Анализ загрязнения окружающей среды при сжигании различных видов ископаемых топлив

• ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Вирумааский колледж

RAH3170 Охрана окружающей среды

 Алексеенко Кристина

111998RDKR41

Преподаватель: лектор А.А. Згуро

Кохтла-Ярве 2013

Интенсивное развитие энергетики, промышленности и транспорта неизбежно  вызывает рост потребления углеводородного  топлива, что, в свою очередь, увеличивает  количество продуктов его сгорания, выбрасываемых в атмосферу.  
Количество выбрасываемых в атмосферу экологически вредных химических соединений, веществ и элементов продуктов сгорания топлива удваивается каждые 12-14 лет, в связи с чем проблема загрязнения атмосферы продуктами сгорания топлива относится к одной из глобальных проблем современности. 

Использование ископаемых видов топлива, а именно процесс их сгорания, оказывает  отрицательное воздействие на окружающую среду и является причиной глобального  изменения климата. Глобальное потепление означает постепенное увеличение средней температуры воздуха на поверхности Земли. Потепление означает  увеличение в атмосфере концентрации так называемых парниковых газов.

Так же при сгорании топлива происходит  выпадение кислотных дождей- мы питаемся продуктами, пьем воду и вдыхаем воздух, на которые воздействуют кислотные осадки.

Качество воздуха ухудшается не только из-за парниковых газов, SO2 и NOx, вызывающих кислотные дожди, но и  из-за попадания в атмосферу мелких частиц при сгорании органического  топлива .

С увеличением в ХХ столетии масштабов добычи нефти возросло и ее количество, транспортируемое по всему миру, в основном морским путём.А у щерб, вызванный транспортировкой нефти, связан с загрязнением морей. Несмотря на тот факт, что транспортировка нефти в основном безопасна, масштабы перевозок и размеры танкеров являются причиной того, что любой происшедший несчастный случаи всегда имеет огромные последствия.

Топливо – органическое соединение, встречающееся в природе в достаточном для его использования количестве, доступное для добычи и его переработки и выделяющее при его сжигании достаточное количество тепла, используемого в теплоэнергетических установках. По органическому составу и агрегатному состоянию топливо подразделяется на твердое, жидкое и газообразное.

Ископаемое топливо — это нефть, каменный уголь, горючий сланец, природный газ и его гидраты, торф и другие горючие минералы и вещества, добываемые под землёй или открытым способом. Ископаемые виды топлива формируется из окаменелых останков отмерших растений в процессе разложения в анаэробных условиях под воздействием тепла и давления в земной коре в течение миллионов лет

Ископаемые виды топлива являются невозобновимым природным ресурсом, так как накапливались миллионы лет.

• Нефть

Нефть— природна я маслянистая  горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. По цвету нефть бывает красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть; имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли. Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых. Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км.  На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и др.

Название нефти в английском и некоторых других языках (Petroleum), образовано сложением двух слов: камень и масло, т.е. буквально «каменное масло». Нефть — результат захоронения органического вещества (керогена) в водно-осадочных отложениях.

Из нефти получают бензин, керосин, мазут, дизельное и другие виды топлива. Мировые запасы нефти составляют св. 130 млрд. т. Наибольшие запасы нефти сосредоточены в странах Ближнего Востока: Саудовской Аравии, Кувейте, Иране и Ираке. Впервые нефть стали добывать в конце позапрошлого века, в 1880 году. И с этих времен добыча черного золота, как поспешили окрестить нефть, лишь увеличивалась. В настоящее время это жидкое топливо покрывает больше шестидесяти процентов энергетических потребностей во всем мире.

Нефть добывают в основном с помощью  бурения скважин на суше, морях  и океанах. Нефть и сопутствующий газ находятся в пластах под давлением, поэтому нефть как бы вытесняется давлением на поверхность. Такой способ добычи называется фонтанным. По мере добычи нефти давление в пласте уже становится недостаточным, поэтому это давление создают искусственно. Для этого бурят рядом не одну, а две скважины и в одну из них пропускают газ под определенным напором, а через другую скважину этот газ вытесняет оставшуюся нефть. Нефть, только что добытую из скважины, называют сырой. Сырая нефть – это сложное вещество, имеет вид маслянистой жидкости и представляет собой смесь углеводородов. Всего всех углеводородов входящих в состав смеси около 70 %. А остальные 30 % - это неуглеводородные компоненты и вода. Если отделить воду от нефти, то получим товарную нефть. Однако ее нельзя использовать ни в качестве топлива, ни в качестве сырья для химических процессов. Она должна быть переработана.

• Уголь

Уголь — вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступакислорода. Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива.

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода (примерно 400 млн лет назад), накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 300—400 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда  гниющий растительный материал накапливается  быстрее, чем происходит его бактериальное  разложение. Идеальная обстановка для  этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса выделяемые в ходе него кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. 

Применение каменного угля очень  разнообразно и широко. Его используют для выработки электроэнергии на тепловых электростанциях, а также  сжигают и для других энергетических целей; из него получают кокс для металлургического  производства, а при химической переработке делают еще около 300 различных продуктов промышленности. В последнее время возрастает потребление каменного угля для новых целей – получения горного воска, пластмасс, газообразного высококалорийного топлива, высокоуглеродистых углеграфитовых композиционных материалов, редких элементов – германия и галлия. Зола от сжигания углей, отходы добычи и переработки используются в производстве стройматериалов, керамики, огнеупорного сырья, глинозема, абразивов. Уголь зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е153,  в качестве красителя.

• Горючие сланцы

Горючий сланец — полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Сланцы в основном образовались 450 миллионов лет тому назад на дне моря из растительных и животных остатков.

Горючий сланец состоит из преобладающих  минеральных (кальцит, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и др.) и органических частей (кероген), последняя составляет 10—30 % от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50—70 %. Органическая часть является био- и геохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение (талломоальгинит) или потерявшим его (коллоальгинит); в виде примеси в органической части присутствуют измененные остатки высших растений (витринит, фюзенит, липоидинит).

Горючие сланцы - ископаемое топливо с очень высоким содержанием минеральных веществ (преимущественно карбонатов до 40 %); используются как топливо для электростанций, а также для термической и химической переработки на жидкие продукты и газ. Полученная при переработке смола и под смольные воды служат сырьем для выработки светлого моторного топлива, топливных и смазочных масел, препаратов для консервации древесины, фармацевтических и других продуктов. Сланцевый газ используется в качестве топлива главным образом для коммунальных целей.

Переработку горючих сланцев можно проводить двумя способами: первый — газификация, в ходе которой органическая масса сланцев превращается в смесь оксидов углерода и водорода, второй — пиролиз (или полукоксование) - с образованием газообразных, жидких и твердых продуктов

• Природный газ

Природный газ — смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ.

Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При стандартных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.

Природный газ находится в земле  на глубине от 1000 метров до нескольких километров. Газ добывают из недр земли  с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.

Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под  давлением, многократно превышающем атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.

Природный газ широко применяется  в качестве горючего в жилых, частных  и многоквартирных домах для  отопления, подогрева воды и приготовления  пищи; как топливо длямашин (газотопливная система автомобиля), котельных .Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. В XIX веке природный газ использовался в первых светофорах и для освещения (применялись газовые лампы) .В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом органического топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. 

• Торф

Вероятно, первым из ископаемых топлив люди стали использовать торф - очень  мягкий, не полностью образовавшийся уголь, залегающий у поверхности  в умеренных поясах Земли.

Торф — горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф

Хорошо высушенный торф дает многочисленные побочные продукты. Так, торфяной газ может служить топливом для двигателей внутреннего сгорания и печей различного типа. Его главный недостаток - длительный и сложный процесс очистки.В процессе извлечения газа из торфа также получают много ценных органических соединений, включая такие вещества, как спирты и фенолы. Они используются в качестве сырья при производстве различной продукции, в том числе пластмасс, лекарств, красок и воска.Из измельченного торфа делают прочную оберточную бумагу, а химическая обработка под давлением превращает его в твердый волокнистый материал, пригодный для изготовления мебели и покрытий пола.

Содержание  вредных веществ в продуктах  сгорания топлива и их влияние  на окружающую среду

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение свойств и ухудшение функций среды в результате выбросов загрязняющих веществ (твердых, жидких и газообразных), а также тепла, радиоактивных и электромагнитных излучений, шума, вибраций и т.д. из различных источников. Загрязняющие вещества – это вещества, которые оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду либо непосредственно, либо после химических изменений в атмосфере, либо в сочетании с другими веществами и загрязняющими воздействиями.

Топливно-энергетический комплекс, энергетика, транспорт и  промышленность – главным образом процессы, связанные с горением, являются основными источниками антропогенного загрязнения окружающей среды. По масштабному фактору его можно разделить на локальное, региональное и глобальное, которые тесно связаны между собой. К ним относятся в первую очередь низкотемпературное тепло, углекислый газ, окислы азота, сера, пыль, шлак, окислы серы, зола и др.

Основные из выбросов с точки зрения их воздействия на окружающую среду.

• Углекислый газ (СО2)

Образуется в результате сжигания ископаемых видов топлива, таких как: уголь, нефть, газ и органических видов топлива: древесины, соломы и биомассы в любом виде. Это основной газ, способствующий созданию «парникового эффекта». В результате неполного сгорания выделяется монооксид углерода СО — токсичный газ, оказывающий многообразное вредное воздействие на окружающую среду. 
 
Ежегодно в процессе сжигания органического топлива расходуется около 10 млрд. т кислорода, превращаемого в эквивалентные количества СО2. За последние 20 лет ХХ века концентрация СО2 в атмосфере выросла на 15%. Молекулы СО2 хорошо пропускают коротковолновое солнечное излучение, но поглощают излучение в длинноволновом спектре частот, что является естественным регулятором температуры поверхности Земли. Снижение концентрации СО2 приводит к уменьшению среднегодовой температуры планеты: при полном отсутствии СО2 в атмосфере вся поверхность земли покрылась бы льдом, а среднегодовая температура не превышала бы -100С. 
 
В течение миллионов лет существовало природное равновесие содержания СО2 в атмосфере, которое сегодня нарушено довольно существенно, в первую очередь, техногенной деятельностью человечества. Окислительно-восстановительные реакции горения органического топлива, как минимум, до середины следующего столетия останутся основой быстро развивающейся энергетики мира. За это время содержание СО2 в атмосфере может возрасти еще в несколько раз. Как следствие, в обозримом будущем следует ожидать потепления климата Земли. Подсчитано, что уже до 2001 г. концентрация СО2 в атмосфере увеличится еще на 17%, что может привести к повышению среднегодовой температуры на 0,650С со всеми возможными неблагоприятными последствиями.

• Оксиды серы

Выбросы оксидов серы являются результатом присутствия серы в  топливе. Органическое топливо содержит серу в виде неорганических сульфидов или органических соединений. Сернистый ангидрид SО2– один из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок, составляет примерно 90% выбросов сернистых соединений с дымовыми газами котлоагрегатов (остальные – SO3). Наибольшее количество серы содержат уголь и тяжелые виды нефтепродуктов; легкие нефтепродукты содержат меньшее количество серы, и, наконец, бензин и природный газ практически не имеют ее в своем составе. 
 
Диоксид серы оказывает воздействие на окисление, разрушает материалы, вредно воздействует на здоровье человека. Продолжительность его пребывания в атмосфере относительно невелика: в сравнительно чистом воздухе – 15-20 суток, в присутствии больших количеств аммиака и других веществ – несколько часов. В присутствии кислорода SO2 переходит в SO3 и, взаимодействуя с водой Н2О, образует серную кислоту. Конечные продукты указанных реакций распределяются следующим образом: в виде осадков на поверхность литосферы - 43%, на поверхность гидросферы – 13%; поглощается: растениями– 12%, поверхностью гидросферы – 13%. Накопление серосодержащих соединений в основном происходит в мировом океане. Воздействие этих продуктов на людей, животных, растения и другие различные вещества разнообразно, зависит от их концентрации и других факторов окружающей среды.

• Оксид азота (NОx)

Окислы азота образуются при сжигании любого из ископаемых видов топлив, содержащих азотные соединения.

Азот образует с кислородом ряд соединений (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 и N2O5), свойства которых, активность и продолжительность существования различны и мало зависят от вида и состава топлива. Суммарное количество оксидов азота приводят к NO2. Их концентрация определяется режимом и организацией процессов горения топлива. 
 
Оксиды азота оказывают вредное воздействие на здоровье человека, способствует образованию “парникового эффекта” и разрушению озонового слоя. Кроме того, Nоx вызывают «вымирание лесов», «кислотные дожди». 

• Хлористый водород

Крупные топливосжигающие предприятия, не использующие десульфиризацию выбросов дымовых газов, считаются основным источником хлористого водорода в атмосфере. Выбросы соляной кислоты являются результатом следовых концентраций хлора в органическом топливе, например, в угле и нефти. При сжигании органического топлива выбрасываются небольшие количества хлора. Позже некоторое количество этого хлора соединяется с водородом и в результате получается хлористый водород. В присутствии влаги в воздухе хлористый водород трансформируется в аэрозоли соляной кислоты, которые разбавляются при переносе в атмосфере.

1. Метан (СН4).

Образуется в результате разложения органических веществ, например, в сельском хозяйстве, при угледобыче, в процессе нефте- и газодобычи, газораспределения  и сжигания биомассы. Метан также  значительно способствует возникновению «парникового эффекта

Нормирование содержания вредных веществ в продуктах  сгорания органического топлива

Таким образом, в продуктах  сгорания органического топлива, в  первую очередь, в дымовых газах  ТЭС, отопительно-производственных котелен  и других промышленных и транспортных объектов содержится большое количество вредных для окружающей среды токсичных веществ .Объемы этих выбросов зависят от типа топлива и мощности объекта

Таблица 5.5 – Удельные показатели загрязнения атмосферы (г/кВт·ч) по данным Международного института прикладного системного анализа (г.Вена)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несомненно, что в ближайшей  перспективе тепловая энергетика будет  оставаться преобладающей в энергетическом балансе мира и отдельных стран. Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее чистого топлива в получении энергии. В этой связи изучим некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания загрязняющих выбросов. Важно помнить на каждой стадии проектирования новой ТЭС, что взаимодействие энергетического предприятия с окружающей средой происходит на всех стадиях добычи и использования топлива, преобразования и передачи энергии. Тепловой электростанцией активно потребляется воздух. Образующиеся продукты сгорания передают основную часть теплоты рабочему телу энергетической установки, часть теплоты рассеивается в окружающую среду, а часть - уносится с продуктами сгорания через дымовую трубу в атмосферу, и эти продукты сгорания содержат оксиды азота, углерода, серы, углеводороды, пары воды и другие вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях, которые наносят вред не только нам, людям, но и природе.  

http://esco-ecosys.narod.ru/2007_8/art003.htm

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%B5_%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%BE

http://prezi.com/ojy6xgvzzu9_/presentation/

http://www.business-equipment.ru/pererabotka/ekologicheskie-problemy-pererabotki-nefti.html

http://otherreferats.allbest.ru/ecology/d00026239.html

http://www.ggf-dnu.org.ua/publ/sbornik_konferencii_2008/antropogennoe_vlijanie_ugolnoj_promyshlennosti_na_okruzhajushhuju_sredu_i_puti_rekultivacii_narushennykh_zemel/15-1-0-1018

http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1183867&uri=61.html

http://www.dissercat.com/content/pererabotka-goryuchikh-slantsev-s-polucheniem-khimicheskikh-produktov

http://www.energybalance.ru/napravleniya-po-ustraneniiu-ekologicheskich-posledstviy.html

http://ingenious.ucoz.ru/publ/new/iskopaemoe_toplivo_ugol_neft_gaz_koks_torf_ikh_primenenie_i_svojstva/5-1-0-38

http://www.14000.ru/projects/power/bref/2-aspects.pdf

http://gendocs.ru/v7489/%D0%B2%D0%BB%D0%B8%D1%8F%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8_%D0%BD%D0%B0_%D0%BE%D0%BA%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B0%D1%8E%D1%89%D1%83%D1%8E_%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%83