовложений– идеальный вариант. Нарушив экологические нормы, предприятие понесет большиепотери. Следовательно, капиталовложения на утилизацию отходов и очисткуатмосферы должны быть целесообразными в данных условиях.
Заключение
Итак, мы рассмотрелиметоды очистки газовых потоков от сернистого ангидрида. Какие-то из нихявляются эффективными только с экологической точки зрения, например, методадсорбции, другие – с экономической, метод орошения известковым молоком.
К сожалению, методов безнедостатков не существует, как не существует и идеального производства. Однакоидеальным вариантом производственного процесса, не загрязняющего окружающуюсреду, было бы производство с переработкой отходов и потреблением их в качествевторичного сырья. Имеет место создание территориально-промышленных комплексов сзамкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплексаопять же с целью дальнейшей их переработки. И именно поэтому разработка ивнедрение принципиально новых технологических процессов и систем очисткиявляется сейчас основным направлением технического прогресса и становлениемперехода к безотходному производству и безотходным технологиям.
Списоклитературы
1. www.bigpi.biysk.ru/encicl/articles/03/1000392/1000392F.htm
2. Статья «Инновационные технологии всфере улавливания сернистого ангидрида» (zirka-eco.narod.ru/doc/so2.doc)
3. ru.wikipedia.org/wiki/Сернистый_ангидрид
4. НГПУ: Учебные материалы: Лекции БЖД:Лекция 15: Экобиозащитная техника. Очистка газов(cit.nnspu.ru/materials/tef/safety/15.pdf)
5. Курс лекций Первовой И.Г. «Основыпромышленной экологии» (http://fhtzb.ru/Lib/Lec/pe/pe07.htm)
6. edu.dvgups.ru/METDOC/GDTRAN/NTS/TEPLOVOZ/TEH_OB_EX/METOD/KATIN/Kot6.htm
7. www.ecology-94.narod.ru/atmosphere.htm
8. www.ru.greenplanet.su/trade/adsorption/
9. www.bsresurs.ru/voprosy/kratkii-kurs-ekologii/absorbtscionnye-metody-ochistki-gazov-ot-so2-oksidov-azota-h2s-galogenov-i-ih-soedinenii.html
10. А.А.Абросимов «Экологияпереработки углеводородных систем». М: Химия, 2002.
11. www.ngs-envk.com/index.php?loc=9&id=8
(Нефтегаз)