Инженерный и технологический анализ технологии извлечения диоксида углерода из газовых выбросов котельной для дальнейшего получения биомассы микроводорослей
ВВЕДЕНИЕ
Атмосферный воздух является одним из самых важных элементов окружающей среды, он представляет собой природную смесь газов приземного слоя атмосферы за пределами жилых, производственных и иных помещений, сформировавшуюся в ходе эволюции Земли. У поверхности Земли воздух на 78 %об. состоит из азота, на 21 %об. – из кислорода, менее чем на 0,934 %об.– из аргона. В воздухе возможно незначительное содержание углекислого газа, водорода, гелия, неона и других элементов [1].
Качество воздуха обусловлено соотношением тех или иных веществ в его составе [1]. От качества воздуха зависит здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность любых конструкций, зданий и сооружений [2].
На протяжении последних 100 лет человечество активно использует в качестве энергоносителя ископаемое органическое топливо (уголь, нефть, природный газ), сжигание которого приводит к образованию значительных количеств диоксида углерода [3].
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Аналитический обзор научной, научно-технической и патентной литературы 10
1.1 Общие сведения о диоксиде углерода 10
1.1.1 Характеристика диоксида углерода 10
1.1.2 Источники образования и воздействия диоксида углерода на человека 12
1.1.3 Область применения двуокиси углерода 14
1.1.4 Мероприятия по снижению выбросов диоксида углерода 15
1.2 Технологические способы извлечения диоксида углерода из газовых термоэнергетических выбросов 16
1.2.1 Физическая абсорбция 17
1.2.2 Хемосорбционные методы 19
1.2.3 Адсорбция цеолитами 22
1.2.4 Мембранное извлечение 23
1.3 Наилучшие доступные технологии улавливания диоксида углерода 24
1.4 Культивирование микроводорослей для получения биомассы 26
1.5 Анализ патентных источников 27
1.5.1 Способ или система для извлечения диоксида углерода 27
1.5.2 Способ получения двуокиси углерода из дымовых газов 28
1.5.3 Устройство для отделения диоксида углерода, использующее силиконовую разделяющую пленку, и способ его изготовления 29
1.5.4 Установка и способ для получения жидкого диоксида углерода из газовых смесей, содержащих диоксид углерода, с использованием мембранной технологии 30
1.5.5 Способ выделения диоксида углерода из дымовых газов и устройство для осуществления способа 31
1.6 Вывод 34
2 Обоснование технологической схемы 36
3 Описание технологической схемы 54
3.1 Автоматизации процесса извлечения диоксида углерода из газовых выбросов 57
3.1.1 Выбор основных регулируемых и контролируемых параметров 57
3.1.2 Описание функциональной схемы с автоматизацией процесса 58
4 Расчет материального баланса 61
5 Технологический расчет основного оборудования 62
6 Оценка технического решения с точки зрения энерго- и ресурсосбережения, промышленной и экологической безопасности, экономической эффективности 70
6.1 Оценка технического решения с точки зрения энерго- и ресурсосбережения 70
6.2 Анализ возможных инцидентов, аварийных ситуаций на производстве, а также способы их предупреждения 73
6.3 Защита технологического процесса и оборудования от аварий 75
6.4 Установление ориентировочной санитарно-защитной зоны 76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 79
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Игнатьева, Л. П. Атмосферный воздух – объект окружающей среды и фактор жизнеобеспечения человека : учеб. пособие / Л. П. Игнатьева, М. О. Потапова. – Иркутск : ИМГУ, 2014. – 32 с.Нефедьева, Е. Э. Круговорот углерода. Определение содержания диоксида углерода в воздухе : учеб. - метод. пособие / Е. Э. Нефедьева, Г. А. Севрюкова. – Волгоград : ВолгГТУ, 2021. – 64 с.Ежова, Н. Н. Современные методы очистки дымовых газов тепловых электростанций от диоксида углерода / Н. Н. Ежова, С. В. Сударева // Теплоэнергетика. – 2009. – № 1. – С. 14 – 19.Бочкарев, В. А Оценка выбросов парниковых газов предприятиями энергетики / В. А. Бочкарев, А. В. Бочкарева // Вестник ИрГТУ. – 2017. – Т. 21, № 2 (121). – С. 85–96.
Rackley, S. Carbon capture and storage / S. Rackley – Butterworth-Heinemann. – 2017. – 645 с.Берникова, Т. А. Гидрология с основами метеорологии и климатологии : учебник / Т. А. Берникова. – 3–е изд., – Санкт-Петербург : Лань, 2021. – 428 с.
ГОСТ 8050-85. Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия : межгосударственный стандарт : издание официальное : введен впервые : дата введения 01. 01. 1987 / Федер. агенство по тех. регулированию и метрологии. – Москва : Стандартиформ, 2006. – 25 с. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200005325?ysclid=lihgrar9l266703243 (дата обращения: 08.11.2022)Жумабоев, А. Г. Очистка дымовых газов от диоксида углерода из промышленных выбросов и его утилизация / А. Г. Жумабоев, У. Х. Содиков // Universum : химия и биология. – 2021. – № 10-1 (88). – С. 17–19.
Возможные пути снижения выбросов углекислого газа / А. М. Гафуров, Б. М. Осипов, Р. З. Гатина, Н. М. Гафаров // Известия вузов. Проблемы энергетики. – 2017. – Т. 19, № 9-10. – С. 21–31.
Егоров, В. В. Экологическая химия : учеб. пособие / В. В. Егоров. – Санкт-Петербург : Лань, 2022. – 184 с.
Жидкова, А. Ю. Анализ перспектив снижения углекислого газа в условиях пандемии / А. Ю. Жидкова, В. А. Ковярова // Вестник РГЭУ. – 2021.
Блоки мембранного разделения с первого по четвертый выполнены из мембран на основе кремнийорганических полимеров с селективностью по паре газов диоксид углерода основной нецелевой газ не менее 9 и производительностью по диоксиду углерода не менее 10м3/м2∙ч∙МПа. Пятый блок мембранного разделения выполнен из мембран на основе кремнийорганических полимеров с селективностью по паре газов диоксид углерода/ основной нецелевой газ не менее 20. Рабочее давление для второго и третьего компрессоров (8.2) и (8.3) устанавливают выше рабочего давления первого компрессора (8.1) как минимум на 0,1 МПа.
Достоинства данного процесса – компактность установки, повышенная эффективность получения жидкого диоксида углерода из содержащих его газовых смесей, а также возможность дополнительного извлечения азота. Схема технологического процесса получения жидкого диоксида углерода с помощью мембранного извлечения представлена на рисунке 8 [26].