Экологическая характеристика некоторых промышленных производств 2 страница

2NО + О₂ ß--> 2 NО₂ – Q; (Q=112 кДж)

Таким образом, в этом способе получения серной кислоты оксид азота является как бы катализатором. В производстве серной кислоты опасность представляют ядовитые газы: двуокись серы и азота, пары серного ангидрида и серной кислоты, поэтому необходима хорошая вентиляция и полная герметизация технологической аппаратуры, использования защитных средств. В башенном способе комплексно используются все факторы повышения интенсивности процесса и приближения его к безотходной технологии. Концентрированные газы, оптимальные температуры, активные и устойчивые в работе катализаторы, аппараты с кипящим и пенным слоем, рецикл по газу и др. При такой организации процесса степень использования диоксида серы составляет 99,95 %, а выбросы составляют 0,02 – 0,03 кг/т 100 % серной кислоты.

Нитрозный (башенный) способ получения серной кислоты осуществляется в окислительных, поглотительных, продукционных башнях – цилиндрических резервуарах. Процесс осуществляется с помощью нитрозы, разбавленной серной кислоты, содержащей нитрозилсерную кислоту. Присутствие окислов азота в технологическом процессе сопровождается их выбросами в атмосферу в виде желтых шлейфов дыма, называемых «лисьим хвостом» и характерных для данных производств. Для очистки отходящих газов сернокислотного производства широко используются аммиачные способы: аммиачно-сульфатный
(с получением товарного сульфата аммония или его растворов), аммиачно-циклический (с получением диоксида серы и товарного бисульфита аммония). Пиритный огарок (отход исходного минерала после обжига) используется в производстве стройматериалов.

Основные направления экологизации сернокислотного производства заключаются в повышении степени использования обжиговых газов или увеличении циклов контактирования реагирующих масс в два раза, а также разработка мощных сернокислотных прямоточных систем под давлением. При этом выброс диоксида серы на тонну серной кислоты составляет не более 0,3 кг. В циклической системе комплексно используются все факторы повышения интенсивности процесса и приближения его к безотходной технологии: использование концентрированных газов, оптимальных температур, активных и устойчивых в работе катализаторов, повышенного давления, интенсивных аппаратов с кипящим и пенным слоем, рециркуляции газов. При такой организации процесса степень использования диоксида серы составляет 99,95%, а выбросы не превышают 0,02–0,03 кг на тонну 100% серной кислоты.

Производство аммиака и азотной кислоты. Сырье: смесь азота и водорода. Взаимодействие газов происходит на железном катализаторе с образованием аммиака, который удаляется из газовой смеси путем сжижения (конденсации), газовая смесь (несконденсировавшаяся) возвращается в реактор. Режим работы непрерывный, производственный цикл замкнутый. Синтез аммиака протекает с выделением тепла и уменьшением объема. Наиболее благоприятным, с точки зрения протекания реакции, до образования аммиака является возможно более низкая температура и возможно более высокое давление. В процессе получения аммиака используется многослойный реактор с охлаждением холодными газами, теплообменник, компрессор, холодильник, сепаратор для отделения аммиака от непрореагировавших газов. В качестве источника водорода применяют природный газ, азот из атмосферного воздуха. Для получения водорода из метана используют конвекторы метана и оксида углерода, котлы – утилизаторы, смесители – сатураторы, испарители, конденсационные башни, адсорберы. С целью увеличения степени использования газов в современных системах синтеза аммиака применяют многократную циркуляцию азото-водородной смеси, т.н. круговой аммиачный цикл. Однако, в атмосферу могут попадать (в расчете на тонну готовой продукции) до 200 кг аммиака, 90 кг метана, 100 кг оксида углерода. Аммиак широко применяется в различных производственных процессах: для получения азотной кислоты, азотных удобрений (сульфата аммония, карбамида), пищевой соды через образование гидрокарбоната аммония, акрилонитрила, гидразина, в виде хладоагента при компрессии (сжатии различных газов). В качестве сырья для производства азотной кислоты используют аммиак и воздух, которые вступают в реакции синтеза в присутствии катализаторов – платинородиевых сеток, необходимыми компонентами являются вода и серная кислота. Аммиак в смеси с воздухом окисляется при 800⁰С на катализаторе до оксида азота, далее процесс окисления оксида азота (II) в оксид азота (IV) протекает при обычной температуре. Производство непрерывное; воздушноаммиачная смесь поступает в контактный аппарат, где происходит окисление аммиака. Необходимая температура поддерживается за счет выделяемой в процессе реакции теплоты. Газовую смесь, содержащую оксид азота (II), охлаждают в топке котла – утилизатора. Полученную смесь, содержащую оксид азота (IV), направляют в поглотительную башню, где по принципу противотока происходит смешивание воды и газовой смеси. Полученная азотная кислота имеет концентрацию не более 60%, повышение крепости которой осуществляют добавлением концентрированной серной кислоты, отнимающей влагу. Загрязняющие атмосферный воздух соединения – нитрогазы (оксиды азота), выделяющиеся в виде «лисьих хвостов»
до 25–27 кг на тонну кислоты. Очистку отходящих газов осуществляют с помощью абсорбционных и адсорбционных методов, а также различных каталитических методов восстановления оксидов азота.

Биотехнологические промышленные производства. Технологические процессы получения продуктов микробиологического синтеза (кормового белка, ферментов, антибиотиков, аминокислот) имеют одну общую для всех стадию, а именно – процесс ферментации, который представляет собой способ промышленного культивирования микроорганизмов-продуцентов. Наиболее экономичным и современным считается глубинное непрерывное культивирование микроорганизмов в жидких средах. В состав жидких сред входит вода, источник углерода (сахаросодержащие продукты, например патока, кукурузная мука или
н-алканы) и питательные соли, а также различные ростовые факторы (микроэлементы, витамины, ауксины).

В Республике Беларусь действуют два гидролизно-дрожжевых завода, Бобруйский и Речицкий, на которых получают кормовые дрожжи из гидролизатов древесины, подсолнечной шелухи и других целлюлозосодержащих продуктов. Получение гидролизатов это сложный химический процесс кислотного гидролиза целлюлозы до простых сахаров, протекающий с помощью серной кислоты при высокой температуре и давлении в специальных аппаратах, называемых гидролизаппаратами. В результате получают жидкость – гидролизат с кислой реакцией среды, который содержит простые сахара и минеральные вещества, а также твердый отход процесса гидролиза целлюлозы – лигнин. Гидролизат нейтрализуют известью до рН 4,0–4,5 и направляют в ферментеры (аппараты для культивирования биомассы), куда подают и засевную биомассу дрожжей рода Candida. Процесс непрерывного культивирования осуществляют в ферментерах путем непрерывного отбора культивационной среды из аппарата и непрерывной подачи такого же количества гидролизата в аппарат. Полученная из ферментера биомасса направляется на сепараторы, центрифуги или ультрафильтры, а затем на сушку. Готовый продукт (сухие кормовые дрожжи) получают в виде порошка и используют как кормовую добавку для кормления сельскохозяйственных животных. Некоторые продукты микробиологического синтеза, например, амилолитические ферменты, используют и в жидком виде.

Существует поверхностный способ получения ферментов, т.е. культивирование биомассы на твердых питательных средах, например, плесневых грибов рода Aspergillius. Подобный процесс осуществляется при промышленном культивировании грибов рода вешенка на соломе. В Гродненской области в г. Скиделе введен в эксплуатацию завод по производству аминокислот с помощью бактерий-продуцентов. В выбросах предприятий биотехнологического направления содержатся следующие соединения, в %: взвешенные вещества – 35,5, диоксид серы – 30, оксид углерода – 21, метиловый спирт – 10,5, уксусная кислота – 0,34, аммиак – 0,3, ацетон – 0,25, серная кислота – 0,09, формальдегид – 0,07. В атмосферу поступает белок в виде пыли или живых клеток и спор продуцента. Образуется значительное количество сточных вод в процессе сепарирования биомассы, мойки оборудования, уборки производственных помещений. Со сточными водами в водоемы могут поступать сульфаты, хлориды, фосфаты, азот, метанол, фурфурол.

Экологизация промышленных биотехнологических процессов осуществляется путем мокрой очистки газовоздушных выбросов из ферментеров, очистки сточных вод на биологических очистных сооружениях, улавливанием пыли после сушильных установок в циклонах. Однако не решены окончательно вопросы использования активного ила после биологических очистных сооружений и лигнина после процесса гидролиза. Следует отметить, что биологическую очистку сточных вод по своей сути следует считать биотехнологическим процессом, наиболее близким к природным циклам, лишь интенсифицированным человеком и поэтому максимально экологичным. В целом биотехнологические процессы не вносят значительного количества загрязнений в общей сумме промышленных выбросов, но биотехнология относится к современным развивающимся технологиям, которые требуют изучения.

Производство поваренной соли. Экологические проблемы подобных производственных предприятий можно рассматривать на примере Мозырского солевыварочного комбината. Поваренную соль получают из природных залежей соли, которые извлекают способом подачи воды в скважины в виде неочищенного рассола, с содержанием
290 г/л NaCl. После перекачки из скважины рассол очищают от примесей кальция и магния раствором каустической соды, затем упаривают, обрабатывают полиакриламидом для коагуляции и удаления шлама. Солевую пульпу центрифугируют, очищенный рассол поступает на барабанные сушилки. Обогащение йодом и фтором осуществляют путем впрыскивания соответствующих растворов в сухую соль. Образующаяся солевая пыль улавливается с помощью мокрых скрубберов Вентури, шлам собирают в шламонакопителе.

Экологические характеристики гидроэнергетики. Гидроэлектро-станции (ГЭС) являются давно используемым источником электроэнергии. При их строительстве река перегора­живается плотиной, выше нее создается водохранилище, а вода по трубам направляется к турбинам.

Вращающиеся турбины при­водят в движение роторы синхронных трехфазных генераторов. На зажимах статоров возникает напряжение, а электрическая энергия по линиям электропередачи направляется к потребителям.

В нашей стране в 1993 г. на ГЭС было выработано 175 млрд кВт ∙ ч электроэнергии — 18% общего количества, в США — 12%. Гид­роэнергия непрерывно возобновляется и будет существовать до сих пор, пока энергия Солнца поступает на Землю.

Однако работа ГЭС имеет ряд экологических недостатков:

1) затопление земель, пригодных для сельского хозяйства (в частности, при строительстве каскада ГЭС на Волге);

2) изменение климата в зонах водохранилищ;

3) нарушение условий существования и нереста рыбы, сокра­щение рыбных запасов (в частности, на Волге и Енисее);

4) разрушение ГЭС при военных действиях приведет к спуску воды водохранилища, возникновению волны высотой в десяти метров, которая может уничтожить города, расположенные ниже ГЭС;

5) строительство ГЭС приводит к наведенной сейсмичности, и в частности в США и Индии возникали землетрясения, разрушившие ГЭС.

Экологические характеристики альтернативных источников энергии. Развитие энергетики пока в основном базируется на невозобновляемых источниках энергии — углеродсодержащем или урановом, топливе. Экологические недостатки этих источников энергии приводят к разработке и все более широкому использованию нетрадици­онных (альтернативных) возобновляемых источников энергии. С этой точки зрения перспективной является энергетика, основанная на использовании солнечной энергии, энергии ветра, малых рек, приливов волн, течений, геотермальной энергии, энергии биомассы и т.п. Пере­чень нетрадиционных возобновляемых источников энергии с раз­витием науки и технологий непрерывно возрастает. Уже в 1991 г. энер­гия от возобновляемых источников в процентах к общему объему про­изводства энергии составляла в Норвегии — 99%, Австрии — 70, Швейцарии — 62, Португалии — 55, Швеции — 41, Испании — 25_;

В настоящее время исследования по использованию солнечной энергии ведутся на всех континентах. В США к 2020 г. предполагают удовлетворить от 10 до 30% своих энергетических потребностей страны за счет солнечных установок, в Японии в 2010 г. — 3%. Национальные программы развития солнечной энергетики при­няты в 68 странах. Солнечная радиация, достигающая внешних границ земной атмосферы, несет энергию в 5,6 ∙ 10⁶ ЭДж в год (Р= 17 млрд кВт). Около 65% этой энергии расходуется на нагрев поверхности, испарительно-осадочный цикл, фотосинтез, а так­же на образование волн, воздушных и океанских течений и ветра, 35% солнечной энергии отражается. Поток солнечной энергии, достигающий земной поверхности, в 9 тыс. раз больше суммарной энергии, производимой в мире в настоящее время с помощью органических видов топлива и урана.

Солнечная энергия обладает рядом преимуществ, Она имеется повсюду, практически неисчерпаема и доступна в одной и той же форме на бесконечно долгий период времени. Чтобы обеспечить свои энергетические потребности в 2100 г., человечеству доста­точно использовать меньше 0,1 % падающей на Землю солнечной энергии или сороковую часть солнечной энергии, падающей на пустыни. Однако солнечная энергия обладает низкой плотностью потока (800—1000 Вт/м²), ее интенсивность меняется в течение суток, зависит от сезона и т.д. Как падающая, так и рассеянная солнечная радиация относится к прямым видам солнечной энергии. Косвенными видами солнечной энергии являются энергия ветра, волн, приливов, тепловые градиенты океана, гидроэнергия и энергия, полученная благодаря фотосинтезу.

Условно можно выделить четыре направления использования солнечной энергии: теплотехническое, фотоэлектрическое, биологическое и химическое. Теплотехническое направление (солнеч­на теплоснабжение) основано на нагревании теплоносителей, например, воды, обычными или сконцентрированными солнеч­ными лучами в специальных устройствах — коллекторах. Этот способ уже стал находить практическое применение в США, Япо­нии, в южных районах нашей страны для опреснения и получения горячей воды, обогрева зданий зимой и охлаждения их летом, для сушки различных продуктов и материалов, питания термопреобразователей и т.п. Уже при сегодняшней эффективности солнеч­ные коллекторы могут оказаться экономически целесообразными инлоть до районов, лежащих на 56-й широте (примерно на ширине Москвы). Большое внимание во многих странах уделяется фотоэлектрическому способу использования электрической энергии.

К существенному прогрессу здесь привели открытия, сделанные за последние 10 — 20 лет в физике и химии полупроводников. На их основе были созданы фотоэлектрические преобразователи — сол­нечные батареи, которые ныне широко используются на космических кораблях. КПД батарей составляет 12— 15%, а на лабораторных обзразцах достигнуты и значительно лучшие результаты (28 — 29%).

Теоретические исследования привели к выводам о принципиальной возможности достижения в полупроводниковых структу­рах с переменной шириной запрещенной зоны, использующих объемный фотоэффект, коэффициента полезного действия, близ­кого к 90%. Однако широкое использование полупроводниковых преобразователей в наземной энергетике сдерживается из-за их пока еще высокой стоимости (стоимость выработки электроэнергии солнечными батареями выше, чем при традиционных способах) (рисунок 1). Следовательно, одно из главных направлений здесь – разработка более дешевых преобразователей, например с исполь­зованием пленочных и органических полупроводников, и менее дорогих технологий их производства.

Рисунок 1 – Стоимость электроэнергии, получаемой за счет

Дата добавления: 2014-12-07