CC BY
96
20. Линёв О.Н. Оценка эффективности функционирования логистических систем. Российское предпринимательство. 2008. 112(6-1). С. 21-23.
Кудайберген Канат Жакупович, аспирант, gsn@misis.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
MODELS FOR DETERMINING A FAIR PRICE IN SUPPLY CHAIN MANAGEMENT SYSTEMS OF LARGE INDUSTRIAL HOLDINGS
K.Zh. Kudaybergen
The purpose of the work is to increase the efficiency of logistics processes based on determining individual responsibility and reliable control of supply chain participants for missed deadlines, as well as justification of fair price level in supply chain management systems of large industrial holdings. Proposed use of smart contracts based on blockchain technology for determining supply status will reduce possibilities of unclear schemes, increase supply quality and reduce their cost. Practical implementation of the proposed model made it possible to form optimal solutions in form of bonus and fine system.
Key words: transport and logistics operator; supply chain management; fair price model; delivery deadlines; business process organization model.
Kudajbergen Kanat Zhakupovich, postgraduate, gsn@misis.ru, Moscow, Russia, National University of Science and Te^nology MISiS
УДК 004 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-163-168
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ГАЗОВ, ОСНОВАННЫХ НА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА
М.С. Ивлиева
Рассмотрены методы очистки газов, основанные на нейтрализации сернистого ангидрида. Показана их основная классификация. Приведены примеры ключевых химических реакций. Выявлены разновидности их применения от основных технологических процессов. Акцентирована значимость их применения в современном производстве, а также экономическая целесообразность.
Ключевые слова: сернистый ангидрид, технологическая схема, очистка дымовых газов.
Сернистый ангидрид - двуоксись серы, бесцветный газ с резким запахом, образующийся непосредственно из серы и кислорода при сжигании серы в воздухе или кислороде. Реакционно-способен, из-за химических превращений в атмосфере быстро переходит в аэрозоль и раствор серной кислоты. Выпадающие кислотные дожди вызывают тяжелые последствия: закисление почвы, угнетение сельско-хозяйственных культур, разрушение зданий, а также отравление организма человека. Длительное воздействие сернистого организма может вызвать хронические заболевания. Поэтому очистка газов от серы очень важна с экологической точки зрения.
Общее количество выбросов диоксида серы антропогенного происхождения в атмосферу превышает значения его выбросов природного происхождения и составляет 60% от общего объема выбросов.
Крупнейшими предприятиями по производству сернистого ангидрида являются ООО «Корунд» и Волгоградский «Химпром», которые выпускают 97,4% от общего объема, остальная доля приходится на импорт. Целесообразность того или иного способа очистки газов от сернистых соединений зависит от многих факторов и определяется производительностью установки, составом газа, концентрацией сернистых соединений и других примесей, требованиями потребителя к очищенному газу, необходимостью селективного извлечения сернистых соединений.
Выбор того или иного метода очистки от сернистого ангидрида происходит с учетом местных условий, технико-экономических показателей и потребности в получаемых продуктах. Все известные методы очистки газов от SO2 можно разделить на три основные группы:
1) аммиачные методы, позволяющие одновременно с очисткой газов от SO2 получать сульфит и бисульфит аммония, которые используются как товарные продукты, либо высококонцентрированный SO2 и соответствующую соль;
2) методы нейтрализации сернистого ангидрида, позволяющие одновременно получать сульфиты и сульфаты. Эти методы обеспечивают высокую степень очистки газов, но получаемые продукты имеют ограниченное использование;
3) каталитические методы, основанные на окислении сернистого ангидрида в присутствии катализаторов с получением разбавленной серной кислоты.
Аммиачные методы очистки газов от SO2. Аммиачные методы очистки отходящих газов от сернистого ангидрида основаны на взаимодействии SO2 с водными растворами сульфита аммония:
SO2 + (NH4)2SO3 + H2O = 2NH4HSO3.
Полученный бисульфит аммония подвергается разложению кислотным, автоклавным, циклическим или нециклическим способом.
Аммиачно-кислотные методы являются относительно экономичными, но требуют расхода дефицитного продукта - аммиака. Аммиачно-кислотные методы нашли применение для очистки отходящих газов сернокислотных и металлургических производств.
Аммиачно-кислотные методы очистки.
1. Аммиачно-сернокислотный метод. Технологическая схема аммиачно-сернокислотного метода очистки отходящих газов от сернистого ангидрида показана на рис. 1. Основным аппаратом установки является абсорбер распылительного типа (АРТ). Эффективность очистки газа зависит от состава поглотительного раствора. Основными параметрами, характеризующими активность раствора, являются общая концентрация солей и соотношение между концентрациями сульфита и бисульфита аммония.
Газ*а 100% so,
очистку
Рис. 1. Технологическая схема аммиачно-сернокислотного метода очистки
164
2. Аммиачно-азотнокислотный метод. Сущность заключается в очистке отходящих газов от сернистого ангидрида сульфит-бисульфитным раствором с последующим разложением полученных растворов азотной кислоты. В результате этих реакций образуются товарная двуокись серы и аммиачная селитра, используемая в качестве азотного удобрения. При очистке этим методом дымовых газов ТЭЦ, содержащих 0,3% сернистого ангидрида, на 1,0 т утилизируемого сернистого ангидрида можно получить 1,3 т серной кислоты, 3,0 т жидких азотных удобрений.
3. Аммиачно-фосфорнокислотный способ. При использовании этого способа очистки образуются фосфорные удобрения и сернистый ангидрид, который может быть далее переработан в серную кислоту.
4. Аммиачно-автоклавный метод. Сернистый ангидрид абсорбируется раствором сульфит-бисульфита аммония. По достижении определенной концентрации солей в растворе его передают на разложение. В отличие от аммиачно-кислотного метода разложение сульфит-бисульфитных растворов производят не кислотами, а нагреванием в автоклаве до 140-150 °С. Получаемые сульфат аммония и сера используются как товарные продукты.
Аммиачно-циклический метод. Сущность заключается в поглощении сернистого ангидрида водными растворами сульфит-бисульфита аммония при низкой температуре и выделении его при нагревании. Процесс протекает по обратимой реакции:
(КН4^03 + SO2 + Н20 ~ 2КН4Ш03.
Выделенный при нагревании сернистый ангидрид осушают и используют как товарный продукт высокого качества или перерабатывают в серу или серную кислоту. Раствор сульфита аммония охлаждают и вновь используют для абсорбции сернистого ангидрида. Степень очистки газа при этом составляет 90%.
Методы очистки, основанные на нейтрализации сернистого ангидрида. Содовый метод основан на поглощении сернистого ангидрида раствором соды. При концентрации SO2 в газе менее 0,3 % получение товарного продукта затрудняется из-за параллельно протекающего процесса окисления №Ж03 в жидкой фазе.
Известковый и известняковый метод - в основе лежит нейтрализация сернистой кислоты, получающейся в результате растворения диоксида серы, содержащегося в дымовых газах, гидратом окиси Са(ОН)2 (известью) или карбонатом кальция Са-СО3 (известняком). По известковому методу отходящие газы подвергаются предварительной очистке от механических примесей (пыли, сажи) в батарейных циклонах, после чего с помощью газодувки направляются в скрубер, орошаемый изсестковым молоком.
Достоинством этих методов являются: относительная простота технологии при высокой степени очистки газов от диоксида серы, достигающая в современных установках 95.. .98 %; низкие капитальные и эксплуатационные затраты; возможность очистки газа без предварительного охлаждения и обеспыливания.
Недостатки - недостаточная степень использования известняка, образование отходов в виде шлама или загрязненного гипса.
Магнезитовый метод. Сущность его состоит в связывании SO2 суспензий МgО с образованием сульфита магния, который выпадает в осадок:
МgО + SO2 + 6Н20 ^ МgSO3+6H2O.
Метод может быть осуществлен по двум вариантам: по кристальной и бескристальной схемам. Различие состоит в способе регулирования состава рабочего раствора в цикле поглощения, целью которого является предотвращение выпадения кристаллов сульфита магния. По бескристальной схеме часть раствора выводится из цикла поглощения для извлечения кристаллов МgSO3 в специальном аппарате - нейтрализаторе, где бисульфит магния взаимодействует с магнезитом.
Магнезитовый метод очистки обладает преимуществами перед другими методами: возможность очистки запыленных газов, имеющих высокую температуру, отсутствие сточных вод. К недостаткам следует отнести наличие твердых веществ в системе поглощения, а также большой расход энергии на разложение МgSO3.
Цинковый метод. Сущность заключается в поглощении SO2 из газов суспензией окиси цинка. При этом протекают реакции:
ZnO + SO2 + 2,5Н20 ^ ZnSO3+2,5H2O; ZnO + SO2 + 2,5Н20 ^ Zn(НSOз)2.
Возможны три варианта реализации метода:
1) выдача в виде готовой продукции сульфита цинка и жидкостного SO2;
2) выдача в виде готовой продукции только жидкого SO2;
3) получение серной кислоты.
Каталитические методы очистки диоксида серы. Известный и широко используемый способ сероочистки состоит в каталитическом гидрировании обычно содержащих в промышленных и природных газах сернистых соединений. Образующийся в результате гидрирования сернистый водород затем поглощается различными поглотителями. Из предложенных в настоящее время гетерогенных поглотителей сернистого водорода, способных производить очистку газа без его предварительного охлаждения, наилучшие результаты показали оксиды цинка, железа и феррит цинка. Последний из названных поглотителей считается наиболее пригодным для этой цели. При механической активации феррита цинка происходит перераспределение катионов цинка и железа между окта- и тетрапустотами в решетке.
Взаимодействие сернистого водорода, содержащегося в газе, с ферритом цинка происходит по следующей общей схеме:
ZnFe2O4 + 3H2S + Н2 ^ ZnS + 2FeS + 4Н20.
Таким образом, вначале происходит восстановление ферритов, а затем сульфи-дирование образующихся при этом оксидов цинка и железа.
Пиролюзитный метод. Основан на окислении сернистого ангидрида кислородом в жидкой фазе в присутствии катализатора-пиролюзита.
При изучении механизма каталитического окисления сернистого ангидрида
2+
было установлено, что при наличии кислорода марганец низшей валентности Мп
окисляется до Мп3+, при этом одновременно происходит индуктивное окисление сернистого ангидрида:
4Мп2++ 302^ 2Мп203; 2SO2+ 02^ 2SO3.
Марганцевый катализатор весьма чувствителен к посторонним приме- сям; особенно сильным катализаторным ядом является фенол. Высокую скорость процес-
3+
са можно поддерживать или введением свежих порций марганца Мп , или увеличением скорости окисления двухвалентного мар- ганца. Пиролюзитный метод применяется для очистки отходящих газов после концентратов серной кислоты.
Озоно-каталитический метод. Достоинство метода - относительная простота технологической схемы и возможность получения более концетрированной серной кислоты (до 60 %). Озоно-каталитический метод является дальнейшим развитием пи-ролюзитного метода и отличается от последнего тем, что окисление двухвалентного марганца до трехвалентного осуществляется озоно-воздушной смесью. Технологическая схема озоно-каталитического метода не отличается от пиролюзитного.
Жидкостно-контактный метод. Жидкостно-контактный метод основан на поглощении сернистого ангидрида из газов суспензией СаС03. При этом протекает реакция:
СаС03 + S02 ^ СаS03 + С02.
Электронно-лучевой метод очистки газовых выбросов. Как следует из рассмотренных выше методов, утилизация S02 основана на его связывании, восстановлении до молекулярной серы либо доокислении до высших окислов с выделением
в виде кислот или соответствующих солей. С этой точки зрения электроннолучевой метод относится к последнему классу. Особенность электронно-лучевой обработки газов состоит в том, что при этом происходит одновременное удаление из дымовых газов окислов серы и азота. Это сухой метод очистки, который позволяет избежать жидких отходов, проблемы удаления шламов, повторного нагрева газов. Кроме того, при такой очистке от SO2 и NOx получается порошкообразная смесь побочных продуктов - сульфата аммония (NH4)2S04 и аммиачной селитры NH4N03.
Наиболее известное технологическое решение электронно-лучевой газоочистки - так называемый Эбара-процесс. При использовании «чистого» Эбара-процесса для достижения эффекта очистки (удаление более 95 % оксидов серы и более 80 % оксидов азота) в газе должно быть поглощено около 2 Мрад излучения, или 25 кДж на кубический метр газа. Это означает, что для обработки отходящих газов тепловой электростанции установленной мощностью 500 МВт (выбрасываемое
количество дымовых газов - около 1,6 млн м3/ч) необходим источник излучения около 12 МВт, что составляет 2,4 % установленной мощности. Однако увеличение затрат на собственные нужды станции компенсируется уменьшением экологического налога за выбросы, а также добавочным доходом от реализации получаемых продуктов в процессе очистки дымовых газов от SO2 и NOх.
Сернистый ангидрид при высоких концентрациях раздражает дыхательные пути, вызывает помутнение роговицы глаз, при концентрациях заметно выше ПДК - потерю сознания вплоть до летального исхода. ПДКм. р. SO2 для растений - 0,02 мг/м3, для древесных пород - 0,03 мг/м3, для человека - 0,05 мг/м3, (ПДКс.с. для человека -0,05 мг/м3). Между тем доля диоксида серы в общем объеме газовых выбросов составляет 28.. .30 %.
Поэтому контроль за выбросами диоксида серы рассматривается как вопрос, имеющий большое значение, как со стороны государственных регулирующих органов, так и широкой общественности. В связи с этим все более актуальной становится задача очистки выбросов промышленных предприятий от сернистого ангидрида и других соединений серы.
Список литературы
1. Павлов А.Н. Экология: рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности: учебное пособие. М.: Высшая школа, 2005. 343 с.
2. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984. 592 с.
3. Кулиев А.М., Багуров Р.А. Осушка и очистка природного газа от сероводорода. Газовая промышленность, №7. 1974.
4. Кузнецов И.Е. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами химических предприятий. Химия, 1979. 344 с.
5. Ломовский О.И., Болдырев В.В. Механохимия в решении экологических задач. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 2006. 221 с.
6. Кожанова Е.А., Черных А.А. Состояние вопроса очистки дымовых газов от диоксида серы // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород, 2015.
Ивлиева Маргарита Сергеевна, магистрант, iody_ka@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF GASPURIFICATIONMETHODSBASED ONNEUTRALIZATIONOF
SULFUR ANHYDRIDE.
M.S. Ivlieva
Methods of gas purification based on the neutralization of sulfur dioxide are considered. Their main classification is shown. Examples of key chemical reactions are given. The varieties of their application from the main technological processes have been identified. The importance of their application in modern production is emphasized, as well as their economic feasibility.
Key words: sulfur dioxide, technological scheme, flue gas cleaning.
Ivlieva Margarita Sergeevna, master, jody ka@miail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 681.518.5 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-168-172
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Н.А. Попов, Д.В. Скворцов
В статье описывается методика построения программ диагностирования сложных технических систем с использованием математического аппарата теории нечетких множеств. Предлагается использование численного метода расчета функции принадлежности, позволяющего снизить нечеткость априорной информации о технических состояниях сложной технической системы.
Ключевые слова: техническое состояния, диагностирование, функция принадлежности, автоматизация, анализ телеметрической информации.
Эффективное решение целевых задач сложными техническими системами (СТС), такими как космические средства (КСр), во многом зависит от уровня их технического состояния (ТС), эффективности функционирования системы информационно-телеметрического обеспечения, технической готовности системы мониторинга ТС.
На сегодняшний день процесс контроля состояний КСр в большинстве своем автоматизирован и проводится специалистами оперативной группы управления по устоявшейся технологии, предполагающей использование для оценивания качества поступающей измерительной информации допусковый и маркерный контроль. Недостатком данной технологии является то, что решение задачи оценивания ТС в масштабе времени, близком к реальному, производится вручную оператором. Решение принимается на основе анализа поведения ограниченной группы параметров, а также опыта оператора. При этом временные задержки и ошибки в управлении, вызванные неверным решением задачи анализа состояния и выдачи управляющих воздействий, могут привести к необратимым негативным последствиям, срыву целевой задачи, отказам, авариям и даже катастрофам.
Ежегодное увеличение КСр приводит к увеличению количества источников информации, а возрастающие требования к точности, объективности и оперативности принимаемых решений приводят к повышению нагрузки на технические средства и персонал наземного комплекса управления, который осуществляет задачи контроля и управления КСр.
Таким образом решение задачи автоматизации анализа измерительной информации, в настоящее время, является актуальным и важным для практики.
168
