Изменение климата – одна из глобальных экологических проблем

Нефть и нефтепродукты можно гидрировать при высоких температурах и под большим давлением в присутствии катализатора, при этом сера переходит в H2S. При охлаждении реакционной смеси сероводород остается в газовой фазе, т. е. может быть отделен от топлива.

Природный газ обычно не содержит серы. Если же в нем присутствует сероводород, то его можно удалять методом промывки водой, в которой серо

водород растворяется.

Уменьшения выбросов сернистого газа можно достичь заменой угля низкосернистыми нефтью и природным газом. Например, на Белгородской ТЭЦ и входящих в ее состав двух котельных («Южной» и «Западной») используют природный газ и мазут, а на Губкинской ТЭЦ (в Белгородской области) — природный газ и уголь, на ее отопительной котельной — природный газ и мазут. Из сравнения видов топлива, применяемых на Белгородской и Губкинской ТЭЦ, следует, что вероятность образования кислотных дождей больше в районе Губкинской ТЭЦ, так как наряду с природным газом и мазутом на ней используется и уголь, содержащий, как правило, больше серы.

Используемые на практике способы обессеривания не позволяют полностью удалить из топлива серу. Кроме того, при сгорании топлива из азота воздуха получаются еще и оксиды азота, т. е. образующиеся газы необходимо подвергать очистке. Таких методов очистки газов предложено достаточно много в зависимости от вида топлива. Они значительно различаются по эффективности.

1. Аммиачный метод скрубберной (мокрой) очистки. По этому методу к поточному газу добавляют аммиак. В установке для промывки газа SO2, NH3 и вода превращаются в сульфат аммония:

4NH3 + 2SO2 + 2Н2О + О2—► 2(NH4)2SO4.

Образующийся сульфат аммония можно использовать в качестве удобрения.

2. Известковый метод скрубберной (мокрой) очистки. Газ, предварительно очищенный от пыли, поступает в скруббер с известковым молоком:

SO2 + Са(ОН)2 + Н2О ► CaSO3 + 2Н2О.

известковое молоко

Образующийся в скруббере CaSO3 в дальнейшем под воздействием SO2, Ca(OH)2 и кислорода воздуха переходит в сульфат кальция через промежуточную реакцию образования гидросульфита кальция.

Этот метод скрубберной (мокрой) очистки топочных газов позволяет снизить содержание серы в отходящих газах на 95%.

3. Сульфитный метод мокрой очистки. В отличие от предыдущего метода газ пропускают не через известковый раствор, а через нагретый раствор сульфита кальция. При этом образуется соответствующий гидросульфит. После охлаждения из раствора гидросульфита можно вновь выделить SO2 и использовать его для производства серной кислоты. Кроме того, из гидросульфита и Са(ОН)2 при окислении воздухом можно получить сульфат кальция, как в предыдущем методе.

Вместе с SO2 в раствор сульфита переходят галогены и следы тяжелых металлов. После удаления SO2 раствор сульфита можно использовать повторно до тех пор, пока он не обогатится достаточно загрязнениями. Оксиды азота в этом методе не отделяются.

4. Известняковый метод сухой очистки. Измельченный уголь перемешивается с пылью известняка (СаСО3), и эта смесь подается в камеру сгорания. После сжигания из известняка, сернистого газа и кислорода воздуха образуется сульфат кальция:

2СаСО3 + 2SO2 + О2 —► 2CaSO4 + 2СО2.

Вместо известняка можно использовать негашеную известь СаО:

2СаО + 2SO2 + О2 —► 2CaSO4.

Этот метод требует небольших затрат, технически прост, однако недостаточно эффективен, так как позволяет связывать только 50% SO2 топочных газов. Полученный сульфат кальция загрязнен золой, это затрудняет его использование.

5. Сухой метод очистки отходящих газов при сжигании топлива в «кипящем слое». Смесь угля и известняковой пыли, как и в методе 4, подается в камеру сгорания. За счет энергии подогретого воздуха, одновременно подаваемого снизу камеры, смесь находится во взвешенном состоянии, т. е. весь процесс сгорания протекает в «кипящем слое». При этом происходят те же химические реакции, что и в предыдущем методе 4. Преимущество этого метода состоит в том, что принцип «кипящего слоя» позволяет вести сжигание при температуре 800—900 °С. При этом на 50% сокращается процесс образования оксидов азота в отличие от методов, которые проводятся при температуре выше 1000 °С. Данный метод является высокоэффективным, он позволяет удалять из отходящих газов до 90% серы. Чрезвычайно интенсивное перемешивание угля и известняковой пыли дает возможность наряду с серой отделять и галогены.

6. Адсорбционный метод с применением активированного угля или кокса. Для улавливания SO2, содержащегося в отходящих газах горения топлива и некоторых металлургических производств, можно использовать углеродные пористые вещества (активированный уголь или кокс). При этом адсорбируются сернистый газ, галогены и тяжелые металлы. После исчерпания адсорбционной емкости активированный кокс перемешивают с горячим песком для извлечения SO2 и галогенов. Кокс после десорбции вновь используют для очистки газов. Сернистый газ можно в дальнейшем использовать для производства серной кислоты и других химических синтезов.

7. Получение из сернистого газа серы. Из SO2 отходящих газов можно получать и серу (простое вещество), для чего к отходящим газам в стехиометрическом отношении к SO2 требуется добавить сероводород. При этом SO2 восстанавливается с образованием серы:

2H2S + SO2 —► 3S + 2H2Q

3.3. Разрушение озонового слоя

История озоновой проблемы. Озоновый слой (озоносфера) располагается в стратосфере приполярных широт на высоте 10 км от поверхности Земли и на высоте до 50 км вблизи экватора. Максимальная концентрация озона О3 (около 5 млн"1) отмечается на высоте 20—25 км, где его содержание составляет ~5 молекул О3 на 106 молекул воздуха. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии. Если бы можно было собрать весь озон, содержащийся в атмосфере, у поверхности Земли при давлении 101,3 кПа и температуре 20 °С, то толщина этого слоя составила бы около 3 мм. Его называют озоновым щитом Земли, так как он защищает все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Проблема разрушения или, точнее, истощения озонового слоя возникла в начале 1970-х гг. Было высказано несколько гипотез, согласно которым некоторые вещества — продукты деятельности человека — достигнув стратосферы, могут вызывать разложение озона.

В 1970 г. немецкий ученый Пауль Крутцен предположил, что причиной разрушения озона является N2O — оксид диазота, который в атмосфере превращается в NO — оксид азота(II). Последний непосредственно участвует в каталитической реакции разрушения озона. В следующем 1971 г. химик из Калифорнийского университета в Беркли (США) Гарольд Джонстон высказал мысль, что оксиды азота, содержащиеся в выбросах реактивных двигателей сверхзвуковых самолетов, могут вызывать уменьшение количества озона в стратосфере. В декабре 1973 г. химики из Калифорнийского университета в Ирвине (США) Шервуд Роу-ленд и Марио Молина высказали мнение, что хлорфторуглеродные соединения (ХФУ) могут постепенно достигать стратосферы и разрушать озоновый щит. В июне 1974 г. статья об их открытии была опубликована в журнале «Nature» («Природа»).

 Скачать реферат