Образование загрязнений в процессах сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оксиды углерода СО и СО₂ в воздухе присутствуют в газообразном состоянии. Продолжительность их пребывания в приземном слое атмосферы определяется свойствами оксидов и параметрами среды (температура, давление, влажность и т.п.). Оксид углерода СО₂ значительно легче, чем СО, выводится из атмосферы в процессе её самоочищения. Оксид углерода СО чрезвычайно токсичен, переносится на большие расстояния от источников выброса, долго может находитсяв неизменном виде в приземном слое атмосферы. Очистка промышленных газов от СО₂ и СО основана на их физических и химических свойствах.

Оксид углерода (IU) - это бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом. В воде СО₂ растворим довольно хорошо (приблизительно 1:1 по объёму). По химической природе это кислотный оксид, взаимодействующий с водой при растворении в ней, основаниями (щелочами), основными оксидами. При растворении СО₂ в воде образуется слабая угольная кислота:

Н₂О+СО₂=Н₂СО₃

Н₂О+СО₂=Н₂СО₃=Н⁺ + НСО₃^-=2Н⁺ +СО₃^2-

При нагревании СО₂ улетучивается и равновесия смещаются влево. При добавлении щёлочи или щелочных реагентов равновесия смещаются вправо. Образующиеся карбонаты и гидрокарбонаты имеют различную растворимость в воде, не токсичны.

Оксид углерода (II) - бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса, плохо растворим в воде. Газ сильно токсичен, его ПДК в воздухе населённых мест 1 мг/м³. Основная опасность СО для животных и человека обусловлена его способностью связываться с гемоглобином крови легче, чем кислород. Большая токсичность СО обусловливает необходимость тщательной очистки от него промышленных газов, выбрасываемых в атмосферу. При очистке загрязненных газов от СО используются следующие его свойства: возможность окисления СО до СО₂; способность СО вступать в реакции комплексообразования.

Методы очистки газов от оксидов углерода:

Оксид углерода (карбоксид) представляет собой высокотоксичный газ. Установлены жесткие предельно допустимые его концентрации: в рабочей зоне - 20 мг/м³, в атмосфере (максимально-разовая) - 5 мг/м³, среднесуточная - 3 мг/м³. углерод газ атмосфера оксид

Оксид углерода СО образуется в результате неполного сгорания жидкого, твердого и газообразного топлива. Он входит в состав газов, выделяющихся в процесах выплавки и переработки черных и цветных металлов, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, газов, образующихся при взрывных работах.

Методы санитарной очистки выбросов от оксида углерода дороги и несовершенны. Это не позволяет подвергать санитарной очистке значительные объёмы выбросов, содержащих СО.

Чаще выполняют очистку газов от СО в технологических целях: например, газы, подаваемые на синтез аммиака, должны содержать не более 5-10 промилей СО, который является каталитическим ядом.

Каталитическое окисление является наиболее рациональным методом обезвреживания отходящих газов промышленности от оксида углерода. Однако наряду с оксидом углерода в зависимости от условий конкретного производства в газах могут содержаться и другие токсичные компоненты: диоксид серы, оксиды азота, пары различных углеводородов. Кроме того, в них обычно присутствуют диоксид углерода, кислород, азот, пары воды и часто механические примеси в виде различных пылей. Некоторые из этих примесей могут быть ядами для катализаторов.

Промышленный катализатор конверсии имеет форму таблеток размером 6,4х6,4 или 9,6х9,6 мм. Он содержит от 70 до 85% Ре20з и 5-15% промотора Cr203/ Катализатор относительно устойчив в присутствии сернистых соединений при непродолжительном воздействии капельной влаги; он сохраняет активность вплоть до 600^оС. В случае высоких концентраций СО в исходном газе катализатор в контакторе располагают в несколько слоёв, причем необходимо предусмотреть меры для отвода тепла между слоями.

Каталитические гидрирования оксида и диоксида углеродов в метан обычно применяется для очистки небольших остаточных количеств этих соединений (не более 2%) в газовых потоках после удаления основной массы их при помощи других методов. Метод используется особенно часто в тех случаях, когда присутствие метана не ухудшает условий дальнейшей переработки или использования газов. Типичным примером применения этого процесса может быть удаление оксидов углерода из водорода после конверсии СО и абсорбции СО₂ жидкостными процессами. Остаточное содержание оксидов углерода в очищенном газе составляет несколько десятитысячных долей процента. Одновременно происходит удаление свободного кислорода, если он присутствует в газе.

А1203 - его изготовляют, как и в предыдущем способе, в виде таблеток. Срок службы катализаторов достигает нескольких лет.

В зависимости от условий спекания и состава шихты содержание СО в газах агломерационных машин колеблется в пределах 0,3-3,0 %.

Выбросы СО в атмосферу можно уменьшить тремя способами: сорбцией жидкими и твердыми поглотителями; дожиганием при температурах выше температуры самовоспламенения; каталитическим окислением при невысоких температурах.

В химической технологии для поглощения СО применяют медноаммиачные соли. Процесс идет при высоких давлениях (до 30 МПа) и низких температурах, и потому для металлургии неприемлем. Ведутся разработки по адсорбции СО цеолитами, которые для металлургии малоперспективны вследствие больших объемов газов, малой поглотительной способности цеолитов и необходимости глубокой предварительной очистки газов от пыли и избыточной влаги.

Дожигание СО до С02 в атмосфере возможно при соблюдении двух условий: температура процесса выше температуры воспламенения СО (-800 °С) и концентрация СО в газах более 12 %. Выполнить и то и другое условие применительно к агломерационным газам, имеющим температуру 120-150 °С, крайне затруднительно, поэтому дожигание СО до С02 в атмосфере неперспективно.

Каталитическое окисление СО в С02 перспективный способ ограничения СО в агломерационных газах. Однако наличие в них пыли и сернистых соединений крайне ограничивает выбор катализатора; можно применять катализаторы только платиновой группы, например палладиевые. При фильтрации газов через слой палладиевого катализатора толщиной 150 мм при температуре 300-350 °С и потере давления 15 кПа обеспечивается полное окисление СО в С02.

Разработана схема очистки агломерационных газов от СО и S02 в контактном аппарате, где в присутствии катализаторов СО окисляется в С02, a S02 в S03 (рис. 4.12).

Контактный аппарат представляет собой цилиндрический трубчатый теплообменник, внутри которого в полом цилиндре размещены две кассеты: нижняя заполнена палладиевым катализатором для окисления СО в С02, а верхняя -- ванадиевым катализатором для окисления S02 в S03. Агломерационные газы с температурой до 150 °С поступают в теплообменник контактного аппарата, где подогреваются теплом отходящих из аппарата газов. Дополнительный подогрев до нужной для окисления S02 температуры (400-450 °С) осуществляется за счет сжигания дополнительного топлива в горелках, установленных внутри аппарата.

Для аглоленты с выходом газа 210 тыс. м3/ч требуется установить четыре таких аппарата диаметром 6 и высотой 7 м. До них предусмотрена установка фильтра тонкой очистки (электрофильтра или рукавного фильтра), а за ними -- холодильника-конденсатора с поверхностью охлаждения

В установке такого типа можно получать до 40 т/сут 80%-ной серной кислоты. Расход тепла на проведение процесса 5 -107 кДж/ч; расход катализатора для СО 15 т/год, для S0215 т/год.

Задача № 1.Определить категорию опасности предприятия (КНП) и ширину санитарно-защитной зоны (СЗЗ) по данным:

Категорию опасности предприятий (КОП) рассчитывают по формуле:

где М_і - масса выброса і-того вещества, т/год; ГДК_с.с. - средне-суточная гранично допустимая концентрация і-того вещества, мг/м³; п - кол-во вредных в-в, выбрасываемых предприятием в атмосферу; а_і - безразмерная константа, позволяющая сравнить степень вредности і-того в-ва с вредностью серного газа.

Безразмерная константа а_і в соответствии с классом опасности в-в:

Определяем КОП этого предприятия:

Рассчеты произведены в программе Mathcad

КОП=9,624х10⁴

Полученное значение КОП равно 10⁴, что позволяет нам по степени загрязнения отнести данное предприятие к 3-й категории.

Ширина санитарно-защитной зоны должна составлять не менее 300 м.

Задача № 2.Определить ГДВ, значение приземной концентрации С_тах, расстояние от источника, на котором достигается максимальная концентрация вредных веществ Х_тах, зону влияния предприятия по следующим данным:

Рассчеты произведены в программе Mathcad.

1) найдем значение параметра f:

При значении f >100 расчет проводим для холодной газовоздушной смеси.

2) найдем объем газовоздушной смеси:

v=21.47 м³/с

3) для определения коэффициента n определяем V_max:

При значении V_max >2 n=1

4) гранично-допустимый выброс, г/с:

ГДВ=0,828 г/с

5) значение приземной концентрации С_тах, мг/м³ для сажи:

C_max=0.04 мг/м³

6) расстояние, на котором ожидается наибольшая концентрация веществ Х_тах равно:

при F? 2

при V_max>2

X_max=154.89 м.

зону влияния предприятия определяет расстояние L, которое находят:

L=10*X_max

L=1549

Вследствии выполненных расчетов получены следующие значения:

ГДВ= 0,828 г/с; C_max=0,04 мг/м³; X_max=154,89 м; L=1549.

Литература

1. Звонов В, А. Образование загрязнений в процессах сгорания. -- Луганск: Изд-во Восточноукраинского государственного университета, 1998.

2. Охрана окружающей среды в строительстве. / В. П. Журавлев и др. -- М.: Изд-во АСВ, 1995. -- 328 с.

3. Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник. -- М.: Мысль, 1990.

4. . Алексеев Г. H. Общая теплотехника. -- М.: Высшая школа, 1980

5. Хейвуд Р. У. Термодинамика неравновесных процессов. -- М.: Мир, 1983.

6. Лапин В. Л., Мартинсен А. Г., Попов В. М. Основы экологических знаний инженера.-- М.: Экология, 1996.

7. Небел Б. Наука об окружающей среде: как устроен мир.: В 2 т. -- М.: Мир, 1993.

Размещено на Allbest.ru