В энергетике, нефтяной, газовой, нефтегазоперерабатывающей и нефтегазохимической промышленности существует множество способов очистки газообразных выбросов от ЗВ. Применяются они на всех стадиях производства от подготовки сырья, его переработки до отгрузки товарной продукции. Строго говоря, если бы удалось обеспечить полное извлечение ЗВ на производстве, когда ЗВ находятся в замкнутом объеме реакторов, аппаратов, резервуаров, трубопроводов, иначе говоря, создать безотходные технологии, то очистка газовых выбросов, как проблема, перестала бы существовать.

Правила очистки газовых выбросов

Правило 1. Сохранение экологии атмосферы (воздуха) Земли - необходимое условие жизни и устойчивого развития человека.

Правило 2. Полностью удалить ЗВ из газовых выбросов в атмосферу технически возможно, но экономически не эффективно.

Правило 3. Очистку газовых выбросов проводят, исходя из паритета экологических и экономических ценностей.

Очистка от твердых частиц

Существует большое количество способов очистки газов от твердых частиц.

Фильтрация

Для очистки газовых выбросов от твердых частиц (сажи) широко применяют фильтры (рис. 7.6) из пористых материалов. Фильтры используют для очистки газов, содержащих частицы сажи, золы, аэрозолей и пыли размером 5-25 мкм в концентрации примерно 100 мг/м³. Степень удаления твердых частиц – более 50%.

Инерционный пылеуловитель

Принцип действия инерционного пылеуловителя (рис. 7.7): движущийся запыленный газ наталкиваются на непроницаемую перегородку. Крупные частицы, двигаясь по инерции, останавливаются перегородкой, оседают на ней и постепенно ссыпаются на дно пылеуловителя. Поток очищенного воздуха, содержащий мелкие частицы, огибает перегородку и выходит из пылеуловителя.

1 – фильтр, 2 – пыль

Рис. 7.6. Схема фильтрации запыленного воздуха

Инерционные пылеуловители предназначены для улавливания твердых частиц с размером 50-500 мкм. Степень очистки - ниже 50%.

Рис. 7.7. Схема инерционного пылеуловителя

Очистка от оксидов углерода

Диоксид углерода является малотоксичным газом, и его содержание в атмосферном воздухе составляет около 0,03%. В этой связи очистку газовых выбросов от , не проводят.

Наоборот, в способах очистки от высокотоксичных ЗВ предусматривают превращение их в малотоксичный . Однако, принимая во внимание возможность усиления парникового эффекта с увеличением выбросов диоксида углерода в атмосферу, проблема его удаления из газовых выбросов становится все более значимой.

Большей частью от очищают технологические газы, используемые в химики гсхноло! ических процессах на предприятиях нефтехимической, химической и газовой промышленности. Существуют различные методы технологической очистки газов от . В качестве примера рассмотрим очистку с применением водных растворов этаноламинов. Так называемая этаноламиновая очистка от проводится моно-, ди- и триэтаноламинами (где ). Наибольшей поглотительной способностью обладает водный раствор моноэтаноламина (МЭА), который взаимодействует с диоксидом углерода по реакции:

Среди современных методов удаления оксида углерода из газовых выбросов наиболее часто применяют каталитические. Примером могут служить каталитические нейтрализаторы выхлопных газов на транспорте и в энергетике. В основе каталитического метода удаления лежит каталитическая реакция его окисления до :

В качестве катализаторов используют металлы , нанесенные на носитель, или смесь оксидов . Очистку проводят в диапазоне температур 100-250°С, при которых степень превращения в превышает 99%.

Очистка от сероводорода и оксидов серы

В газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности основным методом очистки газов от является 2-х стадийный метод Клауса. На первой стадии (I) сероводород окисляют до сернистого газа , а во второй (II) стадии получают серу:

По методу Клауса предприятия РАО «Газпром» Оренбургский ГПЗ и Астраханский ГПЗ из природного газа, содержащего 5 и 25% соответственно, ежегодно вырабатывают около 0,7 и 3,3 млн. тонн серы.

Ди- и триоксиды серы являются типичными представителями так называемых кислых ЗВ, т.е. веществ, водный раствор которых характеризуется значением . Поэтому большинство методов удаления этих компонентов из газовых выбросов основано на нейтрализации и растворами щелочей или суспензиями карбонатов.

В основе наиболее простого и надежного известкового метода лежат реакции и с водной суспензией известняка :

Степень очистки газовых выбросов от оксидов серы достигает 98%. Получающиеся сульфит и сульфат кальция (гипс) практически не находят квалифицированного использования и сбрасываются в отвал. Крайне ограниченное применение гипса в промышленности стройматериалов проблему не решает. Поэтому известковый метод применяют при суммарной концентрации и не превышающей 0,2%.

Очистка от оксидов азота

В топливно-энергетическом комплексе РФ используются три основных метода очистки дымовых газов от оксидов азота .

Метод селективного каталитического восстановления

Эффективным, обеспечивающим наиболее полное удаление методом является их селективное каталитическое восстановление (СКВ) углеводородами, например, метаном:

Реакцию СКВ проводят при температуре 350-550°С атмосферном давлении в присутствии катализаторов на основе металлов на носителях или каталитических систем, содержащих и другие катализаторы. Степень превращения оксидов азота зависит от их концентрации, примесей оксидов серы, и воды и обычно составляет 70-95%.

Восстановление аммиаком

Эффективным методом высокотемпературной очистки дымовых газов от оксидов азота является восстановление их аммиаком или карбамидом. Восстановление аммиаком протекает при температуре 800-1000°С по реакциям:

На рис. 7.8 приведена схема комбинированной очистки дымовых газов аммиаком от оксидов азота. Схема включает размещение в топке узла дозированного ввода аммиака в камеру сгорания, а в дымоходе - кассеты с гетерогенным катализатором.

Рис. 7.8. Схема комбинированной очистки дымовых газов от

Каталитический блок вмонтирован в зоне оптимальных температур (150-450°С). Комбинированная схема очистки включает две стадии: на первой стадии проводится восстановление газообразным основного количества оксидов азота продуктов сгорания природного газа; на второй - осуществляется СКВ оставшихся реагентами-восстановителями до .

В результате очистки количество в дымовых газах, например ГТУ, снижается с 100-300 до 50 мг/м³.

Очистка от углеводородов

Удаление углеводородов из газовых выбросов проводят методом каталитического окисления их до и :

Очистку ведут при температуре 150-250°С, используя катализаторы на основе металлов на носителях или каталитические системы, содержащие и другие. Эффективность удаления углеводородов превышает 99,5%.

Современные каталитические системы позволяют проводить комплексную очистку газовых выбросов одновременно от , и в присутствии паров и .

Если очистка газовых выбросов невозможна одним из вышеперечисленных методов, то проводят рассеивание выбросов в атмосфере через дымовые трубы таким образом, чтобы концентрация ЗВ в приземном слое атмосферы не превышаю ПДК.

ГЛАВА 8. ЭНЕРГЕТИКА И ВОДА

Вода и водяной пар широко используется в ТЭК в качестве теплоносителя и/или рабочего тела.

На рис. 8.1 приведен сброс загрязняющих веществ (ЗВ) в поверхностные воды по отраслям промышленности, традиционно входящих в ТЭК РФ, которые можно расположить в ряд по убыванию стоков (%):

энергетическая (18,07) нефте-газохимическая (18,04) > угольная (8,51) > нефтеперерабатывающая (2,65) нефтедобывающая (0,29) > газовая (0,04).

На долю отраслей ТЭК приходится суммарно менее 50% выбросов ЗВ в гидросферу.

Рис. 8.1. Сброс ЗВ в поверхностные воды отраслями промышленности ТЭК

Вода - одно из наиболее распространенных соединений в биосфере. Мировой океан занимает около 71% поверхности Земли и на его долю приходится 95-97% воды. Доля пресной воды составляет 3-5%.

Круговорот воды

В природе различают естественный и антропогенный круговорот воды.

Естественный - это такой круговорот, в результате которого вода сохраняет свои состав и свойства.

Антропогенный - это такой круговорот, в результате которого вода меняет свои состав и свойства. Антропогенный (техногенный) круговорот обусловлен воздействием на воду человека, энергетики, промышленности и сельского хозяйства. На входе антропогенного круговорота - вода, а на выходе из него - сточные воды.

Сточная - это вода, участвующая в антропогенном круговороте, в результате которого ее состав и свойства становятся отличными от чистой воды.

Процесс поступления в воду ЗВ называют загрязнением. Обычно загрязнения подразделяют на физические, химические и биологические.

Физическое загрязнение воды проявляется через изменение ее физических параметров, таких как температура, наличие радиоактивных излучений и механических примесей.

Химическое загрязнение воды обусловлено неорганическими и органическими ЗВ. К неорганическим ЗВ воды относят растворенные в ней минеральные соли и минералы, кислоты, основания. Наиболее распространенными органическими ЗВ воды считают углеводороды (нефть и нефтепродукты) и их функциональные производные, синтетические поверхностно-активные вещества, пестициды и другие органические соединения. Ежегодно в воды Мирового океана поступает 5-10 млн. тонн нефти.

Биологическое загрязнение связано, прежде всего, с изменением биологических свойств воды, с появлением в воде новых не типичных для чистой воды представителей фауны и флоры и с исчезновением микроорганизмов, свойственных экологически чистой воде.

Обычно за чистую природную воду принимают прозрачную воду без цвета вкуса и запаха, которая не содержит ни взвесей, ни коллоидных частиц, ни органических веществ. Такие свойства присущи воде из ключей, родников, глубинных скважин.

Минеральный состав воды

Вода содержит минеральные соли, диссоциированные на ионы. Основные ионы, содержащиеся в воде приведены в табл. 8.1. Вышеперечисленные ионы образуются в результате диссоциации в воде солей , , , , и других. Анионы , и катион являются индикаторами антропогенного загрязнения воды.

Концентрацию ионов в воде, как правило, измеряют в миллиграмм - эквивалентах на 1 литр (мг·экв/л = г·экв/л). Также в мг·экв/л измеряют жесткость воды - важный качественный показатель, представляющий собой сумму концентраций ионов и . Например, жесткость невской, волжской и черноморской воды составляет 0,5, 5,6 и 65,5 мг·экв/л соответственно.

Таблица 8.1 Ионный состав воды

Катионы	Анионы

Для оценки жесткости воды в разных странах исторически сложились национальные единицы ее измерения. Так в Германии с этой целью используют немецкий градус равный 10 мг в 1 л воды; во Франции - французский градус равный 10 мг в 1 л воды; в Англии - английский градус равный 1 грану (0,0648 г) в 1 галлоне (3,785 л) воды.

Жесткость можно определить по количеству осадка - стеарата кальция , образующегося при растворении в воде мыла - стеарата натрия (