Охрана окружающей среды при обращении с отходами Тюменской ТЭЦ-1

Обычно каталитическую активность проявляют твердые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору - устойчивость его структуры в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции превращаться в неактивные соединения [1, 2].Каталитическим процессам, осуществляемым в искусственно созданных нестационарных условиях, уделяется значительное внимание, как в научных исследованиях, так и в промышленном производстве. Причина такого интереса заключается в возможности в нестационарных условиях повышать эффективность каталитических технологий, а именно ускорять реакции, увеличивать селективности превращений и выходы целевых продуктов, снижать энергоемкость, уменьшать эксплуатационные затраты и стоимость установок очистки воздуха [2].Ни один из известных гетерогенных катализаторов в процессе эксплуатации не является стационарной системой. Как минимум, это связано с неизбежной дезактивацией, сокращающей срок службы катализаторов, по достижении которого требуется их замена или регенерация. Тем не менее, можно выделить два идеологически противоположных подхода к реализации каталитических процессов: стационарный, предусматривающий неизменность (в пределах возможного) всех технологических параметров во времени, и нестационарный, в основу которого положено целенаправленное динамическое изменение этих параметров. Наибольший успех, достигнутый в последние десятилетия в области нестационарного катализа, связан с реверс-процессами. В основу их разработки положены представления о тепловой нестационарности катализатора в неподвижном адиабатическом слое в условиях периодического изменения параметров движущейся через слой реакционной смеси. Однако очевидно, что весьма существенный потенциал для дальнейшего развития кроется в процессах, в которых изменяется не только температура катализатора, но и химический состав его поверхности [3].В представленной работе рассмотрены в основном газофазные реакции, протекающие на активной поверхности твердого катализатора. Разумеется, сформулированный подход применим к многофазным каталитическим процессам, однако эта область весьма обширна и заслуживает отдельного рассмотрения.Первые исследования циклических каталитических процессов с периодически изменяющимся состоянием катализатора начались в XIX в. Так, английским химиком Клаусом проведено исследование окисления сероводорода до серы фактически в адсорбционно-каталитических условиях (с адсорбцией жидкой серы на катализаторе), которое открыло путь получения элементной серы из сероводорода. Несколько раньше его соотечественник Дикон открыл реакцию окисления хлористого водорода кислородом, положившую начало каталитическим процессам промышленного производства хлора. В отличие от Клауса он не занимался нестационарными технологиями, а напротив, предложил и реализовал стационарный каталитический процесс. Но это как раз свидетельствует о том, что периодические процессы применяли еще до появления его работ [1, 4].В том же году, что и публикация, появилась работа с описанием нестационарной паровой конверсии метана в присутствии адсорбента, поглощающего СО2. Эту работу считают пионерской в области каталитической паровой конверсии углеводородов.Каталитические системы успешно реализованы для очистки воздуха от вредных газовых примесей [2-5].Глубокое окисление примесей летучих органических соединений, находящихся в воздухеОчистка отходящих газов промышленных предприятий от примесей летучих органических соединений (ЛОС) — углеводородов, спиртов, кислот, эфиров, альдегидов, кетонов и пр. — важная экологическая проблема.Если выбросы содержат высокие концентрации ЛОС, то для их очистки вполне применимы методы, предусматривающие выделение и рециркуляцию примесей на основе абсорбционных, адсорбционных, конденсационных и мембранных процессов. В случае разбавленных газов целесообразнее применять термическое и каталитическое окисление ЛОС кислородом (обычно кислородом воздуха) до безвредных продуктов — углекислого газа и паров воды, причем при переработке низкоконцентрированных выбросов лучшие экономические и экологические показатели имеют каталитические реверспроцессы, которые обеспечивают автотермичную (т.е. без подвода дополнительной энергии и топлива) переработку газов с содержанием ЛОС от 0.6 до 0.8 гм~3 и выше. Для газов с меньшим содержанием ЛОС требуется дополнительный подвод энергии [5].В этой связи необходимо упомянуть актуальную проблему очистки больших объемов газовых вентиляционных выбросов с весьма низкой концентрацией вредных веществ (ниже 0.1 г•м3). Эти два обстоятельства повышают уровень удельного энергопотребления и увеличивают стоимость установок очистки. Кроме того, в силу широкого распространения источников выбросов на предприятиях разного профиля и вполне вероятного отсутствия квалифицированных специалистов по обслуживанию таких установок они должны быть простыми и безопасными в использовании.Указанным критериям отвечают технологии очистки, включающие адсорбционно-каталитические процессы. Для их реализации обычно необходима простая комбинация адсорберов с каталитическими реакторами: ЛОС первоначально поглощаются слоем сорбента, а затем происходят регенерация сорбента (обычно паром или горячим воздухом) и каталитическое окисление десорбированных примесей в отдельном аппарате. Однако для данного обзора более интересны адсорбционно-каталитические процессы, основанные на адсорбции ЛОС непосредственно на поверхности катализатора глубокого окисления при пониженной температуре, с периодической регенерацией катализатора путем окисления сорбированных примесей при повышенных температурах [3].Адсорбционно-каталитические процессы имеют заметные преимущества перед традиционными каталитическими технологиями глубокого окисления ЛОС, особенно при переработке низкоконцентрированных газов. В последнем случае применение подобных процессов позволяет отказаться от постоянного нагрева очищаемых газов, и таким образом весьма существенно снизить энергоемкость очистки. Их высокая технологическая гибкость обеспечивает переработку газов, в которых исходная концентрация ЛОС изменяется в широком диапазоне, а также позволяет осуществлять быстрый пуск установки без предварительного нагрева. Окисление диоксида серыSO2 + ½ O2 → SO3Реакция окисления диоксида серы обратима, и для сдвига ее равновесия в сторону образования триоксида серы можно использовать адсорбционные эффекты. Известны два каталитических подхода, позволяющих существенно повысить эффективность традиционного способа осуществления этой реакции.а. Водная промывка катализатора [5]Первый способ смещения равновесия — окисление диоксида серы при низких температурах в присутствии паров воды. В таких условиях триоксид серы взаимодействует с водой, образуя конденсат серной кислоты, и за счет этого сдвигается равновесие целевой реакции.Рассмотрены процессы окисления SO2 при 35-80°С на активированном угле (данный катализатор выбран в связи с тем, что традиционные ванадиевые катализаторы неактивны при низкой температуре) при исходных концентрациях диоксида серы ~0.10.5 об.%. В этих условиях образующаяся кислота конденсируется и сорбируется в порах катализатора. Регенерацию катализатора осуществляют путем его промывания водой.В описанных процессах достигаются весьма высокие конверсии диоксида серы (остаточная концентрация SO2 в газах — порядка 50 миллионных долей), причем длительность рабочих циклов довольно велика — до 100-200 мин. Однако при использовании водной промывки образуется большое количество некондиционной (низкоконцентрированной) кислоты, что существенно ограничивает практическое применение этой технологии. б. Воздушная продувка катализатора [5]Другим способом смещения равновесия и повышения эффективности окисления SO2 является использование абсорбционных свойств расплава активного компонента традиционных ванадиевых катализаторов.Показано, что при чередовании подачи потоков реакционной смеси и воздуха в слой ванадиевого катализатора можно существенно увеличить конверсию диоксида серы. Авторы объяснили это тем, что при продувке катализатора воздухом происходит перенасыщение пленки расплава активного компонента кислородом, поэтому в последующем цикле подачи реакционной смеси концентрация кислорода в расплаве заметно превышает равновесную (относительно состава реакционной смеси), и, таким образом, конверсия SO2 также может превысить равновесный предел, достигаемый в стационарном режиме.Анаэробное окисление метанаВ настоящее время ведется активное изучение процессов циклического окисления метана в анаэробных условиях с применением катализаторов на основе оксидов никеля и железа (в англоязычной литературе их обозначают CLC — ChemicalLooping Combustion) [4]. В данном случае преследуется цель глубокого окисления, что достигается подбором температуры реакции (~1000°С) и состава катализаторов. Природный газ пропускают через слой катализатора для окисления углеводородов до СО2 и паров воды; периодически проводят реокисление катализатора воздухом. Процесс предназначен для сугубо энергетических целей, например для получения электричества. Его главное преимущество перед процессами традиционного сжигания природного газа заключается в том, что в цикле подачи углеводородов газовая смесь на выходе из реактора содержит только диоксид углерода и пары воды. Ввиду относительной простоты удаления воды из этого потока появляется возможность получения высококонцентрированного СО2, который затем можно выделить в чистом виде и утилизировать, не допустив его выброса в атмосферу. Последнее, с учетом требований Киотского протокола, является актуальной задачей. Второе достоинство процесса — относительно невысокая температура в обеих фазах цикла, что позволяет существенно снизить выбросы оксидов азота в атмосферу.Процессы анаэробного окислительного дегидрирования углеводородовПоиск путей повышения селективности целевых реакций в сложных реакционных системах — одна из наиболее актуальных задач в катализе. К числу таких реакций относятся многочисленные процессы селективного каталитического окисления углеводородов (пропана в пропилен, бутана в бутен и бутадиен и многие другие).Выше было показано, что увеличение селективности превращения и выхода целевых продуктов по сравнению со стационарными процессами возможно при использовании нестационарного состояния катализатора, которое может создаваться посредством циклической раздельной подачи углеводородов и окислителя (воздуха). Окислителем в этом случае выступает кислород, хемосорбированный на поверхности катализатора; молекулярный кислород в реакционном потоке углеводородов отсутствует (этим обусловлено применение термина «анаэробный процесс»),Реакции селективного окисления углеводородов кислородом, как правило, экзотермичны, и селективность большинства из них снижается с повышением температуры. Вследствие этого в стационарном адиабатическом процессе максимальные концентрации реагентов ограничены, что негативно сказывается на производительности. Очевидно, ключевой проблемой при создании нестационарных адиабатических процессов селективного окисления является эффективное сопряжение тепловых и концентрационных фронтов в слое катализатора [4].Очистка выхлопных газов автомобилейОдной из наиболее актуальных является проблема «холодного старта», заключающаяся в том, что при пуске двигателя и его работе в режиме «холостого хода» температура катализатора слишком низкая.Один из вариантов решения этой проблемы — введение в состав каталитических нейтрализаторов адсорбционных ловушек, которые могут при низких температурах поглощать вредные газовые примеси выхлопов (СО, углеводороды, NOx), а также частицы сажи. Однако, если сорбированные углеводороды и сажу удается более или менее эффективно окислить, то в отношении оксидов азота возникают сложности, связанные с тем, что во время нагрева нейтрализатора эти оксиды десорбируются раньше, чем достигается температура, необходимая для их эффективного восстановления [2].При низкой температуре системы примеси накапливаются в сорбенте, расположенном между двумя слоями катализатора. Если повышается температура, то в первую очередь нагреваются слои катализатора и только затем — сорбента. Таким образом, десорбция примесей начинается, только если температура катализатора достаточно высока, чтобы обеспечить их эффективное обезвреживание. Данный процесс — хорошая иллюстрация принципа эффективного взаимовлияния адсорбционных свойств системы и динамики тепловых полей в ней.Другие процессыСреди других процессов, в которых активно используются емкостные свойства катализаторов, можно выделить следующие [5]:- прямой синтез HCN из СО и аммиака с сорбцией образующегося СО2 на цирконате лития;- нестационарный процесс Дикона- полного окисления НСl в элементный хлор, состоящий из раздельных стадий: хемосорбции хлористого водорода на оксиде меди с образованием СuС12 и паров воды; регенерации сорбента путем окисления хлорида меди с образованием СиО и Сl2;-нестационарные процессы гидрообессеривания и гидродеароматизации топлив с использованием высокой адсорбционной емкости катализатора по отношению к соединениям серы, включая реверс-процесс для гидроочистки.Во всех перечисленных случаях активное использование емкостных свойств каталитической поверхности позволяет реализовывать нестационарные режимы с повышенной по сравнению со стационарными процессами эффективностью, в том числе достигать сверхравновесного выхода продуктов.Таким образом, ассмотренные выше результаты исследований каталитических процессов показали, что целенаправленное использование емкостных (адсорбционных и хемосорбционных) свойств гетерогенных катализаторов позволяет существенно повысить эффективность многих каталитических реакций. При этом наибольший технологический эффект может быть достигнут при управляемом сочетании тепловой нестационарности и нестационарности состава поверхности катализатора.На сегодняшний день имеется много конференций и публикаций по защите окружающей нас среды, но кардинальной очистки воздушного бассейна, в частности от газов, постоянно вылетающих из труб, нет. В Китае, например, в крупных городах предлагают людям постоянно носить марлевые и иные повязки как средства защиты лёгких. Но это лишь некие полумеры. Имеющиеся теоретические исследования носят весьма приближённый характер частного моделирования какого-то процесса, но не всеобъемлющего ответа на вредоносные выбросы газов в окружающую нас атмосферу. Отдельное физическое моделирование сложных химических процессов с газами и их изменчивым химическим содержанием – лишь частичное движение вперёд, не претендующее на почти полную нейтрализацию канцерогенных веществ, непрерывно попадающих в воздушное пространство Земли.Если используются установленные в трубах разного вида фильтры или ловушки, то они не могут полностью очищать газы от всех разнообразных химических элементов или их композиций, не задерживают все микрочастицы или фракции. Эти фильтры не могут длительное время не только улавливать частицы, содержащиеся в отходящих газах, но и не способны сколько-нибудь заметно снижать температуру, что, как указывалось выше, будет негативно отражаться на общем нагреве воздушного бассейна. Достаточно быстро прогорающие фильтры или ловушки требуют частой замены, что трудоёмко, а при непрерывном технологическом процессе не может быть полностью безопасным процессом.Методы абсорбции и хемосорбции, применяемые для очистки промышленных выбросов, обычно называются мокрыми методами. Преимущество абсорбционных методов заключается в возможности очистки большого количества газов и осуществления непрерывных технических процессов. Основной недостаток мокрых методов состоит в том, что перед очисткой и после её осуществления сильно понижается температура газов, что приводит в конечном итоге к снижению эффективности и надёжности эксплуатации таких методов.Каталитический способ превращает токсичные компоненты промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путём введения в систему дополнительных веществ, называемых катализаторами. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со специально добавленным в смесь веществом на твёрдых катализаторах. Действие катализаторов проявляется в промежуточном (поверхностном химическом) взаимодействии катализатора с реагирующими соединениями, в результате которого образуются промежуточные вещества и регенерированный катализатор. Метод не является универсальным, так как он работает избирательно, то есть только на ограниченные вредные компоненты, а не на весь состав. Поэтому нужны новые технические решения, которые могли бы кардинально изменить складывающуюся на сегодняшний день катастрофическую ситуацию в лучшую сторону.ЗАКЛЮЧЕНИЕПостоянное внимание к вопросам снижения негативного воздействия на окружающую среду и здоровье работников с учетом масштабов и обширной географии производства, с одной стороны, и существенные изменения в законодательном поле по обращению с отходами производства и потребления, с другой стороны, обусловили актуальность определения перспективных направлений развития системы обращения с отходами производства и потребления в Тюменской ТЭЦ-1В данной курсовой работе рассмотрены инициативы по реализации государственной политики в области обращения с отходами производства и потребления. Сформулированы задачи и определены приоритетные направления развития деятельности в области обращения с отходами производства и потребления с учетом региональной специфики размещения объектов Тюменской ТЭЦ-1. На основе анализа действующей системы обращения с отходами Общества показано, что по всем видам деятельности существуют реальные возможности для ее дальнейшего совершенствования и достижения корпоративной экологической цели — снижения доли отходов, направляемых на захоронение. Приведены рекомендации по оптимизации деятельности Общества в области обращения с отходами, а также рассмотрены перспективные схемы обращения с отходами в ТЭЦ для объектов, расположенных в различных регионах России. Предложены пути совершенствования системы управления отходами на этапах жизненного цикла производственных объектов.Непосредственному экологическому воздействию подвергаются такие компоненты природных комплексов, как растительность, почва, микрорельеф, верхние горизонты горных пород, подстилающие почву. В результате тесной взаимосвязи компонентов природной среды опосредственному воздействию подвергаются гидрогеологический режим, снежный покров, тепломассообмен в приземном слое атмосферы, что в свою очередь вновь оказывает в дальнейшем влияние на растительность, почву, микрорельеф. Выявленные экологические аспекты позволяют ими управлять, снижать воздействие на окружающую среду.Задачи, поставленные в курсовой работе выполнены. В работе дана характеристика филиала Тюменской ТЭЦ-1, а также рассмотрены производственные процессы, протекающие на предприятии. Приведен перечень загрязняющих веществ, складируемых на полигонах в результате работы ТЭЦ, и дана их краткая характеристика. По результатам работы можно сделать выводы:1. Золошлаки от мазутного сжигания на ТЭЦ-1 имеют химический и компонентный состав, близкий к составу осадочных пород, суммарное содержание потенциально опасных малых элементов в некоторых золошлаках несколько выше, чем в осадочных породах, однако не настолько, чтобы перевести их в категорию более опасных по сравнению с окружающей средой.2. Проведенные к настоящему времени исследования показали, что золошлаки относятся как практически неопасным для окружающей природной среды (5 класс), так и к опасным (1-2 класс).4. Учитывая близость состава золошлаков ТЭЦ к осадочным породам, необходимо сократить объем их испытаний по СанПиН 2.1.7.1386-03, что упростит процедуру получения санитарно-эпидемиологического заключения и снимет этот барьер на пути к использованию золошлаков в стройиндустрии.5. В зарубежных нормативных документах (Классификатор отходов от 2002 г и Базельская Конвенция о трансграничной перевозке отходов) золошлаки от сжигания углей на ТЭС относятся к неопасным отходам.Во всём мире при строительстве автомобильных дорог золы-унос используют для устройства укрепленных дорожных оснований и покрытий в качестве активной гидравлической добавки, т.е. активного компонента смешанного вяжущего в сочетании с цементом или известью, и самостоятельного медленнотвердеющего вяжущего, а золошлаковый материал из отвалов − для сооружения насыпей земляного полотна и малоактивной гидравлической добавки в сочетании с цементом при укреплении грунтов, на дорогах III–V категорий.Целесообразность применения золы-уноса и золошлакового материала устанавливается в каждом отдельном случае на основе технико-экономического обоснования с учетом качества ЗШМ, дальности их перевозки и стоимости, экономии цемента и других факторов.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫДоклад «Глобальные проблемы человечества» - https://geographyofrussia.com/globalnye-problemy-chelovechestva/Кондратьев В.Б. Экологические аспекты развития нефтегазового комплекса. В сборнике: Нефтегазовый комплекс: экономика, политика, экология сборник статей победителей II конкурса. Санкт-Петербургский государственный экономический университет, Институт магистратуры. 2016. С. 51-55.Публичное акционерное общество «Фортум» (ПАО «Фортум») - www.fortum.ruТюменская ТЭЦ-1 - http://www.rosteplo.ru/w/%D0%A2%D1%8E%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%A2%D0%AD%D0%A6-1Тюмень - www.admtyumen.ruПаровые турбины: каталог [Электронный ресурс]. – Екатеринбург: ЗАО УТЗ, 2013. – 32 с. – Режим доступа: http://www.utz.ru/articles/img/utz%20rus%20katalog%202013.pdfТипы паровых турбин. / Информационный портал: Энергетика. ТЭС и АЭС. Все о тепловой и атомной энергетике [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://tesiaes.ru/?p=5280Леготина А.И., Бирюзова Е.А. Роль ТЭЦ в централизованном теплоснабжении // Актуальные проблемы современного строительства: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. - Т 1. - Пенза: ПГУАС, ООО «Новотех», 2013. - С. 47-49.Бузмаков С.А., Костарев С.М. Введение в экологический мониторинг: учеб.пособие. -Перм.гос.ун-т,-Пермь,2009. – 178с.Гареев Р. Завещано беречь нам этот мир // ТехНадзор. 2017. № 7 (128). С. 50-51.Федеральный классификационный каталог отходов. Приказ Росприроднадзора от 03.06.2016 № 311 "Дополнения и изменения, которые вносятся в федеральный классификационный каталог отходов, утвержденный приказом Федеральной службы по надзору в сфере природопользования от 18.07.2014 № 445" (Зарегистрирован в Минюсте России 14.06.2016 № 42515) - http://rpn.gov.ru/node/852ПРИКАЗ от 4 декабря 2014 г. N 536 ОБ УТВЕРЖДЕНИИ КРИТЕРИЕВ ОТНЕСЕНИЯ ОТХОДОВ К I-V КЛАССАМ ОПАСНОСТИ ПО СТЕПЕНИ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ - https://minjust.consultant.ru/documents/17613Временные отраслевые методические рекомендации по оценке техногенных ресурсов предприятий цветной металлургии. - М.: ЦНИИцветметэкономики и информации, 1990. - 81 с.Методическое руководство по изучению и эколого-экономической оценке техногенных месторождений. - М.: ГКЗ, 1994. - 32 с.Карпенко Н.Б. Правовые аспекты учета и переработки техногенных месторождений // Золотодобыча. Информационно-рекламный бюллетень, № 140. Иркутск: Из-дво Иргиредмет, 2010. С. 16-21.Туресебеков А.Х., Василевский Б.Б., Хантемиров Р.М., Рахимов Р.Р., Баранов Т.М. Проблема образования и оценки техногенных месторождений Алмалыкского горнопромышленного комплекса (Узбекистан) // Материалы XIV Международ, совещ. по геологии россыпей и месторождений кор выветривания. Новосибирск: Из-дво ООО "Апельсин", 2010. С. 672-673.Богатырев Б.А. Красные шламы (отходы глиноземного производства) перспективное сырье для получения наноматериалов, сорбентов и источник редких, редкоземельных и благородных металлов // Материалы XIV Международ. совещ. по геологии россыпей и месторождений кор выветривания. Новосибирск: Из-дво ООО "Апельсин", 2010.С. 110-114.Машковцев Г.А., Тигунов Л.П. Проблемы комплексного использования техногенных образований горнообогатительных и металлургических предприятий черной и цветной металлургии // Техногенные россыпи. Проблемы. Решения. Тр. 1-й Международ, науч.практ. конф., Симферополь-Судак. Симферополь: Издво "Крым Фарм-Трейдинг", 2002. С. 79-83.Зверева В.П. Хвостохранилища Дальнего Востока техногенные месторождения и минерально-сырьевые ресурсы России, которые можно потерять // Материалы XIV Международ, совещ. по геологии россыпей и месторождений кор выветривания. Новосибирск: Из-дво ООО "Апельсин", 2010. С. 249-253.Новопашин А.А., Арбузова Т.Б. Пути использования глиноземсодержащих шламов в производстве строительных материалов // Экологическая технология. Переработка промышленных отходов в строительные материалы. Сб. трудов УПИ. - Свердловск, 1984. - С. 19-25.Очистка технологических газов. – М.: Книга по Требованию, 2013. – 685 с.Хейфец Л., Зеленко В. Химическая технология. Теоретические основы. Учебное пособие. Серия: Бакалавриат. – М.: Academia, 2015. – 464 с.Кузнецова И., Харлампиди Х., Иванов В., Чиркунов Э. Общая химическая технология. Основные концепции проектирования химико-технологических систем. Учебник. Серия: Учебники для вузов. Специальная литература. – М.: Лань, 2014. – 384 с.Гурец Л., Козий И., Пляцук Д. Газоочистное оборудование для комплексной очистки газов. – М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2014. – 135 с.Страус В. Промышленная очистка газов. – М.: Отдельное издание, 2012. – 616 с.