Методы утилизации и очистки газовых выбросов

Содержание:

 

1. Введение	3
2. Составы и свойства газообразных выбросов основного органического синтеза 2.1.Отходы основного органического синтеза.	7   10
3. Методы утилизации и очистки газовых выбросов 3.1.Типы утилизации для получения тепловой энергии	13 23
4. Выбор рациональной схемы очистки	25
5. Вывод	27
6. Список литературы	28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Органические вещества известны человечеству с древнейших времен. Применяя сравнительно простые способы  переработки растений, люди издавна  умели получать сахар, душистые и  лекарственные вещества, красители, мыло и т.д. Например, сахар выделяли из тростника, краситель синего цвета  «индиго» – из восточно-азиатских растений, краситель пурпурного цвета «античный пурпур» – из морских улиток, а ализарин – из корней морены. Люди умели не только выделять органические вещества, но и подвергали их различным превращениям. Например, вино получали из виноградного сока, а уксус – из перебродившего вина.

Поиски новых превращений  химических веществ оказались весьма плодотворными в средние века, когда интенсивно развивалась «алхимия». Не зная состава доступных в то время органических веществ, алхимики чисто эмпирически получили из них  многие полезные вещества.

После фундаментальных работ  М. Ломоносова и А. Лавуазье, сформулировавших закон сохранения веса веществ, химики научились определять состав органических веществ и выражать его в виде эмпирической формулы, отражающей минимальное целочисленное отношение атомов в молекуле, а затем и в виде молекулярной формулы, отражающей число атомов каждого элемента, входящего в состав молекулы. Эти работы открыли возможность развития органической химии как науки. В конце XVIII – начале XIX веков были открыты важнейшие углеводороды и установлены их молекулярные формулы. Метан CH₄ был открыт А. Вольта в 1778г. при исследовании болотного газа. Этилен C₂H₄ впервые был получен в 1795 г. действием концентрированной серной кислоты на этиловый спирт. Бензол C₆H₆ был выделен М. Фарадеем в 1825 г. из конденсата светильного газа. Ацетилен C₂H₂ был открыт Э. Дэви в 1836 г., а в 1862 г. получен Ф. Вёлером действием воды на карбид кальция.

Наличие углерода в каждом органическом веществе позволило шведскому  химику И. Берцелиусу определить “органическую химию как химию соединений углерода” (1806 г.). Впоследствии это определение ввел в свой учебник по органической химии и Ф. Кекуле. Оно является общепринятым и в настоящее время.

И. Берцелиус полагал, что органические соединения, содержащиеся в растениях и в животных, обязаны своим происхождением особой жизненной силе: «Жизненная сила лежит целиком за пределами неорганических элементов и не связана ни с каким из их обычных свойств… Что представляет собой эта сила, как она возникает и где кончается – мы не знаем». Тем не менее, вскоре были проведены первые синтезы органических веществ из неорганических:

Метан, этилен, ацетилен, бензол явились с течением времени основными  сырьевыми веществами органической химии. Особое значение как сырье  в начале XIX века приобрел бензол. В  связи с бурным развитием металлургии  потребовались значительные количества кокса, при производстве которого в  качестве побочного продукта получали каменноугольную смолу. Именно в  эти годы были открыты многие реакции  бензола и его производных.

Химики-органики того времени  остро ощущали необходимость  теоретического осмысления огромного  экспериментального материала. Молекулярные формулы, определявшие состав органических соединений, оказывались явно недостаточными для понимания их свойств. Из разных структурных теорий следует отметить теорию радикалов (Ж. Дюма и Ю. Либих, 1837 г.) и теорию типов (Ш. Жерар, 1851 г.). Переломным моментом в развитии органической химии явилось создание в 1858–1864 гг. теории химического строения.

Теория химического строения способствовала бурному развитию органического синтеза. Этим понятием химики стали определять последовательность превращений тех или иных органических веществ для получения целевого продукта. С применением бензола в качестве сырья во второй половине девятнадцатого века были получены многие полезные продукты – лекарства, красители, душистые вещества.

В 20-е годы прошлого века важное значение в качестве сырья для органического синтеза приобрели продукты переработки нефти. В частности, этилен оказался ценным сырьем для производства полиэтилена, поливинилхлорида, этилового спирта, ацетальдегида, уксусной кислоты.

Возможности органической химии  в настоящее время практически  не ограничены как в области синтеза  сложнейших природных структур, так  и в области расчета и моделирования  свойств органических молекул и  макромолекул. Реализация этих возможностей требует, однако, безусловного владения основами органической химии.

Реализация органического  синтеза включает следующие научные, организационные и технологические  этапы: задание структуры целевой  молекулы, рассмотрение возможных схем синтеза, подбор продуктов, аппаратуры, проведение химических реакций, выделение  промежуточных и целевых продуктов, их анализ и очистку, модифицирование, принятие мер безопасности, экологический контроль, экономический анализ и другие.

Окончательный выбор метода синтеза происходит после всестороннего  комплексного анализа этих этапов и  их оптимизации.

Большинство органических полупродуктов  и конечная продукция, применяемая  или производимая в отраслях химической промышленности, изготавливается из ограниченного числа основных продуктов  нефтехимии. При переработке сырой  нефти или природного газа на различных  стадиях процесса, например, перегонке, каталитическом крекинге, удалении серы и алкилировании, возникают как газообразные, так и растворенные в воде и сбрасываемые в канализацию отходы. К ним относятся остатки и отходы технологических процессов, не поддающиеся дальнейшей переработке. Эти отходы являются одним из основных источников химического загрязнения.

Газообразные выбросы  установок перегонки и крекинга при переработке нефти в основном содержат углеводороды, моноксид углерода, сероводород, аммиак и оксиды азота. Та часть этих веществ, которую удается собрать в газоуловителях перед выходом в атмосферу, сжигается в факелах, в результате чего появляются продукты сгорания углеводородов, моноксид углерода, оксиды азота и диоксид серы. При сжигании кислотных продуктов алкилирования образуется фтороводород, поступающий в атмосферу. Также имеют место неконтролируемые эмиссии, вызванные различными утечками, недостатками в обслуживании оборудования, нарушениями технологического процесса, авариями, а также испарением газообразных веществ из технологической системы водоснабжения и из сточных вод.

 

 

 

 

 

 

2. Составы и свойства газообразных выбросов основного органического синтеза

Под загрязнением атмосферы  следует понимать изменение ее состава  при поступлении примесей естественного  или антропогенного происхождения. Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли. К последним относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии.

На многих промышленных предприятиях, в результате проведения технологического процесса, происходит выброс в атмосферу  большого количества вредных веществ. Чаще всего эти выбросы содержат: монооксид и диоксид азота, монооксид углерода (угарный газ), органические вещества, которые делятся на:

• летучие органические соединения, в т.ч. продукты неполного сгорания топлива,
• стиролы, альдегиды, кетоны (выбросы предприятий производящих полимеры),
• растворители - спирты, эфиры (в т.ч. ацетаты), толуол и другие производные бензола.

Основной вклад в высокий  уровень загрязнения воздуха  вносят предприятия черной и цветной  металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в некоторых  городах и котельные.

Атмосферные загрязнители разделяют  на первичные, поступающие непосредственно  в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 170% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива.

Основными вредными примесями  пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн.т. Оксид углерода является соединением активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

в) Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие; азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.

г) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.Отходы основного  органического синтеза.

Основно́й органи́ческий си́нтез (тяжёлый органический синтез) — многотоннажное малостадийное промышленное производство органических соединений на основе углеводородного сырья (нефть, газ, уголь) и продуктов его переработки. В отличие от тонкого органического синтеза, производство продукции основного органического синтеза, как правило, представляет собой непрерывный процесс, реализованный на крупных производственных комплексах с агрегатами большой единичной мощности (до 1000 тыс. тонн в год).

Органический промышленный синтез можно разделить на группы по используемому сырью:

• Предельные углеводороды (метан, парафины);
• Непредельные углеводороды (этилен, ацетилен);
• Ароматические углеводороды (бензол);
• Синтез-газ.

Рассмотрим химические предприятия, использующие в качестве сырья предельные углеводороды, например производящие этилен, ацетилен, бутадиен, высшие кислоты и спирты.

При производстве ацетилена  дегидрированием углеводородного сырья по реакции:

,

возможна побочная реакция, протекающая при температуре  выше оптимальных 1500 ⁰С:

.

Как следствие, образующаяся сажа не только загрязняет реактор, но и выбрасывается в окружающую среду либо с промывными водами, либо в виде мелкодисперсной пыли в атмосферу.

При производстве высших жирных кислот из парафинов окислением кислородом в присутствии солей марганца в качестве катализаторов основными  загрязнителями являются неомыляемые продукты окисления и продукты их последующего сжигания в печи.

В основу производств, основанных на непредельных углеводородах, например производство ацетальдегида с последующим окислением до уксусной кислоты, или полимеризация этилена при высоком или низком давлении, заложена высокая активность сырья при температурах синтеза и его взрывоопасность, следовательно, на таких предприятиях высок риск разового выброса опасных веществ в атмосферу.