Разработка способа озонирования сбросовых газов черной металлургии для снижения выбросов оксида углерода в атмосферу тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 11.00.11, кандидат технических наук Проводникова, Светлана Олеговна

• Проводникова, Светлана Олеговна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Проводникова, Светлана Олеговна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО

ЗАЩИТЕ АТМОСФЕРЫ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ.

1.1. Общие сведения о влиянии черной металлургии на атмосферу.

1.2. Экологическая опасность выбросов в атмосферу газообразных веществ.

1.3. Мероприятия по защите воздушного бассейна на промышленных предприятиях.

1.3.1. Очистка газов от сернистых соединений.

1.3.2. Очистка газов от Ж)х и других соединений азота.

1.3.3. Способы извлечения и обезвреживания оксида углерода

1.4. Постановка задач научных исследований.

ВЫВОДЫ по главе 1.

Глава 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЗОНА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОКИСЛЕНИЯ

ГАЗООБРАЗНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОЗОНОМ.

2.1. Физико-химические свойства озона.

2.2. Технологические предпосылки реализации озонирования отходящих газов в металлургии.

ВЫВОДЫ по главе 2.

Глава 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ОЗОНИРОВАНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА.

3.1. Исследование основных физико-химических свойств

Воздуха.

3.1.1. Отбор проб воздуха.

3.1.2. Определение оксида углерода.

3.1.3. Определение оксида серы.

3.1.4. Определение оксидов азота.

3.1.5. Определение озона.

3.2. Принципиальная схема лабораторной установки.

3.3. Планирование экспериментальных исследований при изучении окислительной способности озона.

3.3.1. Лабораторные исследования совокупного влияния основных факторов на окисление оксида углерода по плану полного факторного эксперимента.

3.4. Анализ результатов лабораторных исследований.

3.4.1. Анализ результатов исследований кинетики и динамики окисления оксида углерода озоном.

3.4.2. Анализ результатов экспериментальных исследований по плану полного факторного эксперимента.

ВЫВОДЫ по главе 3.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОЗОНИРОВАНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ.

4.1. Принципиальная схема проведения экспериментальных исследований.

4.2. Анализ результатов экспериментальных исследований.

4.2. Эколого-экономическая оценка способа озонирования сбросовых газов доменного производства черной металлургии.

ВЫВОДЫ по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка способа озонирования сбросовых газов черной металлургии для снижения выбросов оксида углерода в атмосферу»

Актуальность работы:

Черная металлургия является одной из высокоразвитых отраслей тяжелой промышленности и является одним из серьезных источников загрязнения окружающей природной среды, причем, основная доля выбросов приходится на оксид углерода-68,1%, сернистый ангидрид-10,22% и оксиды азота-5,85%.

В металлургическом производстве внедрены специальные природоохранные системы, снижающие выбросы выше перечисленных оксидов, в основу которых положены явления адсорбции, абсорбции и катализа. Однако применение абсорбционных и адсорбционных методов требует значительного расхода жидких растворов солей, кислот и щелочей. Каталитические методы не нашли широкого применения вследствие высокой стоимости сорбентов и значительных объемов очищаемых газов.

Наиболее дешевым способом снижения содержания оксида углерода в выбросах черной металлургии является его дожигание. Однако процесс дожигания оксида углерода наиболее эффективен при его концентрации 12 и более процентов. Одним из возможных способов нейтрализации оксида углерода (<12 %) в сбросовых газах может служить озонирование этих газов. Опыт озонирования воды для нейтрализации многих вредных примесей подтверждает возможность использования озона для окисления остаточных оксидов черной металлургии. Однако данные исследования, в настоящее время, не вышли за рамки первоначальных научных проработок. Поэтому исследование возможности использования озона для нейтрализации вредных веществ в газовоздушных выбросах предприятий черной металлургии и разработка, на этой основе, технологических методов очистки является актуальной научной задачей.

Цель работы: разработка способа озонирования сбросовых газов черной металлургии для снижения выбросов вредных веществ (оксида углерода) в атмосферу с учетом обеспечения экологической безопасности.

Идея работы заключается в способности озона проявлять окислительные свойства по отношению к органическим и неорганическим веществам, находящимся в жидкой, газообразной и твердой фазах. Задачи исследования:

-выполнить анализ литературных источников по защите атмосферы в черной металлургии;

-рассмотреть методологические предпосылки окисления газообразных отходов черной металлургии озоном;

-провести лабораторные и экспериментальные исследования для определения эффективности снижения вредных веществ в газовоздушной смеси путем ее озонирования;

-выполнить эколого-экономическую оценку разрабатываемого способа. Научные положения, выносимые на защиту и их научная новизна:

1. Обеспечение устойчивой эффективности способа озонирования сбросовых газов черной металлургии возможно на основании трех форм окисляющего действия озона:

-окисление неорганических веществ с участием одного атома кислорода из молекулы озона;

-окисление углерод-водородных соединений с участием целой молекулы озона; -каталитическое действие кислорода, присутствующего в озонированном воздухе.

2. Выявлено совокупное влияние исходной концентрации оксида углерода (12%-22%), времени воздействия (1,5-5,5 мин), производительности озонатора (30-60 г/ч) и температуры газовоздушного потока (700-1000°С) на эффективность снижения оксида углерода в среднем на 74,45%.

3. Доказано, что температура сбросовых газов доменного производства (700-1000°С) не оказывает существенного влияния на эффективность процесса озонирования оксида углерода.

Достоверность результатов исследования:

Обусловлена комплексным анализом информационных данных, проведение лабораторных и полевых экспериментов с использованием апробированных методик и оценкой надежности результатов экспериментов по статистическим критериям с использованием математических методов планирования экспериментов. Научная ценность:

-разработано регрессионное уравнение, адекватно описывающее процесс окисления оксида углерода;

-установлены периоды инерционности окисления оксида углерода озоном в зависимости от его содержания (Т=6,48 с при 03=1,Змг/л; Т=5,44 с при Оз=2,5 мг/л);

-получено уравнение описывающее процесс окисления оксида углерода озоном в зависимости от влажности среды, при этом установлено, что наибольший эффект достигается при влажности 50-70%;

-озонирование сбросовых газов металлургического производства проявляется не только по отношению к оксиду углерода, но и по отношению к оксиду азота и сернистому ангидриду с эффективностью 70,3; 55,5 и 71,4% соответственно. Практическое значение работы заключается :

-в разработке предложений по озонированию сбросовых газов доменного производства по двум технологическим схемам: использование плоских озонаторов тлеющего разряда или ультрафиолетовых кварцевых ламп; -рекомендован расход озона для окисления оксидных веществ в сбросовых газах черной металлургии. Результаты внедрения:

Рекомендуемые технологические предложения по озонированию сбросовых газов прошли успешную экспериментальную проверку на Мариупольском металлургическом комбинате им. Ильича. Апробация работы:

Основные положения диссертации доложены на XXXIV научной конференции РУДН в 1998г. и научно-методических семинарах кафедры.

Заключение диссертации по теме «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», Проводникова, Светлана Олеговна

ВЫВОДЫ по главе 4

Анализ результатов проведенных экспериментов показал, что при реализации предлагаемых способов озонирования отходящих газов достигается эффективность снижения концентрации оксида углерода: -при применении озонатора тлеющего разряда-70,3%; -при применении кварцевых ламп-64,4%.

В то же время наблюдается снижение концентрации оксида азота и сернистого ангидрида на 55,5% и 71,4% соответственно.

Количество окисляемых веществ при этом на 1000 т выбрасываемых веществ достигает:

-по оксиду углерода - 297 т/год;

-по оксиду азота - 445т/год;

-по сернистому ангидриду-286т/год.

По показателю эколого-экономической эффективности способ озонирования газо-воздушной смеси сбросовых газов черной металлургии может составлять 64,3%, что в натуральных показателях финансовой стоимости в пользу предприятия может достигать 82990 руб./т. на 1000 т. выбрасываемых вредных веществ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена актуальная научная задача, посвященная разработке способа озонирования сбросовых газов Черной металлургии для снижения выбросов оксида углерода в атмосферу и получены следующие выводы:

1. Черная металлургия оказывает значительное влияние на окружающую природную среду по показателям выброса оксида углерода (68,1%), сернистого ангидрида (10,22%) и оксида азота (5,85%).

2. Снижение оксидных компонентов достигается в основном путем применения адсорбционных и абсорбционных методов и катализа, но при этом требуются значительные экономические затраты.

3. Озонирование газо-воздушных смесей технологически реализуемо и достигается за счет трех форм окисляющего действия озона: окисление неорганических веществ с участием одного атома кислорода из молекулы озона; участием целой молекулы озона и каталитическим действием кислорода, присутствующего в озонированном воздухе.

4. Получено регрессионное уравнение адекватно описывающее процесс окисления оксида углерода озоном от совокупного влияния исходной концентрации СО (12-22%), времени воздействия (1,5-5,5 мин), производительности озона (30-60 г/час) и температуры газо-воздушного потока (700-1000 С).

5. Установлены периоды запаздывания окисления оксида углерода озоном в зависимости от его содержания.

6. При озонировании сбросовых газов наблюдается снижение оксида углерода на 70,3 %, оксида азота на 55,5% и сернистого ангидрида-71,4%.

7. Установлен расход озона для окисления оксидных веществ в сбросовых газах черной металлургии.

8. Эколого-экономическая оценка способа озонирования газо-воздушной смеси сбросовых газов на 1000 т выбрасываемых веществ может достигать 82 990 руб. по показателю предотвращенного ущерба.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Проводникова, Светлана Олеговна, 2000 год

1. Горная энциклопедия./ т.1-5.- М.: Советская энциклопедия, 1989,-266 с.

2. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации». Госкомитет РФ по ООС., 1993-1999.

3. Экология на промышленном предприятии. Реферативный обзор.: Днепропетровск. УНИИЭИМеталлургии., 1998.

4. Юзов О.В. Развитие черной металлургии и охрана окружающей среды.// Известия вузов. Черная металлургия.-1991.

5. Денисенко Г.Ф., Губонина З.И. Охрана окружающей среды в черной металлургии.-М.: Металлургия.1988-120с.

6. Рамм А.Н. Современный доменный процесс.-М:Металлургия,1980-304с.

7. Андоньев С.М., Филипьев О.В. Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии.-М. :Металлургия, 1979.-192с.

8. Васильев Г.А., Вилисов Г.В. Безопасность труда в доменном производстве.-М.:Металлургия, 1988.-191с.

9. Кузнецов И.Е., Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами химических предприятий.- М.: Химия,1979-344с.

10. Хорват Л. Кислотный дождь.-М.: Стройиздат.1990-80с.

11. Химия окружающей среды./ под ред.Дж.Бокриса М.:Химия 1982-672с.

12. Алексеев В.А., Рак Л.Д. Признаки ослабления деревьев ели под влиянием атмосферного загрязнения.//Лесоведение, 1985. NI. С.37-43

13. Антипов В.Г. Влияние дыма и газа, выбрасываемых промышленными предприятиями на сезонное развитие деревьев и кустарников.// Ботанич.журнал.1957 т.42, №1 с.92-95

14. Правила безопасности в промышленности. М.: Недра. 1986

15. Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений./ Под ред. Рязанова В.А.-М.:Медгиз, 1961,304 с.

16. Производственная санитария. Справочное пособие/ Под ред. Злобинского Б.М.- : Металлургия, 1969, 688с.

17. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферного диффузии и загрязнения атмосферы.- Л.: Гидрометеоиздат. 1978, 448с.

18. Шаприцкий В.Н. Защита атмосферы в металлургии. М.: Металлургия, 1984, 216 с.

19. Толочко А.И., Филиппов В.И., Филипьев О.В. Очистка технологических газов в черной металлургии. М.: Металлургия, 1982.- 277с.

20. Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов. М.: Металлургия. 1977,328с.

21. Нестеров А.И. Биотехнология -М.: Знание, 1996,108с.

22. Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии. Уч. пособие /Черепанов К.А., Черныш Г.И., Дикельт В.М., Сухарев Ю.И. М.: Металлургия, 1994, 224с.

23. Зыков В.Н. К вопросу использования фильтров из пеноячеистых металлов для защиты промышленности от пыли./ Вестник РУДН. М.: РУДН, 1996, -119с.

24. Кожинов В.Ф., Кожинов И.В. Озонирование воды. -М.:Стройиздат. 1973,160с.

25. Физические величины: Справочник . / Под ред. Григорьева И.С., Метлихова Е.З.-М.: Энергоиздат. 1991-1232с.

26. Семенов H.H. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности -М.: Изд.АНССР, 1955-108с.

27. L'ozonation des eaux de consommation "Tzailigaz". Paris, 1966

28. Уэбб Ф. Биохимическая технология и микробиологический синтез. -М.: Медицина, 1969-369с.

29. Озон, контроль озона, озонаторы, применение озона. Библиографический указатель по отечественной и зарубежной литературе и патентным материалам за 1967-1971 гг.ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ.-М.:1972-64с.

30. Cook, Spadienger, Kiffer, Klumpp. "Industrial. Engineering chemistry.", 48,1956.

31. Единые правила безопасности при взрывных работах.-М.: Недра. 1976, 405с.

32. Кожинов В.Ф. Установка для озонирования воды.-М.: Стройиздат, 1968, -118с.

33. Comebla С. Le traitement des eaux par lozone.-"Extract du mensuel du centre Belge d'etude et de documentation les eaux", 287, Oct, 1967.

34. Орир Дж. Физика: Пер.с англ.-М.: Мир, 1981-ЗЗбс.

35. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике.-М.:Наука, 1965,-848с.

36. Нелинейная корреляция и регрессия (Методика и применение для решение производственных задач) Воловельская С.Н., Жилин А.И., Кулиш С.А., Сивый В.Б., «Техшка», 1971, стр.216

37. Pindtorf, Schmidt, 17.08.53 Патент 88901 ФРГ.

38. Зимин Н.П. Озонирование воды как средство для устранения недостатков ее фильтрования при городских водопроводах.-М.:,1902

39. Кульский Л.А., Шевченко М.А. Озонирование возы для хозяйственно-питьевых целей./ Водоснабжение и санитарная техника, №3, 1960,-с.4-16.

40. Rawson А.Е. "Water and Water Engineering", Jan., 1954, p. 9-19.

41. Рожнятковский И.О. Озонирование сточных вод коксохимических заводов-эффективный метод обеззараживания./ Докл. На 1 Всесоюзн. Межвуз. конф. по озону.-М.: Изд.МГУ, 1960, -16с.

42. Геохимия природных и технологических ландшафтов. М.: Высшая школа, 1988-340с.

43. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. Л.:Гидрометеоиздат, 1975-488с.

44. Руководство к практическим занятиям по методам санитарно-гигиенических исследований/Под.ред. Подуловой Л.Г. -М.:Медицина, 1990,-304с.

45. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1979,-497с.

46. Физико-химические методы исследований.-М.: Химия, 1986,-180с.

47. К.Хартман и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов -М.: Мир, 1977-552с.

48. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. -М.: Наука, 1966,-340с.

49. Горский В.Г. и др. Планирование промышленных экспериментов.-М.:Металлургия, 1978-lllc.

50. Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений.-М.: Наука, 1979-108C.

51. Налимов В.В.Теория эксперимента,- М.:Наука, 1971,-108с.

52. Методические рекомендации по заполнению и ведению экологического паспорта/ ГОСТ 17.00.04-90.М.: Стандарт, 1990

53. О неотложных мерах экологического оздоровления страны./ СМ от 14.02.90г. № 189

54. Баркер К. и др. /Воз.-Женева.: Дворец наций, 1962,-468с.

55. Шатоха В.И. Охрана окружающей среды в доменном производстве: Конспект лекций.-Днепропетровск: Пороги, 1996.-86с.

56. Рязанов В.А. Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений.-М.:Медгиз, 1952, с.9-25.

57. Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий СН 369-74-М.: Стройиздат, 1975, 41 с.

58. Буштуева К.А. Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений,-М.:Медгиз, 1961, вып.5, с.118-125.

59. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива.-Л.:Недра, 1977,-294с.

60. Руководящие указания по расчету выбросов твердых частиц и оксидов серы, углерода, азота с дымовыми газами котлоагрегатов.-М.: Союзтехэнерго, 1979,-108с.

61. Панкратов В.Ф. и др. Сборник научных трудов ВНИПИчерметэнергоочистки,-М.: Металлургия, 1972, вып. 15,с.51-56,

62. Калюжный Д.Н. и др. Санитарная охрана воздуха и водоемов от выбросов и отходов промышленных предприятий черной металлургии.-М.:Медицина, 1968,-239с.

63. Киреева И.С., Степаненко A.A., Бродин В.И. и др. Защита окружающей среды от выбросов предприятий черной металлургии.-М.:Металлургия, 1981,-108с.

64. Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии.-М.:Металлургия, 1982,-278с.

65. Абдрашитова С.А. и др. Прикладная биохимия и микробиология./1982, 18, N1,-248с.

66. Биотехнология металлов / ЮНЕП.-М.: Международный проект ГК HT, 1989,-374с.

67. Шалашова Е.С. Применение озона для очистки воды./ Жилищно-коммунальное хозяйство. 1960, №6.

68. Ariette Vasssy. Atmosphere ozone. New -York, 1965.

69. Berder K. Vom Vasser. XXVB, 1958.

70. Поздняков З.Г., Росси Б.Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания.-М.:Недра, 1974,-108с.

71. Гершгорт JI.C. Математическое программирование и его применение в экономических расчетах.-М.: Экономика, 1968.-200с.

72. Шаприцкий В.Н. Методы планирования и управления природными ресурсами. /Тезисы докл. -Махачкала.: АН СССР, 1982, т.1, с.129-132.

73. Богданова Т.П., Губарь М.А. Озон как средство обеззараживания воды от бактериальных спор./сб.докл. на 1 Всесоюзной конференции по озону.-М.: Изд.МГУ, 1960,-108с.

74. Дубровская Д.П., Меламед Ф.А. О возможности использования озона для очистки сточных вод коксохимических заводов./ Доклад на 1 Всесоюзной межвузовской конференции по озону. -М.: Изд.МГУ, 1960,-108с.

75. Бродский В.З. Введение в факторное планирование экспериментов.-М.:Наука, 1976, -224с.

76. Окислы азота в продуктах сгорания топлива: сб.научн.тр.-Киев: Наукдумка.1981-204с.

77. Метрологическое обеспечение технологических процессов черной металлургии (метрология и информатика). Серов Ю.В.: Справочное изд. в 2-х книгах Кн.1-М.: Металлургия, 1993-272 с.

78. Метрологическое обеспечение технологических процессов черной металлургии (метрология и информатика). Серов Ю.В.: Справочник в 2-х книгах Кн.1-М.: Металлургия, 1993-352 с.

79. Лисин B.C., Юсфин Ю.С. Ресурсо-экологические проблемы XXI века и металлургия.-М.: Высш.шк. ,1998-447с.