Промышленная экология. 3
Содержание
1. Очистка отходящих
газов оксидов азота.........................
2. Современное
состояние технологии утилизации и обезвреживания
отработанных СОЖ...........................
3.Список литературы....................
4. Задача........................
1.
Очистка отходящих газов
оксидов азота
Оксид
азота (I) является экологически вредным
неорганическим соединением. Присутствие
N2О в атмосфере приводит к разрушению
озонового слоя Земли и способствует
возникновению парникового
Ежегодный прирост концентрации N2О в атмосфере составляет 0,2% Основными источниками загрязнения окружающей среды оксидом азота (I) являются сжигание природного топлива и процессы горения биомассы. Кроме того, оксид азота (I) в значительных количествах содержится в выбросах таких крупнотоннажных производств, как получение азотной кислоты, азида натрия, пропилена, искусственного шелка и др.
Учитывая приведенные выше данные, встает вопрос об удалении оксида азота (I) из отходящих газов несмотря на сравнительно низкое его содержание в промышленных выбросах (5% и ниже). Наиболее доступен и прост метод каталитического разложения N2О до азота и кислорода.
Наиболее
близким к заявляемому способу
по техническим признакам и
В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа очистки отходящих газов от оксида азота (I), который позволил бы добиться полной утилизации N2О (независимо от концентрации N2О в исходной смеси) в относительно мягких условиях (умеренные температуры, небольшие времена контакта) без образования вредных побочных продуктов, таких как оксиды азота NO и NO2.
Эта задача решается тем, что предлагается способ удаления N2О из отходящих газов путем разложения оксида (I) в присутствии силикатного катализатора со структурой высококремнеземистых цеолитов. Согласно изобретению процесс разложения ведут при температуре 250 800C, времени контакта реакционной смеси с катализатором 0,05 10 сек, и при использовании в качестве катализатора кристаллических силикатов со структурой высококремнеземистых цеолитов состава: уEl2OnxFe2O3 SiO2, где y 10-5 510-2, х 10-5 210-2, El - по крайней мере один из элементов 2, 3, 4, 5 периода Периодической системы, n валентность элемента, либо железосиликатов состава хFe2O3SiO2, где х 10-5 2 10-2. Если в силикат введено более одного элемента, то «у» представляет собой сумму мольных коэффициентов соответствующих оксидов элементов, введенных в силикат.
Способ разложения N2 с использованием в качестве катализатора кристаллических силикатов прост в технологическом исполнении и осуществляется следующим образом. Способ получения катализатора традиционен и основан на следующей технологии. Смесь, состоящую из источника кремния, источника железа, в необходимых случаях источника Еl, щелочи органических поверхностно-активных соединений гомогенизируют, затем помещают в автоклав, где в гидротермальных условиях ее выдерживают в течение 1-30 суток при температуре 80 200C. После завершения кристаллизации осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и сушат. Полученные таким образом силикат отжигают при температуре 550 800C для удаления органических включений и при необходимости проводят также декатионирование растворами NH4OН + NH4Cl или растворами неорганических кислот. В некоторых случаях необходимый элемент в силикатную матрицу вводят, используя методом ионного обмена, либо пропитки.
Катализатор, полученный таким способом, загружают в реактор с внутренним диаметром 7 мм. Объем катализатора 2 см3, фракционный состав 0,5 - 1,0 мм. На катализатор, нагретый до заданной температуры, подается в выбранной скоростью реакционная смесь, состоящая из оксида азота (I) и инертного газа, в качестве которого используют гелий. В некоторых случаях в реакционную смесь вводится также молекулярный кислород.
Cостав
смеси до и после реактора
определяется с помощью
Х = (Cн *
Cк) / Cн,
где Сн концентрация оксида азота (l) на входе в реактор, мольн.
Cк
концентрация оксида азота (l)
на выходе из реактора, мольн.
Отличительным
признаком предлагаемого
Для лучшего понимания настоящего изобретения приводятся следующие конкретные примеры.
Пример 1. Силикат состава 10-2Al2O32.610-3 Fe2O3SiO2 cо структурой ZSM-5 в количестве 2 см3 загружают в реактор, прокаливают в токе гелия при температуре 550C в течение двух часов, после чего опускают температуру до 400C и со скоростью 1 см3/сек подают реакционную смесь состава: оксид азота (I) 5 мольн. остальное гелий. Состав реакционной смеси периодически анализируют с помощью хроматографа. В продуктах реакции присутствует только N2 и О2. Конверсия N2O cоставляет 100%.
Примеры 2 16. Реакцию ведут аналогично примеру 1, за исключением того, что варьируют при этом температуру проведения реакции и время контакта реакционной смеси с катализатором.
Пример 3. Реакцию проводят как в примере 1, за исключением того, что реакционная смесь имеет следующий состав: оксид азота (I) 0,1 мольн. остальное гелий. Конверсия N2О при этом составляет 100%.
Пример 4. Реакцию проводят как в примере 1, за исключением того, что исходная смесь состоит только из оксида азота (l). Конверсия N2 при этом составляет 100%.
Пример
19. Реакцию проводят как в примере
1, за исключением того, что в реакционную
смесь, наряду с оксидом азота (l)
(5 мольн.) и гелием, вводится молекулярный
кислород (20 мольн.). Конверсия N2О при этом
составляет 100%.
Установка контактных экономайзеров как способ уменьшения выбросов оксидов азота
Проблема
загрязнения атмосферы
Двухстадийное
сжигание - наиболее легко осуществимый
из применяемых методов предотвращения
образования оксидов азота. Эффективность
его весьма высока и достигает 45-50% снижения;
к недостаткам этого метода можно отнести
необходимость точного и оперативного
регулирования горелок, в т.ч. по ярусам,
возможное возрастание выбросов СО, сажи,
бенз(а) пирена в атмосферу. Поэтому обычно
ограничиваются 20% снижением выбросов
оксидов азота. Еще сложнее и дороже метод
впрыскивания влаги в реакционную зону.
При той же результативности он ведет
к пережогу топлива. Как известно [1], в
газовых котельных применяются контактные
экономайзеры, обеспечивающие глубокое
охлаждение продуктов сгорания газа ниже
точки росы и тем самым повышающие коэффициент
использования топлива на 10-15%. Установленные
для утилизации теплоты уходящих газов
контактные экономайзеры, как показали
многолетние наблюдения, благодаря прямому
контакту дымовых газов и орошающей воды
способны одновременно выполнять задачу
очистки газов от твердых включений и
части газов, растворимых в воде. Методы
очистки отходящих газов от оксидов азота
абсорбцией в полых распылительных аппаратах
известны в химической технологии и применяются
при производстве азотной кислоты. Использование
их для очистки продуктов сгорания топливосжигающих
установок нецелесообразно с экономической
точки зрения. Например, для очистки 24
тыс. м3/ч газов необходима установка
шести форсуночных абсорберов диаметром
2,5 м с общим объемом 420 м3. Однако при
использовании контактных теплоутилизаторов,
имеющих развитую поверхность вследствие
загрузки слоя керамическими кольцами
или другими насадочными элементами и
обеспечивающих выполнение двух полезных
функций, эти проблемы теряют остроту.
Рассмотрим кратко вопросы растворимости
оксидов азота и попытаемся сделать из
них практические выводы. Диоксид азота,
в 7,6 раза более токсичный, чем моноксид
(максимальные разовые ПДК составляют
соответственно 0,085 и 0,6 мг/м3), полностью
растворяется в воде с образованием смеси
азотной и азотистой кислот. Растворимость
моноксида азота, который на воздухе окисляется
до диоксида, составляет 7,38 мл/100 г. при
нулевой температуре и существенно уменьшается
с повышением температуры [2]. Так, при 20°C
она составляет 4,71, а при 100°C - 2,6 мл/100 г.
В качестве примера приведем некоторые
результаты натурных испытаний контактного
экономайзера, установленного за котлом
ДКВР-10. Экономайзер работал с коэффициентом
избытка воздуха 1,1 при расходе воды 20
т/ч. При номинальной нагрузке котла через
него проходило около 10 тыс. м3/ч
продуктов сгорания, что позволяло растворять
в воде до 700 г/ч моноксида азота. При исходном
(перед экономайзером) содержании диоксида
азота 20-30 мг/м3 и оксида азота до
150 мг/ м3 на выходе из экономайзера
диоксид азота в дымовых газах практически
отсутствовал, а содержание моноксида
азота составляло 65-70 мг/м3. Эффективность
использования контактного аппарата в
целях очистки выбросов в атмосферу от
оксидов азота может быть оценена величиной
КПД очистки: где Т и Т ґ - количества единиц
токсичности, приходящихся на суммарное
содержание оксидов азота в продуктах
сгорания и поглощенных в контактном аппарате
соответственно. Здесь под количеством
единиц токсичности понимается отношение
фактической концентрации вредного вещества
в выбросах к его же максимальной разовой
ПДК. Путем несложных вычислений с учетом
суммирования вредностей получаем, что
для приведенного выше примера КПД очистки
составляет 72,5%. При установке контактного
экономайзера за аппаратами химической
технологии и топливосжигающим оборудованием,
отличающимся меньшим теплонапряжением
и более длительным пребыванием продуктов
сгорания в агрегате, эффективность контактных
устройств может быть значительно выше,
так как доля диоксида азота в сумме оксидов
азота, содержащихся в продуктах сгорания,
зависит от характеристики интенсивности
охлаждения дымовых газов Hл/Vт (Hл -
площадь лучевоспринимающей поверхности,
Vт - объем топки), коэффициента избытка
воздуха б и теплонапряжения топочного
объема qV. Количественные характеристики
этих зависимостей установлены в [3]. По
сравнению с котлами стекловаренные печи,
например, характеризуются более высокими
коэффициентами избытка воздуха. Так,
реальное значение, измеренное в газоходе
стекловаренной печи, достигает 3,5 и более,
а суммарное содержание оксидов азота
в неразбавленных газах - 230-250 мг/м3.
Видимо, этим можно объяснить содержание
в уходящих газах печи около 120 мг/м3.
При столь высоком содержании диоксида
азота эффективность очистки с помощью
контактного экономайзера составила бы
около 94%, а NOX за установкой не превышало
бы 50 мг/м3, причем содержание диоксида
азота снизилось бы до нуля. Использование
контактных экономайзеров в качестве
очистных аппаратов позволяет частично
окупить затраты на строительство очистных
сооружений за счет улучшения использования
топлива, что существенно изменяет экономические
показатели очистки. Следует, однако, учитывать,
что эффективная очистка отходящих газов
контактным способом приводит к некоторому
ухудшению качества воды, контактировавшей
с газами. Проведенные исследования показали,
что, как правило, увеличивается содержание
свободной углекислоты и снижается рН.
Для нейтрализации воздействия кислой
среды целесообразно некоторое подщелачивание
контактирующей с газами воды. Следовательно,
контактные аппараты позволяют достаточно
эффективно очищать продукты сгорания
газа от оксидов азота. С уменьшением единичной
мощности агрегата и увеличением коэффициента
избытка воздуха эффективность метода
возрастает. Если рассматривать экономическую
эффективность данного метода лишь с точки
зрения защиты воздушного бассейна, то
экономические показатели могут оказаться
неконкурентоспособными с иными методами,
применяемыми в настоящее время. В случае
же использования горячей воды, получаемой
в контактных экономайзерах, стоимость
уменьшения выбросов оксидов азота с дымовыми
газами окажется значительно ниже.
Очистка газов металлургического производства от оксидов азота
В
условиях металлургического
Из технологических мероприятий по сокращению выхода оксидов азота от агломерационных машин наиболее перспективным является рециркуляция газов, для осуществления которой часть газов, отсасываемых от агломашины специальным дымососом, подается под зонт, герметично укрывающий аглоленту сверху. Использование агломерационных газов хвостовой части машины для рециркуляции позволяет сократить общий расход выбрасываемых газов, снизить их запыленность при поступлении на очистку, частично использовать тепло газов, сократить расход топлива на спекание и уменьшить вредные выбросы СО и NOx.
Из
методов очистки газов
Кассету, заполненную катализатором с толщиной слоя -350 мм, помещают в газовый поток с линейной скоростью 2-3 м/с при температуре 250-300°С, запыленности не более 0,1 г/м3 и влажности не более 35% (по объему). Перед слоем катализатора в газоход вводится аммиак с равномерным распределением его по сечению, а после кассеты ставится датчик концентрации оксидов азота в газе, по показанию которого может автоматически увеличиваться и уменьшаться подача аммиака в газоход.
Для очистки запыленного газа перспективно применение аппарата с кипящим слоем катализатора.
При
восстановлении оксидов азота аммиак
необходимо дозировать с учетом коэффициента
избытка 1,2 против стехиометрического
количества, так как при недостатке аммиака
снизится степень очистки.
2.
Современное состояние
технологии утилизации
и обезвреживания отработанных
СОЖ
Проблемы экологической безопасности применения смазочных материалов неотделимы от утилизации СОЖ, которые в настоящее время являются одними из наиболее распространенных техногенных отходов, негативно влияющих на все объекты окружающей среды – атмосферу, почву и воды. Только загрязнение вод отработанными нефтяными маслами составляет 20% общего техногенного загрязнения, или 60% загрязнения нефтепродуктами. Здесь рассмотрены основные направления решения проблемы, описаны важнейшие технологические процессы для всех видов СОЖ.
Необходимость утилизации СОЖ в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений, поскольку их захоронение и уничтожение (в основном – путем сжигания) порождают под час еще большие экологические проблемы, чем сами СОЖ, и при значительных затратах не позволяют повторно использовать ценное вторичное сырье, что невыгодно уже с экономической точки зрения. При этом весьма важно, чтобы процессы утилизации сами по себе не представляли существенной угрозы биосфере.
Наиболее приемлемым представляется термин «малоотходная технология» – такой способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами, при этом по техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов переходит в неиспользуемые отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.
Важнейшее
условие организации
Наметились следующие пути создания малоотходных технологий:
1) комплексная переработка сырья;
2) разработка принципиально новых процессов и схем получения известных видов продукции;
3)
проектирование бессточных и
замкнутых систем
4)
рекуперация промышленных
5)
разработка и создание
Подводя итог всему сказанному, необходимо отметить, что рисайклинг (переработка) минеральных ресурсов, как и любая техногенная система, не может являться решением экологических проблем, ибо требует затрат энергии и вещества, производство и использование которых в свою очередь приводят к загрязнению и деградации окружающей среды. Затрачиваемая при этом энергии повторно использована быть не может; утилизируя одни отходы, мы получаем другие, подчас еще более опасные, и создаем новые экологические проблемы. Выход, повторим, находится лишь в духовной сфере.
Перейдем к конкретному рассмотрению проблемы.
Экологически безопасное использование СОЖ предполагает их переработку с получением товарных продуктов самого различного назначения (топлив, масел, пластичных смазок, СОТС, консервационных материалов и др.). Анализ современного состояния вопроса говорит о его фактической нерешенности как в теории, так и на практике. Исключение составляют лишь некоторые процессы переработки и направления и использования. Однако во всем мире несомненна тенденция к малоотходной утилизации СОЖ, обусловленная ростом числа экологических проблем.
В
современной технической
Термин
«регенерация» относится к
В случае переработки смесей различных отработанных нефтяных масел (СОЖ), собираемых централизованно с промышленных предприятий, используют термин «вторичная переработка». Из такого сырья возможно получение базовых масел разного состава и назначения. Вторичная переработка осуществима только на крупных специализированных предприятиях и предполагает применение комплекса процессов – вакуумной перегонки, экстракции, гидроочистки и некоторых других физических и химических методов.
Очистка работающих и регенерация отработанных СОЖ
По объему производства и применения среди смазочных материалов ведущее место занимают нефтяные масла. Производство нефтяных масел продолжает увеличиваться, что в свою очередь способствует росту количества отработанных масел. Во всех промышленно развитых и в большинстве развивающихся во все возрастающих масштабах осуществляется сбор, очистка, регенерация и переработка СОЖ, ресурсы которых оценивают примерно в 50% потребления свежих продуктов, при этом СОЖ составляют около 30% всех нефтяных отходов.
Очистка
регенерация масел
Среди современных способов очистки и регенерации преобладают физические методы – отстой, центрифугировании, фильтрация, вакуумная сушка. Возможно применение и более сложных физико-химических методов (в случае сильного загрязнения или глубокого старения масел).
Следует иметь в виду, что для отдельных типов смазочных материалов величины ресурсов сбора СОЖ сильно различаются. Так, для моторных масел они могут составлять 20–40%, а для трансформаторных – 80 – 90%.
Утилизацию СОЖ в настоящее время осуществляют в основном по трем направлениям:
– вторичная переработка смесей с незначительными примесями синтетических масел и СОТС, с получением базовых компонентов;
– регенерация СОЖ раздельно по маркам с получением продуктов соответствующего назначения. В этом случае обеспечивается удаление продуктов старения и загрязнений без разрушения и отделения присадок, недостающее количество которых вводят на заключительной стадии приготовления товарных масел;
– переработка
смесей СОЖ или очистка отдельных продуктов
с целью получения котельного, печного
топлива.
Переработка в топливо
Одним из широко распространенных направлений использования отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей является вовлечение их в производство топлив. По своему объему такая переработка значительно превосходит вторичную с получением базовых масел обычным нефтяным топливам.
Использование нефти в качестве сырья для производства не только топлив, но и других химических продуктов приобретает все большее значение, во-первых, вследствие сокращения сырьевых ресурсов и, во-вторых, в результате роста значения природного газа. Эта ситуация повышает интерес к утилизации отработанных нефтяных масел в качестве низкокачественного котельно-печного топлива. При сжигании отработанных масел или их смесей со свежими возникают, однако, проблемы охраны окружающей среды. Эти проблемы преодолимы, но стоимость их решения снижает значимость топлив из отработанных масел в сравнении со свежими продуктами. Сюда относятся специальные сооружения для хранения и смешения, топливные фильтры и модификация печей, отложения в топливной аппаратуре, снижающие эффективность сгорания и вызывающие необходимость частой очистки, рост выброса загрязнений в атмосферу, что может требовать специального контроля.
Значительное количество СОЖ и других углеводородных отходов сжигают как низкокачественное топливо. Такой путь предусматривает или использование СОЖ как таковых, или их очистку с применением процессов отстаивания, фильтрации и центрифугирования.
Отгоняемые легкие топливные фракции, получаемые также и в процессах вторичной переработки, могут содержать примеси, экологически опасные и вызывающие коррозию оборудования. Поэтому в ряде случаев такие продукты предпочитают уничтожать, а не использовать в качестве технологического топлива.
Таким образом, можно заключить, что физические методы, используемые для предварительной очистки отработанных масел, непригодны для целей получения экологобезопасных топлив, особенно в отношении последующего выброса твердых частиц, галогенов и металлов типа свинца и меди (присутствие твердых частиц в маслах есть следствие износа смазываемого оборудования). Использование более эффективных методов для удаления этих потенциальных загрязнителей окружающей среды имеет следствием и более высокую стоимость подготовки масел, делая такие продукты неконкурентоспособными по сравнению со свежими. Однако проблемы утилизации отработанных масел должна решаться, и их использование в качестве источника энергии весьма привлекательно при соблюдении природоохранных законодательств. Необходимо только иметь в виду, что использование такого топлива для отапливания жилых помещений нежелательно; для промышленных целей (например, сжигания в цементных печах) возможно смешение с другими видами топлив.
Из
СОЖ можно получать и газообразные топлива
путем газификации в псевдоожиженном
слое теплоносителя (например, до 35% угольной
пыли при 945 °С). Перед газификацией необходимо
очищать от ПХД.
Возможна
газификация отработанного
водород…………………25
оксид углерода…………20
метан……………………11
Экологоопасные оксиды металлов при этом смешиваются с жидким продуктом и затем отделяются.
Можно предположить, что перечисленные выше эколого-экономическим проблемы производства топлив из СОЖ будут способствовать развитию получения из них более дорогих базовых масел. Однако на текущий момент этого не наблюдается и переработка с получением топлив продолжает доминировать в отрасли.
Среди
прочих путей рационального
Отработанные масла обладают достаточно высоким уровнем защитных свойств, что позволяет использовать их для приготовления консервационных смазок типа ПВК с получением продуктов, близких к свежим по уровню защитных свойств. Использование очищенного отработанного моторного масла позволило отказаться от применения в составе таких смазок защитной присадки МНИ-7.
Для временной (1,5 – 3 года) и длительной (5 – 7 лет) консервации агрегатов трансмиссий машин и другого оборудования рекомендованы некоторые отработанные трансмиссионные масла. При этом в последнем случае пригодны такие масла, как ТАД-17и, осевое Сп. В прочие масла для длительной консервации необходима добавка ингибиторов коррозии (10 – 15%) АКОР-1 и КП. Некоторые отработанные трансмиссионные масла могут быть использованы для обкатки агрегатов трансмиссий машин. При необходимости такое масло вначале подвергают очистке от механических примесей и воды.

- Промышленная экономика Великобритании
- Промышленное получение аммиака
- Промышленное предприятие как отчетная единица в статистике промышленности
- Промышленное применение лазеров
- Промышленное производство в России: анализ современного состояния и перспективы развития
- Промышленное производство и качество окружающей среды
- Промышленное производство и качество окружающей среды
- Промышленная собственность
- Промышленная собственность и ее международная охрана
- Промышленная собственность. Объекты промышленной собственности. Служебные объекты промышленной собственности
- Промышленная экология
- Промышленная экология
- Промышленная экология
- Промышленная экология