Українська  English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Проблема загрязнения окружающей среды с каждым годом все более обостряется и приобретает глобальные масштабы.

Выбросы диоксида серы в мире составляют 100 - 150 млн. тонн/год. Загрязнение атмосферы оксидами серы повышает уровень заболеваемости и смертности населения вследствие сердечнососудистых заболеваний. Диоксид серы, попадая в атмосферу, вызывает выпадение «кислотных дождей».

Серосодержащие выбросные газы являются крупным потенциальным сырьевым источником для производства элементарной серы. По оценкам специалистов сокращение в 2 раза общего выброса в атмосферу серосодержащих соединений с отходящими дымовыми газами, образующимися при сжигании топлива, позволило бы в мировом масштабе ежегодно получать дополнительно 30 млн. т серы.

Таким образом, предотвращение загрязнения атмосферы двуокисью серы необходимо как с точки зрения охраны окружающей среды, так и с точки зрения получения мощного источника серосодержащих продуктов - ценного сырья для народного хозяйства.

Наиболее перспективным путем охраны окружающей среды от двуокиси серы является очистка отходящих промышленных газов [1].

1. Актуальность темы

В настоящее время существует множество методов для очистки отходящих газов от диоксида серы. К сожалению, методов без недостатков не существует, как не существует и идеального производства. Однако идеальным 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. Несмотря на большое количество работ посвященных проблемам очистки газов от SO2, поиск новых сорбентов является весьма актуальным.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью исследования является разработка адсорбента на основе карбонатов и оксидов для очистки дымовых газов от сернистого ангидрида.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить методы очистки отходящих газов от диоксида серы.
2. Разработать адсорбент с эффективными сорбционными свойствами.
3. Оценить экологические, экономические и социальные эффекты от внедрения полученного адсорбента.

На основании практических исследований будет сделан вывод об эффективности полученного адсорбента.

3. Основная часть

3.1.Образование сернистого ангидрида

Сернистый ангидрид (молекулярная масса 64,058), образуется при сгорании серы, сероводорода, а также при нагревании различных сульфидов в потоке воздуха или кислорода. В обычных условиях диоксид серы представляет собой бесцветный газ с резким, всем знакомым характерным запахом горящей серы. Она почти в 2,3 раза тяжелее воздуха, не горит и не поддерживает горения.

Молекула сернистого ангидрида полярна: она представляет собой равнобедренный треугольник с атомом серы в вершине. Плотность диоксида серы при 0°С и атмосферном давлении равна  2,926 кг/м3. Двуокись серы легко превращается в жидкость при атмосферном давлении и охлаждении до - 10,5 °С; при 72,5 °С она замерзает. Давление паров сернистого ангидрида над жидкой фазой составляет 1329,3 кН/м 2 при 20°С и 851,13 кН/м2 при 50°С.

Двуокись серы растворяется в воде, серной кислоте и олеуме. В одном объеме воды при 20°С растворяется около 40 объемов S02; при этом выделяется тепло в количестве 34,4 кДж/моль (8,2 ккал / моль) [2]

В технике сернистым газом называется газовая смесь, содержащая S02. Бедным сернистым газом называют газовую смесь с содержанием менее 1% S02.

Описывая свойства S02 как вещества, загрязняющего воздух, необходимо отметить ее способность окисляться до трехокиси серы (S03), которая во влажном воздухе может превращаться в серную кислоту. Протеканию этой реакции в воздухе способствуют солнечный свет, катализирующие вещества, а также озон. Необходимо учитывать, что даже при очень малых концентрациях двуокиси серы наряду с ней в воздухе могут находиться небольшие количества паров или аэрозоля серной кислоты, что усугубляет загрязнение воздуха.

3.2. Поступление сернистого ангидрида в атмосферный воздух

Техногенные источники поступления оксидов серы в атмосферу — топливная энергетика (55 %), металлургическая промышленность (25 %), очистка и переработка нефти и угля (10 %), химическая промышленность, транспорт и другие виды хозяйственной деятельности человека (10 %).

Преимущественно загрязнение атмосферы оксидами серы происходит при сжигании топлива (нефти, угля, природного газа, древесины). В составе топлива сера не является главной составной частью. Количество серосодержащих соединений в нефти и угле может меняться от долей до 5 - 6 % и зависит и от типа его и от места добычи. Продуктом сгорания топлива является сернистый ангидрит, или диоксид серы, S02.

Другим важным источником диоксида серы являются металлургическая промышленность, переработка полиметаллических руд. Металлы в рудах находятся преимущественно в форме сульфидов (пирит, галенит, сфалерит, цинковая обманка), значительно меньше их находится в форме сульфатов Fe, Mg, Ca. Сернистый ангидрид S02 преобладает среди других газообразных соединений серы техногенного происхождения, по разным источникам, это превышение колеблется от 1,5 - 2 раз до 7 - 8 раз. Отходы некоторых заводов содержат 4 - 10 % S02.

Общепланетарное техногенное поступление диоксида серы в атмосферу, по разным источникам, составляет в среднем 140 - 290 млн т в год. Основная часть его депонируется в почве и в биоте, около 1/3 выносится в океаны. Предполагается, что в XXI в. выброс диоксида серы увеличится в 3 - 5 раз. 94 % выбросов S02 приходится на северное полушарие, где сконцентрирована преимущественно мировая промышленность. В Европе главными его источниками являются промышленные комплексы Рурского бассейна Германии и Великобритания[3].

Антропогенная эмиссия оксидов азота и серы превышает природную эмиссию. Об этом свидетельствуют многочисленные ориентировочные оценки, полученные разными авторами. Абсолютные показатели в них не всегда совпадают, но отражают одну и ту же закономерность.

Техногенные выбросы диоксида серы влияют не только на окружающую среду с высокоразвитой промышленностью, но и на соседние с ними страны за счет трансграничного переноса. Дальность распространения газов в атмосфере составляет в среднем 300 - 400 км, может достигать 1 - 2 тыс. км. На территории многих стран Европы до половины и более от общего количества сернистых соединений поступает из соседних стран. Например, выпадение диоксидов серы в Люксембурге, Нидерландах, Швейцарии за счет трансграничного переноса достигает 71 - 78 % от их общего выпадения. В Скандинавских странах их поступление за счет переноса составляет 54 - 63 %. Поступление серы в атмосферу России из соседних западных стран составляет не менее 40 % от общего объема антропогенной нагрузки.

Поступление из атмосферы на земную поверхность загрязняющих веществ, в том числе веществ кислотной природы, происходит в результате процессов мокрого и сухого их осаждения. Мокрое выпадение кислотных осадков — основной путь осаждения из атмосферы антропогенных кислотных продуктов. При дефиците осадков доминирует выпадение твердых и газообразных осадков в форме сухого аэрозольного осаждения. Соотношение вклада влияния мокрого и сухого выпадения кислотных продуктов может быть различным. Например, в высокогорных европейских регионах поступление веществ кислотной природы на 80 - 90 % обусловлено мокрыми выпадениями сульфат ионов.

Фоновые уровни содержания сернистого ангидрида в атмосфере составляют 5 - 10 мкг/м3. ПДК разового поступления SO2 в воздухе составляет 500 мкг/м3, среднесуточный уровень ПДК равен 50 мкг/м3. Лишь на высоте 3 - 4 км в атмосфере нивелируется концентрация сернистого ангидрида. Во всех крупных городах за счет локальных источников загрязнения этот уровень содержания SO2 в атмосфере превышен.

Источники поступлегия диоксида серы в окружающую среду

Анимация 1 – Выброс отходящих газов в атмосферный воздух

3.3. Методы очистки газов от сернистого ангидрида

Известно около 200 различных способов удаления сернистого ангидрида из дымовых газов, более 25 из них нашли промышленное     применение [4].

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 SO2, 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/м, очистка оказывается даже рентабельной.

Достоинствами этого процесса являются высокая степень очистки, газы не охлаждаются, и отсутствуют жидкости.

Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей [6].

3.4. Токсическое воздействие диоксида серы на организм человека

В связи с учащением случаев заболеваний и смерти, связанных с загрязнением атмосферного воздуха, органы здравоохранения различных государств, стали проявлять особый интерес к вопросу о вредном влиянии атмосферных загрязнений на организм человека. По вопросу о вредном действии относительно невысоких концентраций двуокиси серы на человека пока накоплено немного данных. Проведенные исследования основаны частично на концепции, что концентрация S02 во вдыхаемом воздухе и продолжительность экспозиции играют важную роль в возникновении любого вида системного поражения, которое может возникнуть в результате вдыхания. Практически любая примесь в воздухе начинает проявлять свое вредное влияние при ее содержании выше определенной нормы[7].

В этом смысле вопрос о вредности любого вещества в атмосфере по существу сводится к вопросу о его предельно допустимой концентрации.

Было изучено влияние выбросов теплоэлектростанции на здоровье людей, проживающих в районах с различной интенсивностью загрязнения атмосферного воздуха, в результате чего было установлено наличие неблагоприятного влияния выбросов на санитарно-бытовые условия и здоровье населения в зоне задымления при максимальной концентрации S02 в атмосфере 3,3–4,0 и пыли 2,5–4,6 мг/м3. Общее число жалоб и частота заболеваний верхних дыхательных путей по некоторым формам в этой зоне оказалась в два раза выше, чем в относительно чистом районе. В основной группе школьников (зона задымления) у большинства детей отмечено пониженное содержание гемоглобина, выявлено наличие SO2 в крови (от следов до 0,02 мг), высокая заболеваемость конъюнктивитами (13,3% по сравнению с 3,8% в контрольном районе).

Выводы

Анализирую вышеизложенный материал, можно сделать вывод, что на данный момент перспективным направлением является получение сорбентов из различных материалов, способных заменить существующие, так что бы это позволило одновременно решать экологическую и экономическую проблему, и расширить перечень сорбентов, пригодных для использования в различных областях.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июль 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Рихтер, Л.А. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов тепловых электростанций. Учебник для вузов /Л.А. Рихтер, Волков Э.П. -  М.: Энергоиздат, 1981. - 296 с.
  2. Лазарев, Н.В. Вредные вещества в промышленности / Н.В. Лазарева. – Л.: Химия, 1977. – 592с.
  3. Гладкий, Е. А. Высокотемпературная очистка дымовых газов от оксидов серы / Е.А.Гладкий. - К.: Вища шк., 1992. - 150с.
  4. Бродский, Ю. Н Современные методы очистки дымовых газов от сернистого ангидрида и их экономика / Ю.Н. Бродский. – М.: Энефтехим, 1983. – 84 с.
  5. Штраус, В. Промышленная очистка газов / В. Штраус, Ю.Косой. – М.: Химия, 1993. – 234 с.
  6. Первовой, И.Г. Основы промышленной экологии / И.Г Первовой. - Екатеринбург, 1999. - 22 с.
  7. Баркер К. Загрязнение атмосферного воздуха / К. Баркер, Ф. Кэмби . - М.: 1962. – 243с.