Решение проблемы выбросов сероводорода при охлаждении водой шлака доменного производства путем добавления гидрокарбоната натрия
Пути снижения выбросов сероводорода при охлаждении водой шлака доменного производства. Использование гидрокарбоната натрия для нейтрализации сероводорода. Протекающие химические реакции, расчет объема гидрокарбонат натрия. Экономическая оценка проекта.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.10.2020 |
| Размер файла | 321,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Решение проблемы выбросов сероводорода при охлаждении водой шлака доменного производства путем добавления гидрокарбоната натрия
Парпиев Д.Б., студент 3 курс,
Факультет металлургических и машиностроительных технологий Старооскольский технологический институт (филиал) НИТУ «МИСиС»
Тургунбоев О.С., студент 3 курс,
Факультет металлургических и машиностроительных технологий Старооскольский технологический институт (филиал) НИТУ «МИСиС»
С.П. Угарова Старооскольский технологический институт (филиал) НИТУ «МИСиС»
Аннотация
Статья посвящена решению проблемы выбросов сероводорода при охлаждении водой шлака доменного производства. Для устранения вредных выбросов сероводорода предложено добавлять в охлаждающую воду гидрокарбонат натрия, который нейтрализует сероводород. Представлены протекающие химические реакции и расчет необходимого количества гидрокарбонат натрия. Приведена экономическая оценка проекта.
Ключевые слова: экология, вредные выбросы, производство чугуна, шлак, сероводород, гидрокарбонат натрия, нейтрализация.
Annotation
The article is devoted to solving the problem of hydrogen sulfide emissions during water cooling of blast furnace slag. To eliminate harmful emissions of hydrogen sulfide, it is proposed to add sodium bicarbonate to the cooling water, which neutralizes hydrogen sulfide. Submitted to the proceeding of a chemical reaction and calculate the amount of sodium hydrogen carbonate. The economic evaluation of the project is given.
Key words: ecology, harmful emissions, iron production, slag, hydrogen sulfide, sodium bicarbonate, neutralization.
Среди отходов черной металлургии первое место по объему и значению для строительного и дорожного строительства несомненно принадлежит доменным шлакам, получаемым в качестве основного побочного продукта при плавке чугуна из железной руды в доменных печах.
Выход доменных шлаков на 1 тонну чугуна достаточно большой и составляет от 0,4 до 0,65 т. Таким образом, на крупном металлургическом комбинате количество образующегося шлака может достигать 6-10 млн. т/год. Это огромные объемы материала, которые надо перерабатывать. Неравномерный выход шлака - результат различного содержания серы в используемом коксе: чем больше серы, тем требуется большее количество окиси кальция для перевода серы кокса в шлак.
Состав доменных шлаков сложен. В них встречается до 30 различных химических элементов, главным образом в виде окислов. Основными из них являются SiO2, AI2O3, CaO, MgO. B меньших количествах обычно присутствуют FeO, MnO, S, TiO2, V2O5 и др [1]. Среднее содержание элементов в доменном шлаке представлено в таблице 1.
Рисунок 1. Доля продукции, производимой из доменного шлака
Шлаки, которые образуются в процессах черной металлургии, могут широко использоваться как вторичные ресурсы. Например, гранулированные доменные шлаки являются хорошим материалом для дорожного и гражданского строительства. Доля продуктов, производящихся из доменного шлака представлена на рисунке 1.
Таблица 1. Химический состав металлургических шлаков
|
Компоненты |
Доменный шлак, масс % |
Сталеплавильный шлак, масс |
|
|
SiЬ2 |
28,4-37,6 |
12,9-3 7,6 |
|
|
CaO |
32,7-40,3 |
22,7-33,8 |
|
|
MgЬ |
7,0-13,2 |
10,7-18,6 |
|
|
AI2O3 |
12,8-15,6 |
4,1-11,0 |
|
|
MnO |
0,47-0,61 |
1,5-9,0 |
|
|
Fe2Ь3 |
0,5-0,86 |
5,0-11,5 |
|
|
FeO |
0,55-1,08 |
8,0-10,0 |
|
|
Бе |
0,49-2,53 |
9,7-18,5 |
|
|
ТЮ2 |
1,21-10,0 |
0,7-3,8 |
Как видим, около половины продукции составляет гранулированный шлак. Данный материал может применяться в качестве шлакопортландцемента и других видов шлаковых цементов, в промышленности для теплоизоляции трубопроводов, производства абразивных материалов, в дорожном строительстве (в качестве заполнителя для бетона и пенобетона), а также в жилищном строительстве при производстве армированных и неармированных изделий и конструкций.
Процесс грануляции может осуществляться тремя способами:
• Мокрый
о Бассейновый способ
о Желобный способ
• Полусухой
о Гидрожолобный способ
о Барабанный способ
• Сухой
Наибольшее распространение получили установки полусухой и мокрой грануляции.
К достоинствам мокрой грануляции относят минимальные затраты на производство и простоту оборудования. К недостаткам - большой расход воды 3 м3/т шлака и значительное содержание влаги в шлаке 25-30 %
В зависимости от состава шлака и условий работы грануляционных установок удельные выбросы сероводорода колеблется в пределах от 0,2 до 2,0 кг/т шлака, что превышает допустимые нормы.
При мокрой грануляции используются бассейновые и гидрожелобные установки. Бассейновая установка для грануляции шлака имеет недостатки: при её работе происходит выделение в атмосферу H2S и SO2 [2]. Это связано с наличием в шлаке от 0,7 до 1 % серы, связанной в различных соединениях. При контакте расплава шлака с водой в результате гидролиза образуются токсичные серосодержащие газы, при этом из-за недостатка кислорода в зоне реакции образуется в основном сероводород [3].
Снизить выбросы сероводорода можно путем применения полусухого или сухого метода грануляции шлака, установкой над гидрожелобом укрытий для улавливания и очистки газовых выбросов, обезвреживание парогазовых выбросов путем добавки нейтрализатора (известковое молоко) и окислителей (БегОц СаС03, КМп04) в воду для грануляции [4]. Возможно также добавление поверхностно-активных веществ [5], плавикового шпата [6]. Применяют опрыскивание смеси жидкой средой, добавку в выпускаемый шлак железосодержащих отходов и т.д. Однако данные методы или технически сложные или дорогостоящие.
Нами предложен более дешевый способ нейтрализации сероводорода путем добавления гидрокарбоната натрия. Данный материал достаточно распространен, дешев, доступен и не требует специальных условий транспортировки, не относится к опасным веществам.
Для осуществления данного способа нами предложена следующая модернизация установки для полусухой грануляции доменного шлака (рисунок 2).
Рисунок 2. Установка для полусухой грануляции жидкого шлака:
1 - ковш со шлаком; 2 - приемная ванна; 3 - грануляционный желоб;
4 - барабан; 5 - приемная площадка; 6 - бункера с гидрокарбонатом натрия; 7 - насос; 8 - бак для смешивания
Мы выбрали для реализации полусухой способ грануляции в связи со следующими преимуществами: расход воды меньше чем при мокрой грануляции (до 2 м3/т гранулята), а влажность получаемого продукта ниже (7 - 15%).
В то же время данный способ имеет и недостатки: пониженное качество продукции (образуется большое количество шлаковых волокон), потери физического тепла. Однако с учетом модернизации для снижения вредных выбросов сероводорода, данные недостатки перевешиваются повышением экологичности способа.
Процесс грануляции на установке с барабаном осуществляется следующим образом. Жидкий шлак доменный шлак, поступающий из доменного цеха из шлаковозного ковша (1) сливается в приемную ванну (2) и далее поступает на наклонный грануляционный желоб (3), в который через специальные сопла подается вода под давлением до 0,6 МПа из расчета 0,7... 1,5 м3 на 1 т шлака. Для добавления в воду гидрокарбоната натрия предусмотрены бункера для сыпучих материалов (6), насос подачи воды (7) и смесительный бак (8). Сильно охлажденный шлак вместе с водой поступает на грануляционный барабан (4), где дробится и отбрасывается на площадку склада (5). При полете частицы шлака интенсивно охлаждаются воздухом.
Рассмотрим процесс образования сероводорода (Н2Б|). В составе доменного шлака содержится ион серы (2-) Б2", реагируя с водой получается сероводород H2S и оксид шлака. Мы предположили, что в доменном шлаке содержится в основном CaS (сульфид кальция). На предприятии для охлаждения внешнего слоя шлака используется вода. При взаимодействии воды с сульфидом кальция образуется сероводород, который является одним из самых вредных газов.
CaS + H2O = CaO + H2S|
Ионное уравнение:
Ca2+ + S2- + H2O = Ca2+ + O2- + 2H+ + S2-
Сокращенное ионное уравнение:
H2O = O2- + 2H+
Как показывает опыт российских и зарубежных предприятий, нельзя полностью предотвратить выброс сероводорода при охлаждении доменного шлака водой. Однако но можно существенно уменьшить выброс газа по нашей рекомендации путем смешивания воды с гидрокарбонатом натрия (NaHCO3).
CaS + H2O = CaO + H2ST
2NaHCO3 + H2S = Na2S| + 2CO2T + 2H2O
Сульфид кальция находящийся в составе шлака не реагирует с гидрокарбонатом натрия, он реагирует только с водой и образует сероводород и оксид кальция. При этом, сульфид водорода быстро реагирует с гидрокарбонатом натрия, в результате чего получается осадок сульфида натрия, выделяется углекислый газ и вода. Сероводород таким образом выделяется в незначительном количестве.
Константа диссоциации гидрокарбоната натрия:
NaHCO3Na+ + HCO3- (I)
HCO3-H+ + CO32-(II)
Константа диссоциации по второй ступени - К2 (Н2СО3) = 4,8^10-11
Гидролиз гидрокарбоната натрия описывается уравнением:
NaHCO3 + H2O = H2CO3 + NaOH
HCO3- + H2O = H2CO3+ OH-
Константа гидролиза Кг = 2,2-10-8 заметно больше константы диссоциации, поэтому раствор NaHCO3 имеет щелочную среду.
С помощью не сложных математических действий можно найти количество гидрокарбоната натрия, необходимого для нейтрализации 3,187 кг/т сульфида водорода.
Таким образом, чтобы нейтрализовать 3,187 кг/т сульфида водорода необходимо 15,74 кг/т гидрокарбоната натрия.
Стоимость 1 кг гидрокарбоната натрия не превышает 18 руб, т.е. затраты на одну тонну шлака составят 283.32 руб.
Следует также подчеркнуть, что применение данного способа возможно не только на установке барабанной грануляции, а и на других типах установок мокрой и полусухой грануляции.
Таким образом, применение способа нейтрализации сероводорода путем добавления гидрокарбоната натрия способствует минимизации воздействия на окружающую среду сероводорода, а так же способствует в достижении уровня наилучших экологических стандартов в мировой металлургии.
Использованные источники
выброс сероводород шлак гидрокарбонат натрия
1. Белов В.В., Петропавловская В.Б. Краткий курс материаловедения и технологии конструкционных материалов для строительства: Учебное пособие. - 2-е изд. - Тверь: ТГТУ, 2005. - 180 с.
2. Ахмедьянова З.И., Боброва О. Б., Понамарева Т. Б. Снижение выбросов сероводорода при грануляции доменных шлаков // Научно - методический электронный журнал «Концепт». - 2016. - Т. 11. - С. 1641-1645.
3. Сеник А.И., Милюков С.В., Ирошкина О.Б. Образование выбросов сероводорода при внепечной грануляции доменных шлаков // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2008. № 3 (23). С. 75-79.
4. Ахмедьянова З.И., Боброва О.Б. Варианты возможностей снижения выбросов сероводорода при грануляции доменных шлаков // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2016. Т. 1. С. 228 -230.
5. Селиванова Е.С., Боброва З.М. Методы снижения выбросов соединений серы в атмосферу при грануляции доменного шлака // Теория и технология металлургического производства. 2014. № 1 (14). С. 81-82.
6. Пат. 2164954 Россия, МПК С 21 С 5/54, С 21 С 7/064. Способ десульфурации шлака / Вдовин К.Н., Чернов В.П., Колокольцев В.М. и др. № 99122125/02; заявл. 22.10.1999; опубл. 10.04.2001, Бюл. № 8. 5 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проектирование заключительной стадии утилизации сероводорода из серосодержащих газов вторичной переработки нефти - абсорбции и десорбции сероводорода моноэтаноламином. Отходы, образующиеся в технологической схеме. Материальный баланс. Расчет оборудования.
курсовая работа [468,1 K], добавлен 09.01.2017Основные химические и физико-химические процессы, протекающие при мерсеризации. Этап предварительного созревания щелочной целлюлозы. Характеристика источников выбросов. Факторы, влияющие на образование загрязняющих веществ. Обзор технологии очистки.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 15.04.2019Современное понятие экологии человека. Свойства натрия: миграция, биофильность, технофильность, техногенное геохимическое давление. Геохимическая и санитарно-гигиеническая характеристика натрия в различных средах, влияние элемента на здоровье человека.
контрольная работа [32,7 K], добавлен 26.10.2010Описание территории и особенностей климата Онего-Северодвинского бассейна. Оценка степени антропогенной трансформации речного стока в теплый период в пределах этого ареала путем анализа концентрации ионов натрия. Изменение концентрации натрия по годам.
курсовая работа [157,1 K], добавлен 09.02.2016Анализ преимуществ и недостатков классифицированных методов очистки выбросов в атмосферу загрязняющих веществ. Расчет показателей оценки методов очистки сероводорода. Определение коэффициентов очистки газового потока, их экономичность и эффективность.
курсовая работа [60,2 K], добавлен 30.11.2010Технология обезвреживания выбросов производства пластмасс. Рекуперация паров органических растворителей. Обезвреживание газовых выбросов производства поливинилхлорида. Основные направления снижения уровней выбросов в атмосферу в промышленности пластмасс.
курсовая работа [473,7 K], добавлен 27.12.2009Общая характеристика калия, кальция, магния, натрия как элементов периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Основные пищевые источники данных элементов. Роль и значение калия, кальция, магния, натрия для человеческого организма.
реферат [23,9 K], добавлен 13.01.2015Режимные мероприятия снижения выбросов NOх. Химические способы очистки промышленных газовых выбросов от оксидов азота. Новый каталитический безреагентный способ снижения выбросов NОx в выхлопе агрегатов компрессорных станций. Системы денитрификации.
реферат [2,2 M], добавлен 20.12.2014Методы очистки от пыли, их разновидности, отличительные особенности и степень эффективности. Принцип действия и устройство вихревых пылеуловителей. Виды промышленных волокнистых фильтров. Очистка газов от диоксида серы, сероводорода, оксидов углерода.
реферат [945,1 K], добавлен 08.08.2009Распределение выбросов автотранспорта в окружающей среде. Нормирование выбросов загрязняющих веществ при эксплуатации транспорта. Изучение фитотоксичности почвенных образцов придорожных участков. Характеристика выбросов автомобильного транспорта.
курсовая работа [319,8 K], добавлен 06.04.2015Инвентаризация источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Мероприятия по снижению негативного воздействия на окружающую среду. Разработка нормативов предельно допустимых выбросов для производственных помещений предприятия ОАО "Тулачермет".
курсовая работа [4,7 M], добавлен 13.03.2011Расчет массы выбросов загрязняющих веществ. Определение максимальных приземных концентраций. Нормативные размеры санитарно-защитных зон. График распределения концентраций окиси углерода и азота в атмосферу от организованного высокого источника выбросов.
контрольная работа [682,4 K], добавлен 10.04.2014Правовые основы и порядок проведения производственного экологического контроля выбросов в атмосферу. Расчет выбросов загрязняющих веществ на разных этапах производства автомобиля. Методика определения концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ.
курсовая работа [72,1 K], добавлен 07.12.2013Инвентаризация источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Разработка нормативов предельно допустимых выбросов для цехов предприятия "Чеширский КОТ". Анализ образования отходов, нормативы шумовых источников воздействия и санитарно-защитной зоны.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 21.07.2014Нормирование выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду путем установления предельно допустимых выбросов этих веществ в атмосферу. Расчет концентрации двуокиси серы, окислов азота, золы. Мероприятия по уменьшению выбросов загрязняющих веществ.
контрольная работа [112,5 K], добавлен 19.03.2013Характеристика состояния окружающей среды района размещения исследуемого предприятия. Оценка воздействия выбросов загрязняющих веществ на атмосферный воздух. Расчет выбросов дуговой печи и выбросов загрязняющих веществ при механической обработке металлов.
курсовая работа [727,3 K], добавлен 02.06.2013Специфические химические вещества, содержащиеся в атмосферном воздухе городских поселений. Определение концентраций аммиака, сероводорода, оксида азота в атмосфере. Степень опасности данных загрязнителей, их свойства и возможное влияние на человека.
курсовая работа [62,0 K], добавлен 08.08.2011Характеристика производственной деятельности фанерного предприятия. Этапы производства, в ходе которых образуются загрязняющие вещества. Расчет коллекторной установки. Мероприятия по усовершенствованию технологического процесса и снижению выбросов.
контрольная работа [81,1 K], добавлен 04.01.2012Доля железнодорожного транспорта в загрязнении окружающей природной среды. Количественная и качественная оценка предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Расчет загрязнения атмосферы источниками выбросов предприятия.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 25.05.2014Характеристика технологического оборудования котельной как источника загрязнения атмосферы. Расчет параметров выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Использование критериев качества атмосферного воздуха при нормировании выбросов вредных веществ.
курсовая работа [290,1 K], добавлен 18.02.2013
