Министерство  образования и науки

Санкт-Петербургский  государственный 

политехнический университет

Кафедра экономики и менеджмента недвижимости и технологий 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая работа по экономике природопользования

на  тему: «Выбор метода очистки газового потока от сероводорода» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Проверила доктор эк. наук, проф. ___________ Т.П. Некрасова

Сдал  студент группы ______________  
 
 
 
 
 
 

г. Санкт-Петербург

2011 г.

     Оглавление

     Введение

    Одной из важнейших проблем в природоохранной  деятельности является защита атмосферы  от загрязнений, которые в значительных масштабах выбрасываются промышленностью, энергетическими производствами и транспортом.

    В настоящее время, в результате производственной и хозяйственной деятельности человека в атмосферу выбрасывается громадное  количество кислых газов, в основном сернистых соединений, поступающих  в атмосферу в результате сжигания твердого, жидкого и газообразного серосодержащего топлива в котельных, электростанциях и промышленных печах, относительно быстро осаждающегося на землю, преимущественно в виде кислотных дождей.

    Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу  и сточные воды агломератами токсичны для человека и вызывают не только загрязнение окружающей среды, но и разрушение строительных конструкций и сооружений, а также активную коррозию технологического оборудования. Поэтому на сегодняшний день остро стоит проблема отчистки. В частности от такого опасного вещества как сероводород H₂S_.

    Цель  данной курсовой работы – рассмотреть наиболее эффективные методы очистки газовых потоков от сероводорода с точки зрения экологии и экономики.

    1. Сероводород как один из опаснейших видов загрязняющих веществ

    Сероводород – газ, тяжелее воздуха, на открытом воздухе может скапливаться в малопроветриваемых низинах в больших концентрациях.

    Сероводород - термически неустойчив (при температурах более 400°С разлагается на простые элементы).

    Класс опасности – 2, имеет запах тухлых яиц. ПДК_мр равно 0,008 мг/м³. 

    1.1 Нахождение в природе и техногенные источники.

    В природе сероводород встречается  в составе нефти, природного газа, вулканических газов и в горячих источниках.

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

    Среднее содержание в атмосфере 0,3 мкг/м³ (0,0003 мг/м³). Достаточно высокие концентрации могут наблюдаться вблизи точечных источников (до 0,20 мг/м³). 

    2.2 Трансформация в окружающей среде.

    В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву.

    Некоторые фотосинтезирующие бактерии, например, зеленые серные бактерии, в качестве донора водорода используют сероводород. 

    2.3 Влияние на живые организмы.

    Сероводород – весьма токсичное вещество, так  как является ингибитором фермента цитохромоксидазы – переносчика  электронов в дыхательной цепи. Он блокирует перенос электронов с цитохромоксидазы на кислород.

    Токсичность сероводорода проявляется в раздражающем действии на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, угнетении тканевых дыхательных  ферментов. При хронической интоксикации развиваются функциональные нарушения нервной системы, упадок питания, малокровие, бронхит, дрожание пальцев и век, боли в мышцах и по ходу нервных стволов. Вызывает поражение дыхательных путей и глаз.

    В высоких дозах нарушают тканевое дыхание, возможно прямое поражение  центральной нервной системы с параличом дыхательного центра. В тяжелых случаях отравления – наблюдается токсический отек легких и кома, в при молниеносных – паралич дыхания и сердечной деятельности.

    Длительное  и систематическое воздействие  приводит к снижению иммунобиологической реактивности организма, увеличению общей неспецифической заболеваемости, в том числе заболеваниями легочной системы, неврозами.

     2. Методы очистки газового потока от сероводорода, их преимущества и недостатки

    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.

    Поэтому существует множество способов очистки газовых потоков от сероводорода. Вот некоторые из них:

    2.1 Абсорбционный метод

    Очистка газовых выбросов путем разделения газовой смеси на составные части  за счет поглощения одной или нескольких вредных примесей (абсорбатов), содержащихся в этой смеси, жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

    Растворимость в воде сероводорода превышает сотых долей грамма на 1 кг воды, поэтому при обработке газовых примесей, содержащих этот вредный газ, требуются большие количества воды.

    Контакт очищаемых газов с абсорбентом осуществляется пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением поглощающей жидкости, либо барботажем через ее слой.

    Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H₂SO₄), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).

    Преимущества: 1) непрерывность ведения техноло-гического процесса; 2) экономичность очистки больших количеств газовых выбросов.

    Недостатки: громоздкость оборудования и необходимость создания систем жидкостного орошения; снижение эффективности рассеяния газов при отводе в атмосферу в виду того, что в процессе очистки они подвергаются охлаждению; образование большого количества отходов, состоящих из смеси пыли, поглощающей жидкости и вредных примесей, которые подлежат транспортировке и утилизации, что усложняет и удорожает процесс очистки. [4]

    Кроме того, на практике с отходящими газами выбрасываются в основном NО и NO₂ одновременно. Основная сложность абсорбционной очистки связана с низкой химической активностью и растворимостью оксида азота. [9]

    2.2 Адсорбционный метод

    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.

    Адсорбционную очистку газов проводят в аппаратах  адсорберах периодического и непрерывного действия. Наиболее часто этот метод  применяют при регенерации органических растворителей.

    Самый распространенный адсорбент - активированный уголь. Так, например, при адсорбции газов, содержащих H₂S, применяют как активированные угли, так и полукоксы, активированный силикогель, карбонат кальция, активированный MnO₂. [5]

    Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки  газов. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/мі, очистка оказывается даже рентабельной.[8]

    Преимущества: 1) высокая степень очистки; температура газов не изменяется; 2) отсутствие жидкости.

    Недостатки: 1) большая энергоемкость стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет применение метода для многокомпонентных смесей. [8]

    2.3 Каталитический метод

    Каталитический  метод предназначен для превращения  вредных примесей, содержащихся в  отходящих газах промышленных выбросов, в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды с использованием специальных веществ — катализаторов. Катализаторы изменяют скорость и направление химической реакции, например реакции окисления.

    В качестве катализаторов используют благородные металлы или их соединения. Катализаторная масса располагается в специальных реакторах в виде насадки из колец, шаров, пластин или проволоки, свитой в спираль, из нихрома, никеля, окиси алюминия с нанесенным на поверхность этих элементов слоем благородных металлов микронной толщины.

    Каталитические  методы широко используют для очистки  от вредных примесей, содержащихся в газовоздушных выбросах цехов  окраски, а также для нейтрализации  выхлопных газов автомобилей.

    Преимущества: 1) простота аппаратурного оформления и методики эксперимента; возможность провести определение за 10 мин и менее; 2) достаточная точность; 3) высокая чувствительность к веществам с молекулярной массой порядка 100 - Cкат, min = 10-17 г/мл = 10-11 мкг/мл (определить такие количества вещества практически невозможно из-за загрязнения воды, воздуха, реагентов, колебаний фона).

    Недостатки: 1) относительно невысокая селективность (в настоящее время химики-аналитики научились повышать селективность каталитических методов, используя различные приемы).

    2.4 Аммиачный метод

    Процесс очистки выхлопных газов от H₂S аммиачным методом заключается в промывке газа аммиачной водой.

    В газовую смесь впрыскивают аммиак, который, взаимодействуя с кислыми веществами, образует соединения аммония. Собранная на электрофильтре твердая фаза направляется на регенерацию аммиака, благодаря чему расход аммиака в процессе невелик.

    Преимущества: 1) аммиачные соли, возникающие в результате взаимодействия сернистого газа с аммиачной водой, используются как удобрение в сельском хозяйстве; 2) метод позволяет одновременно с очисткой газов от H₂S получать сульфит и бисульфит аммония, которые используются, как товарные продукты либо разлагаются кислотой с образованием высококонцентрированного H₂S и соответствующей соли.

    Недостатки: 1) безвозвратные потери дефицитного продукта - аммиака.

    2.5 Метод орошения известковым молоком

    При орошении потока продуктов сгорания известковым молоком можно добиться улавливания до 90% сероводорода, причём стоимость очистки составляет всего около 12% стоимости топлива.

    Преимущества: 1) высокая степень очистки; 2) экономичность.

    Недостатки: 1) образование карбонатных отложений в газоочистной аппаратуре в результате применения известковых суспензий, затруднение работы распылителей и жидкостных трактов системы газоочистки; 2) возможность применять метод только на технологическом оборудовании, выпускаемом серийно. [6]

    очистка газовый поток сернистый ангидрид

3. Расчет показателей оценки методов очистки газового потока от сероводорода по абсорбционному методу

    Рассчитаем показатели коэффициента очистки газового потока, экономичность и эффективность на основе данных, предложенных в Таблице 1 [11]:

    Таблица 1

    Для расчётов составим таблицу по сероводороду.

    Таблица 2

    1 мг/м³ = 10^-9 т/ м³ 

    Объем выпуска продукции 1000 м³/год.

    Показатель, учитывающий характер рассеивания: 1,2.

Норматив  удельного экономического ущерба: 1,65 руб/усл.т.

    Процентная  ставка банка: 20%.

    Цех работает 3 года

    3.1 Коэффициент очистки газового потока от сероводорода

КОГ = = = 0,998826

    3.2 Экономичность

    С = * K₂ = 1,65 * 1,2 = 1,98 усл.т/т.

     = руб/руб

    3.3 Эффективность

    Э = = =  = 0,013 руб/руб

     4. Графики зависимости показателей оценки от различных параметров

    Рассмотрим  зависимость эффективности от ситуации на рынке денег, т.е. от ставки процента при ранее заданных значениях  себестоимости, капиталовложений и  проч. в Таблице 3.

    Таблица 3

    Рисунок 1

    Чем меньше ставка процента, тем эффективнее  очистка.

    Рассмотрим зависимость эффективности от себестоимости очистки при ранее заданных значениях ставки процента, капиталовложений и проч. в Таблице 4.

    Таблица 4

    Рисунок 2

    Чем выше себестоимость очистки, тем выше эффективность.

    Рассмотрим  зависимость эффективности от капиталовложений при ранее заданных значениях  ставки процента, себестоимости и  проч. в Таблице 5

    Таблица 5

Рисунок 3

    Чем больше мы вкладываем, тем меньше экономическая  эффективность производства, большие  затраты на очистку не выгодны  предприятиям. Однако это не значит, что отсутствие капиталовложений – идеальный вариант. Нарушив экологические нормы, предприятие понесет большие потери. Следовательно, капиталовложения на утилизацию отходов и очистку атмосферы должны быть целесообразными в данных условиях.

     Заключение

    В работе были рассмотрены методы очистки газовых потоков от сероводорода. Некоторые из них являются эффективными только с экологической точки зрения, как например, метод адсорбции; другие – с экономической, как метод орошения известковым молоком.

     Наиболее  целесообразным методом очистки газового потока от сероводорода с точки зрения затрат и эффективности оказался абсорбционный метод.

     В реальности методов без недостатков не существует, равно как не существует производства без выбросов. Тем не менее, наилучшим вариантом производственного процесса, не загрязняющего окружающую среду, было бы производство с переработкой отходов и потреблением их в качестве вторичного сырья. Имеет место создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса опять же с целью дальнейшей их переработки. И именно поэтому разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем очистки является сейчас основным направлением технического прогресса и становлением перехода к безотходному производству и безотходным технологиям.

     Список литературы

1. В.В. Глухов, Т.П. Некрасова. Экономические основы экологии. – СПб: Питер, 2003.
2. А.А. Абросимов. Экология переработки углеводородных систем. – М.: Химия, 2002.
3. Э.А. Арустамов. Природопользование. М.: Дашков и К, 2005.
4. Н.С. Ахметов. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 2001.
5. А.А. Мухутдинова. Основы и менеджмент промышленной экологии. – Казань: Магариф, 1998.
6. Снакин В.В. Экология и охрана природы: Словарь-справочник. — М.: Академия, 2000.
7. http://www.chelpogoda.ru/pages/608.php
8. http://ru.wikipedia.org/wiki/Сероводород
9. htmhttp://www.ecology-94.narod.ru/atmosphere.htm
10. http://www.ru.greenplanet.su/trade/adsorption/
11. http://www.ngs-envk.com/index.php?loc=9&id=8