CC BY
53
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ
СРЕДУ
1 2 *"* 3
Мирзарахимов М.С. , Искандаров Ж.Р. , Хожиболаев И.Ю. Email: Mirzarakhimov [email protected]
1Мирзарахимов Мирсолих Султонович - доктор технических наук, профессор, кафедра безопасности жизнедеятельности, факультет горного дела и металлургии; 2Искандаров Жахонгир Равшан угли - докторант, кафедра объектов переработки нефти и газа, факультет геологии-разведки; 3Хожиболаев Йодгор Юсуп угли - докторант, кафедра безопасности жизнедеятельности, факультет горного дела и металлургии, Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, г. Ташкент Республика Узбекистан
Аннотация: в статье "Анализ влияния газовых выбросов на окружающую среду" анализируются недостатки и проблемы, возникающие при очистке газа, а также исследуются существующие технологии. В статье существует ряд важных требований для повышения эффективности очистки природного газа.
В последние годы загрязнение воздуха в целом снизилось, но сегодня, к сожалению, в стране нет большого города, который бы соответствовал всем санитарным нормам. В статье также рассматриваются экологические факторы и факторы окружающей среды при переработке природных газов, а также излагаются способы устранения этих факторов. Ключевые слова: нефть, газ, осушка, углеводородов, адбсорбций, режим работы, сорбент.
ENVIRONMENTAL IMPACT ANALYSIS OF GAS EMISSIONS Mirzarakhimov M.S.1, Iskandarov J.R.2, Khojibolayev Yo.Yu.3
1Mirzarakhimov Mirsolih Sultonovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, DEPARTMENT OF LIFE SAFETY, FACULTY OF MINING AND METALLURGY; 2Iskandarov Jahongir Ravshan ogli - Doctoral Student, DEPARTMENT OBJECTS OF OIL AND GAS PROCESSING, FACULTY OF GEOLOGY-BACKLIGHT; 3Khojibolayev Yodgor Yusup ogli - Doctoral Student, DEPARTMENT OF LIFE SAFETY, FACULTY OF MINING AND METALLURGY, TASHKENT STATE TECHNICAL UNIVERSITY NAMED AFTER ISLAM KARIMOV, TASHKENT, RESPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: the articje "Analysis of the impact of gas emissions on the environment" analyzes the shortcomings and problems that arise during the purification and purification of gas, sa well as explores existing technologies. The article contains a number of important requirements for increasing the efficiency of natural gas purification.
In recent years, air pollution has generally decreased, but today, unfortunately, the country does not have a big city that meets all sanitary standards. The article also considers environmental factors and environmental in the processing of natural gases, as well as sets out ways to eliminate these factors.
Keywords: oil, gas, dehydration, hydrocarbons, absorption, operating mode, sorbent.
УДК504.054, 504.062, 504.75.05
Охрана окружающей среды и рациональное использование вторичных ресурсов представляют собой глобальные проблемы, решение которых имеет особую значимость.
В атмосферу Узбекистана при стабильной работе промышленности ежегодно выбрасывается примерно 4 млн. тонн различных вредных веществ, при этом две трети из них приходится на автомобильный транспорт.
При такой нагрузке атмосфера не в состоянии самоочиститься. Ей необходима помощь специалистов, продуманная политика, меры, чтобы население, получая от народного хозяйства привычные товары и услуги, не испытывало дискомфорта при общении с окружающей средой, а также не страдало от ее загрязнения и истощения.
Первым крупным шагом в этом направлении стало создание в Узбекистане Государственного комитета по охране природы, вторым - принятие Закона Республики Узбекистан «Об охране природы». Этот важный документ, который, в сущности, является Экологической конституцией, был принят Верховным Советом Республики Узбекистан 9 декабря 1992 года и вступил в силу 29 января 1993 года.
Законом «Об охране атмосферного воздуха» определены права, обязанности и ответственность природопользователей при осуществлении ими хозяйственной деятельности. Так, существующий закон регламентирует качество окружающей природной среды нормативами и стандартами, обеспечивающими экологическую безопасность населения, воспроизводство и охрану природной среды. К ним относятся, в частности, так называемые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе (ПДК). ПДК разрабатываются и утверждаются Министерством здравоохранения Республики Узбекистан, они индивидуальны для каждого вещества и едины на всей территории республики. В настоящее время утверждены ПДК для более чем полутора тысяч веществ, т.е. практически для всех загрязнителей атмосферы.
В последние годы уровень загрязнения воздуха в целом значительно уменьшился, однако и сегодня, к сожалению, в республике нет ни одного крупного населенного пункта, в котором качество воздуха соответствовало бы всем санитарным нормам.
Для тощ чтобы обеспечить безопасное для здоровья людей содержание вредных веществ в атмосферном воздухе, для каждого предприятия, по каждому выбрасываемому веществу устанавливается предельно допустимый выброс (ПДВ) - как суммарный (тонн в год), так и в единицу времени (грамм в секунду). ПДВ разрабатываются предприятиями и утверждаются Госкомприродой и периодически пересматриваются. Сейчас практически все предприятия имеют утвержденные нормативы на выбросы в атмосферу.
Для транспортных средств устанавливаются нормы содержания вредных веществ в отработанных газах; эти нормы разрабатываются специализированными конструкторскими бюро и утверждаются Госстандартом Республики Узбекистан.
В условиях перехода народного хозяйства к рыночным отношениям платным становится и природопользование. Нарушители природоохранного законодательства несут, прежде всего, экономическую ответственность. Предприятия, выбрасывающие в атмосферу вредные вещества в количестве, превышающем утвержденный норматив, вносят сегодня плату в фонд охраны природы. Причем, цена возрастает пропорционально превышению норм выбросов. Только в 1993 году по этим причинам взыскано 82,7 миллиона сумкупонов. В будущем планируется введение платы и за выбросы в пределах ПДВ.
Только в 1993 году по этим причинам взыскано 82,7 миллиона сумкупонов. В будущем планируется введение платы и за выбросы в пределах ПДВ.
Эти меры широко применяются в случаях нежелания руководителей предприятий принять необходимые меры по снижению выбросов в атмосферу. В 1994 году, например, приостанавливалась деятельность 160 промышленных объектов; среди них: отражательная печь Алмалыкского горно-металлургического комбината - на 120 дней; котлоагрегат № 4 Ангренской ГРЭС - на 20 дней, цементная мельница в Кувасае - на 23 дня и др.
В законе отдельным абзацем оговорено, что все министерства и ведомства, учреждения, организации и частные лица обязаны принимать меры по сокращению, а в последующем -по полному прекращению производства и использования химических веществ, вредно воздействующих на озоновый слой. На этом вопросе следует остановиться особо.
Все известные методы очистки отходящих газов от вредных примесей могут быть разделены на абсорбционные (мокрые), адсорбционные и хемосорбционные (сухие). Абсорбционные методы могут быть как чисто абсорбционными, так и абсорбционно-каталитическими. Адсорбционные методы могут быть также оформлены как чисто адсорбционные, так и в виде адсорбционно-каталитических.
Абсорбционные и абсорбционно-каталитические методы. Сущность абсорбционного метода заключается в поглощении диоксида серы с помощью жидких поглотителей. В качестве абсорбентов диоксида серы промышленное применение нашли растворы соды, сульфита и бисульфита аммония, основного сульфата аммония, фосфата натрия, известковое молоко и др.
При использовании абсорбционных методов с перечисленными жидкими поглотителями газ подлежит предварительному охлаждению. Это затрудняет рассеивание очищенного газа в атмосфере, и в случае недостаточной очистки охлажденный газ и, следовательно, диоксид серы рассеиваются в атмосфере плохо и будут накапливаться в основном на уровне до 11 м над землей.
Этот метод требует коррозионно устойчивого оборудования, которое занимает большие площади, что приводит к резкому удорожанию метода. Поскольку газовые выбросы исчисляются миллионами кубометров в час с низким содержанием диоксида серы (до 0,5%), при высокой температуре газа метод связан с большим расходом абсорбентов и образованием осадков.
Все вышесказанное не позволяет однозначно решить проблему очистки отходящих газов от диоксида серы при применении этого метода.
Абсорбционно-каталитические методы основаны на окислении диоксида серы в триоксид в абсорбционной среде с участием катализаторов. В дальнейшем триоксид серы легко взаимодействует с активным веществом (оксидами металлов) и образует шлам (сульфиты и сульфаты соответствующих металлов). Во всех абсорбционных методах упомянутые шламы могут быть регенерированы и направлены на повторное использование. Следует отметить, что основные недостатки абсорбционного метода присущи и абсорбционно-каталитическому методу. Здесь также, вследствие недостаточной очистки газа с низкой температурой выброса, диоксид серы будет скапливаться на уровне до 11 м над землей.
Таким образом, во всех абсорбционных методах очистки расходуется большое количество воды, активного вещества (оксиды металлов). Кроме того, необходимость использования для оборудования дорого стоящих коррозионно-устойчивых металлов делает абсорбционные методы очистки от диоксида серы в ряде случаев экологически невыгодными и не решающими в полной мере проблемы охраны окружающей среды.
Одним из наиболее распространенных методов обезвреживания газов от диоксида серы являются адсорбционные методы. Адсорбционный метод - это сухой метод обезвреживания отходящих газов от диоксида серы путем физической сорбции адсорбентами.
Для адсорбции диоксида серы могут быть использованы как синтетические, так и природные адсорбенты: активированные угли различных марок (углеродные адсорбенты), оксиды алюминия, цеолиты, силикагели и другие пористые сорбенты.
Сухие способы очистки газов от диоксида серы основаны на избирательных свойствах пористых сорбентов, практически не поглощающих другие сопутствующие газы: азот, кислород и др. В работах исследован процесс адсорбционно-каталитической очистки газов от диоксида серы на активированном угле. Как описывают авторы, на поверхности угля в присутствии кислорода и водяных паров образуется серная кислота, которая легко вымывается водой. Однако низкая концентрация серной кислоты ограничивает ее практическое использование.
В работе описывается влияние добавок ванадата аммония и йодистого калия на активированный уголь для улавливания диоксида серы. Авторы считают, что в присутствии ванадата аммония усиливаются процессы окисления, приводящие в конечном итоге к образованию серной кислоты. В работе приводится предполагаемый механизм образования
7
кислоты. Предложенный способ очистки газа на активированном угле апробирован на опытно-промышленной установке Котласского целлюлозно-бумажного комбината.
К недостаткам, подлежащим дальнейшему устранению, следует отнести дороговизну использованного адсорбента, его недостаточную прочность, приводящую в процессе очистки к частичному разрушению, крайне низкую концентрацию полученной серной кислоты. Кроме того, содержащиеся в отходящих газах пыль, смолистые вещества, зола забивают поры сорбентов и ухудшают процесс очистки и быстро приводят к нарушению режима повторного использования сорбента — активированного угля. Поэтому адсорбционно-каталитический метод с использованием активированного угля не решает проблему в полной мере.
Другим примером адсорбционно-каталитического метода очистки является окисление диоксида серы на поверхности оксида металла с последующим образованием сульфата. Образование сульфата приводит к блокировке активной поверхности адсорбента, которую необходимо восстанавливать. Способностью ускорять окисление диоксида серы обладают различные металлы и их сплавы и оксиды, некоторые соли, силикаты и многие др. вещества и материалы.
Наилучшим катализатором процесса окисления является платина. Однако дефицитность и экономические аспекты вопроса ограничивают ее широкое распространение. В промышленности широко применяются катализаторы из неблагородных металлов, среди которых наибольшей каталитической активностью обладает катализатор, содержащий ванадий.
Работами Наймана и др. исследователей было показано, что при катализе происходит химическое взаимодействие диоксида серы и кислорода с катализатором. Наиболее полное описание катализа и катализаторов для окисления диоксида серы в триоксид выполнено Г.К. Боресковым в известной монографии и последующих статьях. Выведены кинетические уравнения для окисления диоксида серы на ванадиевых катализаторах промотированных оксидами шелочных и на триокеиде железа.
Механизм катализа на всех катализаторах складывается из диффузионного подвода реагентов к активной поверхности катализатора активированной адсорбции реагентов, диоксида серы и кислорода образованием продукта триоксида серы с участием катализатора, десорбции триоксида серы и диффузии его от поверхности катализатора. Такие же стадии могут быть при адсорбции и хемосорбции. Но десорбция обычно осуществляется как отдельная стадия при более высоких температурах, чем адсорбция.
Каталитическое окисление диоксида серы низких концентраций на ванадиевых, железных, хромовых и др. катализаторах подробно изучено В.В. Денисовым с целью применения катализа для очистки от диоксида серы отходящих газов различных производств.
Однако при каталитическом методе обезвреживания в неподвижном слое катализатора газовые выбросы должны быть предварительно очищены от пыли и иметь температуру выше 300+400°С. Кроме того, после каталитического окисления диоксида образующийся триоксид должен быть адсорбирован. Для этого требуется охлаждение газа.
Таким образом, при каталитическом методе очистки возникает проблема улавливания уже окисленного продукта (триоксида серы). Из приведенного краткого анализа перечисленных методов можно заключить, что универсального способа очистки газовых выбросов от диоксида серы не существует.
Для решения проблемы обезвреживания отходящих газов промышленности от диоксида серы требуется метод без охлаждения большого объема газа с малым содержанием диоксида серы (до 0,5%). При этом применяемые сорбенты должны быть доступными и дешевыми.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие уточненные задачи исследования:
- выполнить с критических позиций анализ современного состояния решаемой научно-технической проблемы;
- разработать информационную систему расчета свойств веществ и компонентов газовых выбросов, позволяющую адаптировать математические модели к системным расчетам при автоматизированном проектировании;
- разработать математические модели и алгоритмы расчета основных процессов очистки газовых выбросов, отвечающих условиям эксплуатации технологических комплексов;
- выполнить содержательную постановку задач исследования и оптимального проектирования системы очистки газовых выбросов промышленности;
- оптимизировать тепловой режим реактора со стационарным слоем катализатора;
- выполнить теоретические и экспериментальные исследования свойств и характеристик отработанного промышленного катализатора АВК-10 и на основе его ресурсных испытаний модифицировать и изучить характеристики усовершенствованных катализаторов;
- обосновать технологию приготовления модифицированных алюмованадиевых катализаторов, изучить их активность и другие физико-химические свойства, в том числе фазовый состав и структуру применительно к промышленным условиям очистки газовых выбросов от оксидов азота;
- исследовать технологический процесс хемосорбции диоксида серы на активных пористых сорбентах, содержащих оксид марганца, и получить математическую модель процесса, протекающего в многосекционном аппарате;
- выполнить оптимальное проектирование промышленного агрегата для осуществления совмещенного технологического процесса очистки газовых выбросов от диоксида серы и получения товарных марганцевых соединений;
- организовать выпуск опытно-промышленной партии модифицированного катализатора АВЖК-10 и провести его комплексные промышленные испытания;
- провести производственные испытания разработанной технологической установки для хемосорбции диоксида серы марганцевой рудой;
- испытать активированные пористые сорбенты из отходов промышленных производств на созданной опытно-промышленной установке;
- обсудить вопросы технико-экономической эффективности от реализации разработок диссертации в промышленных схемах очистки газовых выбросов от вредных примесей.
Решение перечисленных задач исследования должно обеспечить: возможность реализации перспективной общей методики математического моделирования технологических процессов очистки газовых выбросов с учетом нестационарной активности катализаторов, на основе которой становится возможным нахождение оптимально согласованных режимов работы аппаратов; решения важных прикладных задач проектирования технологии и аппаратурного оформления системы очистки газовых выбросов от вредных примесей и повышение обоснованности технического уровня проектных решений.
Список литературы /References
1. Маргулов Р.Д., Коротаев Ю.П. Добыча, подготовка и транспорт природного газа и конденсата. Справочное руководство в 2-х томах. Том 1. // Недра. М., 1984. Т. 1. С. 360.
2. Донских Б.Д. Разработка методов исследования эффективности работы установок промысловой подготовки природного газа: Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. // Газпром ВНИИГаз. М., 2011. С. 144.
3. Ахметов С.А., Баязитов М.И., Кузеев И.Р., Сериков Т.П. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа // ред. С.А. Ахметова / Недра. СПб., 2006. С. 868.
