Технология снижения выбросов сероводородных соединений аккумуляторов

Технология снижения выбросов сероводородных соединений аккумуляторов

Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Журналы, книги, сборники
▪ Архив статей и поиск
▪ Схемы, сервис-мануалы
▪ Электронные справочники
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Голосования
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте

Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио
▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать – советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(200000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Карта сайта

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua


сделано в Украине

БЕСПЛАТНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА

В нашей Бесплатной технической библиотеке Вы можете бесплатно и без регистрации скачать статью Технология снижения выбросов сероводородных соединений аккумуляторов.

Воспользуйтесь поиском по Архиву, чтобы узнать, в каком журнале опубликована статья Технология снижения выбросов сероводородных соединений аккумуляторов. В результатах поиска запишите название журнала, год и номер. Затем нажмите на ссылку “скачать в Бесплатной технической библиотеке” и бесплатно скачайте архив с нужным Вам номером.

Для быстрого бесплатного скачивания можно сразу перейти в нужный раздел Библиотеки.

Поиск по книгам, журналам и сборникам:

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

Технология снижения выбросов сероводородных соединений аккумуляторов

Восстановление кислотных аккумуляторов циклическим током

Заряд свинцовых аккумуляторов всегда сопряжен с выходом в атмосферу в результате химических реакций сероводородных соединений, атомарного кислорода и водорода.

Данные химические элементы вредны для окружающей среды и здоровья человека, а при определенном соотношении компонентов такая смесь взрывоопасна.

Лабораторией разработана и апробирована технология, позволяющая проводить восстановление аккумуляторов циклическим током, обеспечивающая значительное снижение выхода сероводородных соединений, а также экономию энергоресурсов. Контрольная проверка восстановленных аккумуляторов подтвердила соответствие их характеристик паспортным.

Анализ работы зарядных устройств и технологий восстановления электродов аккумуляторов указывает на повышенное выделение газов при отсутствии в цикле восстановления периодов разряда и пауз. В заводских зарядных устройствах постоянного тока обычно происходит только цикл заряда, и такие устройства способны восстанавливать только поверхностную сульфатацию аккумуляторов.

Исследования показывают, что для полного использования в химическом процессе всех возможностей регенерации требуется время разряда не менее 1/4 цикла восстановления при токе не более 1/10 тока заряда.

Зарядные устройства с данными режимами позволяют проводить восстановление аккумуляторов с глубокой и застарелой сульфатацией.

Для очистки внутренних слоев электродов аккумуляторов требуется более высокое напряжение источника питания ввиду повышенного (почти на порядок) внутреннего сопротивления аккумуляторов. Но использование такого источника “напрямую” потребует значительного повышения мощности силового трансформатора, использования более мощных электронных элементов, а даже при незначительном нарушении режима приведет к обильному кипению электролита, нагреву и короблению пластин электродов.

Ионы электролита, которые в цикле заряда по каким-либо причинам “несвоевременно” достигают пластин электродов аккумулятора, не участвуют в химических процессах и переходят в газообразное состояние. При отрицательных импульсах тока восстановления ионы “отходят” от электродов на расстояние, достаточное для последующего разгона при движении к электродам во время смены полярности поля. Поскольку этим ионам не надо проходить полное расстояние между электродами, мощность отрицательного периода восстановления незначительна по сравнению с положительным. Накопление энергии в ионах при “раскачке” позволяет при небольших энергозатратах рас-

плавить кристаллы сульфата свинца и перевести его в аморфное состояние.

Циклический заряд постоянными по направлению, но переменными по величине импульсными токами снижает внутреннее сопротивление аккумуляторов, уменьшает нагрев электролита и пластин аккумулятора, т.е. продлевает срок их эксплуатации. Восстановление импульсами различной полярности (переменным током) еще сильнее улучшает восстановительный цикл.

В общем виде разработанный цикл восстановления аккумуляторов Тв включает в себя четыре составляющие (рис.1):

Восстановление кислотных аккумуляторов циклическим током

Массовый ежемесячный научно-технический журнал


Отработка технологии восстановления “4Т” на мощных низковольтных аккумуляторах большой емкости типа 22СН-2200 подтвердила правильность выбранных режимов. Использование мощного аккумулятора снижает погрешности при измерениях. Режимы восстановления кислотных аккумулято-

ров различными способами приведены в табл.1.

В процессе зарядки постоянным током (от 99 до 396 А) выход газа из одного элемента при напряжении 2,15 В составляет 172 мл/час, 2,3 В — 1720 мл/час, 2,4 В — 4590 мл/час. Ускоренное восстановление с применением больших токов зарядки сопровождается обильным выделением газов, и требуется их утилизация, поэтому заряжать такими методами аккумуляторы без мощной вытяжной вентиляции недопустимо!

Короткие по времени и мощные по амплитуде импульсы тока заряда в разработанной технологии “4Т” позволяют расплавить кристаллы сульфата свинца и перевести их в аморфное состояние, выброс сероводородных соединений снижается в 8 раз, а время восстановления уменьшается в 7 раз.

Схема зарядно-восстановительного устройства (рис.2) рассчитана на восстановление одного или нескольких элементов кислотных аккумуляторных батарей напряжением от 1,5 до 12 В. Основу схемы составляет генератор импульсов прямоугольной формы, позволяющий иметь на каждом выходе генератора интервал в 1/4 от полного времени цикла.

Генератор прямоугольных импульсов выполнен на интегральном

таймере DA1. Для работы микросхемы в режиме автогенератора выводы 2 и 6 DA1 подключены к времязадающей цепи R1-R2-C1. Процесс заряда-разряда конденсатора С1 происходит циклически, и на выходе 3 таймера DA1 наблюдаются импульсы типа меандр. Частота генератора расчитывается по приближенной формуле:

При включении питания конденсатор С1 заряжается через резисторы R1 и R2. В это время на выходе 3 DA1 — высокий уровень. При достижении напряжения на С1 уровня в 2/3 ипит внутренний триггер таймера переключает его выход в нулевой уровень, внутренний транзистор разряжает конденсатор С1 в течение времени, зависящего от

сопротивления R2 и R3. При разряде С1 до уровня 1/3 U пит триггер вновь переключается, и на выходе 3 DA1 появляется высокий уровень. В результате, получается непрерывная последовательность прямоугольных импульсов. Частота автогенератора устанавливается резистором R2.

Сформированные генератором прямоугольные импульсы с вывода 3 DA1 поступают на вход CN ( вывод 14) двоично-десятичного счетчика на микросхеме DD1. Счетчик имеет 10 выходов, которые используются для формирования заданных временных интервалов цикла восстановления (заряд — пауза — разряд — пауза). В данном устройстве для восстановления аккумуляторной батареи используются равные временные интервалы.

При низком уровне на входе разрешения СР (выводе 13) DD1 счетчик выполняет свои операции синхронно с положительным перепадом на тактовом входе CN. Высокий уровень на входе сброса R ( выводе 15) очищает счетчик. Это происходит, когда на выходе 8 DD2 присутствует высокий уровень.

Для организации интервалов восстановления аккумулятора выходы 0 и 1 DD1 используются для заряда аккумулятора (длительность 1/4 цикла). Сумматор на диодах VD1-VD2 при положительных уровнях на выводе 2 или 3 DD1 передает импульс прямоугольной формы через резистор R5 на резистор R7 ( регулятор тока заряда) и далее — на затвор полевого транзистора VT1. Транзистор открывается в ключевом режиме и подает в аккумулятор GB1 короткий импульс тока.

После заряда выдерживается пауза. При появлении высокого уровня на выходах 4 или 5 DD1 он открывает транзистор VT2 и разряжает аккумулятор GB1 на нагрузку R11 током, зависящим от величины им-

пульса на затворе VT2. Ток разряда аккумулятора устанавливается резистором R8.

Выходы 6 и 7 DD1 обеспечивают интервал второй паузы, а при появлении высокого уровня на выходе 8 DD1 счетчик по входу R ( выводу 15) DD1 возвращается в исходное состояние, светодиод HL1, указывающий на состояние счета импульсов, гаснет, и счет возобновляется с высокого уровня на выходе О DD2.

Для контроля выходного напряжения и зарядного тока аккумулятора GB1 в схеме установлены амперметр РА1 с шунтом и вольтметр PV1. Амперметр регистрирует алгебраическую сумму токов заряда и разряда. Индикатор на светодиоде HL2 указывает на наличие тока разряда. При отсутствии напряжения электросети разряд аккумулятора отключается автоматически. Индикатор HL4 указывает на правильную полярность включения аккумулятора GB1 в зарядно-разрядную цепь.

Источник питания выполнен на мощном трансформаторе Т1 и ди-

одном мосте VD5. При емкости аккумуляторов до 200 А час достаточно использовать трансформатор на мощность 70. 100 Вт. При изготовлении силового трансформатора можно взять трансформатор от лампового телевизора с исправной первичной обмоткой. Вторичная обмотка наматывается, исходя из количества витков накальной обмотки (6,3 В) с увеличением количества витков в 4 раза. Питание микросхем DA1 и DD1 выполнено от аналогового стабилизатора напряжения на микросхеме DA2.

Полевые транзисторы и диодный мост закреплены на отдельных радиаторах, используемых в блоках питания компьютеров. Элементы схемы собраны на макетной плате, которая размещена в металлическом корпусе. Возможные аналоги радиодеталей указаны в табл.2.

Для проверки работоспособности схемы на место GB1 подключается аккумулятор напряжением 2,4. 12 В и емкостью 2. 50 А час. Предварительно движки регуляторов тока заряда R7 и разряда R8

Читайте также:  Оптроны – современные приборы управления. часть 2

выводятся в нижнее по схеме положение. Ток разряда устанавливается по амперметру регулятором R8 ( примерно 0,01. С10). Резистором R7 устанавливается ток заряда (0,1 .С10). Резистором R2 выставляется (опытным путем) скорость восстановления пластин аккумулятора с минимальным выходом сероводородной смеси, при минимальной температуре электролита и отсутствии электролиза.

В.КОНОВАЛОВ, А.ВАНТЕЕВ, Творческая лаборатория “Автоматика и телемеханика”, Иркутский центр “Энергосберегающие технологии”, г.Иркутск.

Технология снижения выбросов сероводородных соединений аккумуляторов

Заряд свинцовых аккумуляторов всегда сопряжён с выходом в атмосферу, в результате химических реакций, сероводородных соединений и атомарного кислорода и водорода.
Данные химические элементы вредны для здоровья и окружающей среды, при определённом соотношении такая смесь взрывоопасна. При пропускании через раствор электролита электрического тока на электродах аккумулятора оседают продукты разложения электролита. На отрицательном электроде – катоде – всегда выделяется водород и металлы. Процесс разложения электролита при пропускании через него электрического тока называется электролизом.

Внутри электролита происходит движение атомов или групп атомов, представляющих собой части молекулы растворённого вещества. Положительные ионы веществ движутся под действием электрического поля к катоду, отрицательных к аноду, оседая на их поверхности в виде нейтральных атомов.
Часть атомов элементов перестают участвовать в химической реакции из-за несовершенной технологии и выделяются в атмосферу в виде сероводородных соединений. Анализ работы зарядных устройств и технологий восстановления электродов аккумуляторов указывает на повышенное выделение газов при отсутствии в цикле восстановления периода разряда и периода « пауза».
Цикл восстановления (ЦВ) = Т заряда +Т пауза + Т разряда + Т пауза. Время заряда -Т заряда в заводских зарядных устройствах постоянного тока не имеет периода разряда и паузы, необходимых для рекомбинации ионов свинца.

Исследования показывают, что для полного использования в химическом процессе электролиза всех элементов требуется время разряда не менее 1/4 цикла восстановления при токе не более 1/10 тока заряда. Ионы элементов, которые по каким либо причинам (не хватило времени заряда, препятствия от примесей, большая плотность ионов элементов на пластинах электродов, снижение скорости ионов при падении энергии поля ), не успевшие своевременно достигнуть пластин электродов, при отрицательном импульсе тока восстановления, возвращаются на расстояние достаточное для последующего разгона при движении к электродам – при положительной полярности поля. Поскольку этим ионам не надо проходить полное расстояние между положительными и отрицательными электродами, то и мощность отрицательного периода восстановления незначительна по сравнению с положительным:

Для восстановления энергии ионов, перед последующим движением зарядного тока, они проходят рекомбинацию – перестроение во время паузы.
Заряд импульсными токами – постоянными по направлению, но переменными по величине хорошо снижает внутреннее сопротивление аккумулятора, продляется срок его эксплуатации, снижается нагрев электролита и пластин аккумулятора, выход смеси газов не превышает естественного испарения поверхности электролита – по сравнению с зарядом постоянным током.

Восстановление импульсами различной полярности, то есть переменным током ещё более улучшает экологическое состояние восстановительного цикла.
Технология восстановления мощных низковольтных аккумуляторов большой ёмкости типа 22СН-2200 подтвердила правильность выбранных режимов восстановления по технологии «4Т» – четыре периода восстановления.
Восстановление кислотных аккумуляторов классически проводят по нескольким технологиям таблица 1:

Технология восстановления

Заряд постоянным током

Заряд при постоянном напряжении

Модифицированный заряд

Ускоренный заряд

Заряд по предлагаемой технологии – 4Т

0,2 С10
396 Ампер -1 ступень.
99 Ампер -2я.

0,005С10 в конце заряда

Током 0,25 С10 1-я ступень.

2С10 – до кипения электролита..0,25С10-далее

0,2 С10 –25Ампер средний.
100Ампер в импульсе.
Т-имп.1-3мск.

2.3 Вольта
2,6 Вольта в конце заряда

Напряжением 2,15-2,35 Вольта 2-я ступень.

2,4 Вольта-
Конечное.

Сутки в две ступени

Менее 200 мл /час

1,21-1,24 в конце заряда

1,21-1,24 в конце заряда

1,21-1,24в конце заряда

Расход электроэнер-гии
на один элемент

191267,6 квт /час.

С10 – номинальная ёмкость аккумулятора при 10-ти часовом режиме разряда до напряжения 1,8 Вольта на элемент.
Выделение газа одним элементом при напряжении заряда 2,15 вольта – 172мл/час, 2,3 вольта -1720мл/час, 2,4 вольта – 4590 мл/час, при применении технологии заряда постоянным током с режимом от 99 до 396 Ампер с временем восстановления до пятнадцати суток. Ускоренное восстановление с применением больших токов заряда сопровождается высоким выделением сероводородных соединений.
Без мощной вытяжной вентиляции заряжать такие аккумуляторы невозможно из-за опасности отравления и возможного взрыва смеси водорода и кислорода. При заряде цепи элементов аккумулятора в 240 вольт выброс газовой смеси составляет более 10 куб. метров в сутки.

Да и атмосфере такой газ принесёт только урон с уничтожением растительного мира сероводородными соединениями.
Снижение выбросов сероводородных соединений возможно только с использованием циклических зарядно-разрядных устройств имеющих возможность рекомбинации ионов атомов свинца с переходом в аморфный свинец.
Короткие по времени и мощные по амплитуде импульсы заряда позволяют расплавить кристаллы сульфата свинца и перевести их в аморфное состояние. В таблице имеется существенная разница предлагаемой в статье технологии по сравнении с предложенными в литературе ранее.

Выброс сероводородных соединений ниже в 8 раз, чем при заряде постоянным током при напряжении заряда 2,3 вольта на элемент, а время восстановления в семь раз меньше. В цифрах это 25800 мл газовой смеси сероводорода при заряде постоянным током и около 400 мл при заряде по предлагаемой технологии.
Диагностика восстановленных по предлагаемой технологии аккумуляторов методом десятичасового разряда показала паспортную плотность в конце разряда, что подтверждает полный заряд за указанное время.

По данной технологии проводилось восстановление кислотных аккумуляторов открытого типа, применяемых для питания релейной автоматики подстанций железной дороги, общим напряжением 110 вольт и показала высокие результаты со снижением внутреннего сопротивления аккумуляторов, конечного напряжения, температуры и существенного снижения выбросов сероводорода в атмосферу от аккумуляторов, но и дополнительного расхода электроэнергии.
Расход электроэнергии за счёт уменьшения времени заряда и снижении мощности вытяжных установок снизился в 12 раз.

Характеристики устройства восстановления аккумуляторов:
Напряжение сети 180-230 вольт.
Мощность трансформатора 330 ватт.
Напряжение аккумуляторов 2- 12 вольт
Ток заряда средний 2 – 10 Ампер
Ток заряда импульсный 50 Ампер
Ток разряда средний 0,2- 1,2 Ампера.
Время восстановления 42 часа.

Схема зарядно-восстановительного устройства предлагает восстановление одного элемента кислотного аккумулятора и может быть переработана на любое напряжение батареи кислотных аккумуляторов от 2 до 30 вольт постоянного тока с током восстановления от 1 до 50 ампер. На фотографии снято устройство с напряжением восстановления от 2 до 30 вольт при токе до 50 ампер.
В основе схемы определён генератор импульсов прямоугольной формы, позволяющий иметь на каждом выходе генератора интервал в 1/4 от полного времени цикла.
Импульсы тока заряда имея высокую амплитуду и короткое время действия не приводят к чрезмерному нагреву электролита и пластин аккумулятора, время пауз позволяет рассеять тепло, к тому же при таком режиме более полно используются элементы химической реакции, это заметно по значительному снижению выделения сероводорода и отсутствии электролиза.

Генератор прямоугольных импульсов выполнен на элементах DD1.1- DD1.3 цифровой микросхемы серии К561. Частота генерации F зависит от номиналов элементов частотозадающей RC – цепи F=0,44/(R1+R2)C1, частота генератора практически не изменяется от напряжения источника питания. Резистором R1 устанавливается время импульса и скорость переключения выходов счётчика DD2.
Сформированный генератором на микросхеме DD1 прямоугольный импульс с вывода 10 инвертора DD1.1 поступает на вход CN (14) двоично – десятичного счётчика на микросхеме DD2. Счётчик имеет десять выходов, которые позволяют при определённом включении использовать для формирования временных интервалов цикла восстановления: заряд – пауза – разряд -пауза. В данном устройстве для восстановления элемента аккумуляторной батареи используются равные временные интервалы.
При низком уровне на входе разрешения CP (13)DD2 счётчик выполняет свои операции синхронно с положительным перепадом на тактовом входе CN(14).
При высоком уровне на входе сброса R(15) счётчик очищается до нулевого отсчёта. Это происходит, когда на выходе 9DD2 присутствует высокий уровень. Индикатор на светодиоде HL 1 указывает на состояние счёта импульсов.

Питание микросхем DD1 и DD2 выполнено от аналогового стабилизатора напряжения на микросхеме DA1.
Для организации интервалов восстановления элемента аккумулятора, выходы 0-1 DD2 используются для заряда аккумулятора, со временем ¼ всего периода цикла. Сумматор на диодах VD1-VD2 при положительных уровнях счёта на выводе 3DD2 или 2 DD2 передаёт импульс прямоугольной формы через резистор R4 на резистор R6 – регулятора тока заряда и далее на затвор полевого транзистора N –типа VT1.Транзистор открывается в ключевом режиме и подаёт в аккумулятор GB1 с цепи питания импульс тока, короткий по времени, но высокий по амплитуде.

После периода заряда происходит период паузы с прохождением выходов 2 DD2 и 3DD2. При появлении высокого уровня на выходе 4DD2 или 5 DD2 на выводе 11 инвертора DD1.4 высокий уровень переключится на низкий и полевой транзистор VT2 ( прямой проводимости ), откроется и разрядит элемент GB1 на нагрузку R8, током зависящим от напряжения на затворе транзистора и номинала резистора.
Светодиод индикатора HL2 указывает на наличие тока разряда.
Выходы 6DD2, 7DD2 отрабатывают интервал второй паузы и при появлении высокого уровня на выходе 8DD2 счётчик по входу R очищается до исходного состояния, светодиод HL1 гаснет и счет повторится с высокого уровня на выходе 0 DD2.

Контроль работы:
Для контроля состояния напряжения и зарядного тока элемента GB1 аккумулятора в схеме установлены: амперметр PA1 с шунтом и вольтметр PV1. Амперметр регистрирует алгебраическую сумму тока заряда и разряда.
Среднее значение тока разряда можно примерно определить по отклонению амперметра в отрицательные величины (левее нуля шкалы) при снижении тока заряда до нуля резистором R6.

В отсутствии напряжения электросети разряд отключится. Светодиодный индикатор HL3 свечением указывает на правильную полярность подключения элементов аккумулятора GB1 в зарядно-разрядную цепь.
Резистор R10 в цепи питания устройства восстановления кислотных аккумуляторов ограничивает бросок тока при случайном коротком замыкании в цепи аккумулятора или неверной полярности подключения.

Источник питания выполнен на мощном трансформаторе T1 и диодном мосте VD3. При ёмкости аккумуляторов до 200 А/часов, достаточно использовать трансформатор на мощность в 100-300 ватт. Полевые транзисторы и диодный мост закреплены на отдельных радиаторах, используемых в блоках питания компьютеров.

Наладка:
Для проверки работоспособности схемы на место элемента GB1 достаточно подключить аккумулятор на напряжение 2,4- 12 Вольт ёмкостью 100 а/час. Предварительно регулятор тока заряда R6 вывести в нижнее положение, по амперметру установить ток разряда регулятором R5 – в 0,01 С10.
Резистором R6 поднять ток заряда с нуля до 0,2 С10.
Резистором R1 можно опытным путём выставить скорость восстановления пластин элементов аккумулятора с минимальным выходом сероводородной смеси, при минимальной температуре электролита и отсутствии электролиза.
Возможные аналоги радиодеталей схемы указаны в таблице.

Снижение выбросов диоксида серы и сероводорода.

К методам защиты воздушного бассейна путем снижения выбросов диоксида серы с дымовыми газами относятся:

  • — использование малосернистых остаточных топлив;
  • — усреднение состава перерабатываемых нефтей и, соответственно, остаточных фракций, используемых в качестве нефтезаводского топлива;
  • — увеличение доли газа в топливе;
  • — очистка топливных газов.

Известные методы сероочистки составляют две основные группы: мокрые способы (с использованием абсорбентов, суспензий) и сухие (хемосорбция, адсорбция, катализ).

Современные НПЗ становятся крупными производителями серы. Это связано с вовлечением в переработку тяжелых нефтей и, в большей степени, с ужесточением экологических требований по ограничению содержания серы в нефтепродуктах и серосодержащих газовых выбросах в атмосферу.

В последнее время доля серы в перерабатываемой нефти согласно оценке Европейской организации по охране окружающей среды увеличилась на 23%. Например, доля серы в перерабатываемых на Московском НПЗ западно-сибирских и татарских нефтях (70% от общего объема перерабатываемых нефтей) за последние 10 лет возросла на 27%.

Организация и увеличение мощностей производства серы (процесс Клауса) или производство серной кислоты на базе утилизации ее из серосодержащих выбросов значительно увеличивают рентабельность как за счет реализации товарной серы, так и за счет сокращения штрафных санкций со стороны природоохранных органов. В настоящее время ни один из новых методов получения серы не доведен до такой степени совершенства, как классический процесс Клауса.

Очистку топливного и других сероводородсодержащих газов проводят обычно с помощью абсорбции аминами. Более эффективной является очистка газов от сероводорода водным раствором метил- диэтаноламина (МДЭА). Данный процесс имеет следующие преимущества:

  • — высокая селективность извлечения сероводорода, увеличивающая концентрацию H2S в потоке, поступающем на процесс Клауса, что приводит к повышению эффективности последнего;
  • — меньшие затраты тепла на стадии регенерации рабочего раствора;
  • — малые потери растворителя вследствие его высокой термохимической устойчивости и низкого давления паров;
  • — низкая коррозионная активность МДЭА-растворов.

Присутствие аммиака в кислом газе, поступающем на установку,

ведет к возникновению следующих вторичных реакций:

  • — образование в результате реакций с серой отложений твердых аммонийных комплексов на холодных участках установки, если аммиак или его часть проходит через печь, не сгорая;
  • — возможное образование диоксида азота, катализирующего в присутствии кислорода окисление диоксида серы в триоксид.

Последний при взаимодействии с водой образует серную кислоту, которая усиливает сульфатирование катализатора, а также способствует коррозии оборудования. Аммиак из сырьевого потока необходимо разрушать на стадии термического сжигания.

В настоящее время разработан процесс Суперклаус, в котором модифицирована система управления и введена стадия прямого селективного окисления II2S, отходящего с конечного конвертора, до серы в присутствии специального катализатора. Степень извлечения серы достигает 99-99,5%. К основным преимуществам процесса Суперклаус относятся также отсутствие сточных вод, увеличение продолжительности активности и срока службы катализаторов в результате предотвращения сульфитации при работе в среде, обогащенной 1I2S.

Широко применяемым методом обезвреживания хвостовых газов на установках производства элементной серы является термический дожмг. Эффективность очистки от H2S данным методом достигает 94,6%, а концентрация вредных веществ в хвостовых газах после до- жига составляет: H2S —0,42 г/м 3 , S02 1,36 г/м 3 .

Задача снижения выбросов SO2 решается путем реконструкции и модернизации топливных систем, в том числе системы энергетических паровых котлов и системы обеспечения работы технологических печей. Следует отметить, что реконструкция топливных систем позволяет снизить выбросы не только S02, но и оксидов азота, твердых веществ, оксида углерода.

Комплексный подход к проблеме снижения выбросов сернистых соединений позволяет значительно снизить выбросы данного вида загрязнителей в атмосферу даже при увеличении мощностей предприятий и вводе в эксплуатацию новых производств.

Оксиды азота. Наиболее простым и экономичным методом снижения выбросов NO* является совершенствование процесса сжигания топлива, на это и должны быть направлены основные мероприятия.

Монооксид углерода. К мероприятиям, проводимым по снижению выбросов СО, относятся:

  • – каталитический дожит отходящих газов;
  • – утилизация больших количеств газа в котлах-утилизаторах;
  • – дожиг отходящих газов в регенераторе на базе применения промотирующих добавок к основному катализатору процесса крекинга.

С ростом доли тяжелого и остаточного сырья в общем объеме сырья каталитического крекинга, а также с ужесточением экологических требований актуальность проблемы сокращения вредных выбросов в атмосферу на этих установках возрастает. Одним из наиболее рациональных и перспективных способов совершенствования процесса регенерации является регулируемое окисление СО и связывание SO2 в объеме регенератора с помощью специальных катализаторов.

Наиболее эффективный подход к сокращению выбросов оксида углерода есть предотвращение его образования. С этой целью проектируются форсунки, обеспечивающие хорошее смешение с воздухом, внедряются системы контроля за полнотой сгорания топлива и другие мероприятия. К сожалению, меры, направленные на подавление образования оксида углерода, приводят к повышению концентрации оксидов азота, и наоборот. Поэтому каждый тип устройств для сжигания следует оценивать по выбросам отдельных загрязняющих веществ.

При выделении больших количеств СО, например при выжиге кокса на регенераторных установках, его собирают в котлах-утилизаторах. При низких концентрациях СО в выбросе требуется применять устройства для каталитического дожигания. Оксид углерода можно избирательно отделить от других газов посредством промывки специальными растворами, например аммиачным раствором формиата меди.

Снижение выбросов СО на установках каталитического крекинга достигается дожитом отходящих газов и полным дожитом непосредственно в регенераторе на базе применения промотирующих добавок к основному катализатору (благородный металл на оксиде алюминия). Концентрация СО в отходящих газах снижается при этом от 10 до 0,1%.

Углеводороды. Можно выделить основные способы снижения уровня загрязнения атмосферы при хранении нефтей и нефтепродуктов.

  • 1. Обеспечение поступлений на завод сырой нефти с давлением насыщенных паров и содержанием минеральных солей, отвечающих установленн ым требованиям.
  • 2. Обеспечение стабилизации вырабатываемых на заводах бензиновых компонентов и других легких фракций, направляемых для хранения в резервуары. Причинами неудовлетворительной работы системы стабилизации бензиновых компонентов могут быть: низкое давление в стабилизаторах и недостаточное число фракционирующих тарелок, малый диаметр аппарата, низкая температура нагрева продукта, нарушение технологического режима работы и т. п.
  • 3. Обеспечение охлаждения светлых продуктов, направляемых в резервуары для хранения, до минимально возможной температуры, для чего необходимо сооружать дополнительные концевые холодильники. Исследования показали, что при снижении температуры охлаждения светлых продуктов перед поступлением их в резервуары для хранения на 10 15°С, потери от «дыхания» резервуаров уменьшаются в 1,5-2,5 раза.
  • 4. Замена резервуаров с шатровой крышей на резервуары с плавающими крышами, понтонами или резервуары, работающие при избыточном давлении. В резервуарах с плавающей крышей нет газового пространства над продуктом, т. е. исключены потери от «дыханий». Резервуары подобных конструкций могут быть большой емкости, что дает значительную экономию капитальных затрат на их сооружение, а также дополнительно сокращаются потери продукта при малых «дыханиях».
  • 5. Оборудование действующих резервуарных парков специальными системами улавливания испаряющихся из резервуаров паров нефтепродуктов: адсорбцией паров на активированном угле с циклической вакуумной регенерацией последних и поглощением десорбированных паров потоком бензина; адсорбцией паров бензином при пониженных температурах; сжиганием выделяющихся паров.

Нефтепродукты, поступающие с оборотной водой, в основном испаряются в воздух. Например, в градирнях НПЗ удаляется с воздухом через открытые вентиляторы 2500 т/год углеводороводов (УВ). Для снижения выбросов из очистных сооружений необходимо уменьшить расход сточных вод за счет использования системы оборотного водоснабжения и аппаратов воздушного охлаждения. Кроме того, следует заменить нефтеловушки открытого типа закрытыми, полностью или ч асти чн о герметизированны м и.

Твердые вещества. Выбор системы пылеочистки должен базироваться на комплексном рассмотрении всего технологического процесса. Методы снижения расхода катализатора путем его извлечения из контактных газов в аппаратах технологической пылеочистки и принудительного возврата в реакционную систему, предопределенную технологией каталитического крекинга. Эти методы устанавливают взаимно однозначное соответствие между фракционным составом катализатора в системе, скоростью его уноса из псевдоожиженного слоя, интенсивностью истирания и весовой скоростью потерь. На балансовые показатели процесса каталитического крекинга и систем пылеулавливания значительное влияние оказывают свойства катализаторов. Поэтому при расчете систем пылеулавливания необходимо учитывать различия в физико-механических характеристиках рабочих и поступающих на установку катализаторов.

При этом выносные (дополнительные) системы пылеулавливания, независимо от их схемы, должны обеспечивать санитарные требования по ПДК и обладать высоким уровнем надежности, низким гидравлическим сопротивлением, малой металлоемкостью.

Наибольшее применение нашли выносные схемы, включающие одновременно групповые, или батарейные, циклоны, электрофильтр, сепараторы тонкой очистки для подготовки газов и рекуперации их энергии в турбинах.

Аминовая очистка газа от сероводорода: принцип, эффективные варианты и схемы установок

В природном газе, добываемом из месторождений для поставки потребителю по магистралям, в разных пропорциях содержатся сернистые соединения. Если от них не избавиться, агрессивные вещества разрушат трубопровод, приведут в непригодность арматуру. К тому же при сгорании загрязненного голубого топлива выделяются токсины.

Для того чтобы избежать негативных последствий, производится аминовая очистка газа от сероводорода. Это самый простой и недорогой способ отделения вредных компонентов от горючего полезного ископаемого. Мы расскажем, как проистекает процесс сепарации сернистых включений, как устроена и работает установка очистки.

Цель проведения очистки горючего ископаемого

Газ – самый популярный вид топлива. Он привлекает максимально доступной ценой и нанесением наименьшего урона экологической обстановке. К неоспоримым плюсам относится простота управления процессом сгорания и возможность обезопасить все этапы переработки горючего в ходе получения тепловой энергии.

Однако природное газообразное ископаемое добывают не в чистом виде, т.к. одновременно с извлечением газа из скважины откачивают попутные органические соединения. Самый распространенный из них – сероводород, содержание которого варьирует от десятых долей до десяти и более процентов в зависимости от месторождения.

Сероводород ядовит, опасен для окружающей среды, вреден для катализаторов, применяемых в газопереработке. Как мы уже отмечали, это органическое соединение чрезвычайно агрессивно по отношению к стальным трубам и металлической запорной арматуре.

Естественно, разъедая коррозией частную систему и магистральный газопровод, сероводород приводит к утечкам голубого топлива и связанным с этим фактом крайне негативным, рискованным ситуациям. Чтобы обезопасить потребителя, вредные для здоровья соединения удаляются из состава газообразного топлива еще до поставки его в магистраль.

По нормативам сероводородных соединений в транспортируемом по трубам газе не может быть больше 0,02 г/м³. Однако по факту их бывает значительно больше. Для того чтобы добиться регламентированного ГОСТом 5542-2014 значения, требуется очистка.

Существующие методы отделения сероводорода

Кроме преобладающего на фоне других примесей сероводорода в голубом топливе могут содержаться и другие вредные соединения. Обнаружить в нем можно углекислоту, легкие меркаптаны и серооксид углерода. Но непосредственно сероводород всегда будет преобладать.

Стоит отметить, некоторое незначительное содержание сернистых соединений в очищенном газообразном топливе допустимо. Конкретная цифра допуска зависит от целей, для которых добывается газ. К примеру, для производства оксида этилена общее содержание сернистых примесей должно быть менее 0,0001 мг/м³.

Метод проведения очистки выбирают, ориентируясь на требующийся результат.

Все существующие ныне способы подразделяются на две группы:

  • Сорбционные. Заключаются в поглощении сероводородных соединений твердым (адсорбция) или жидким (абсорбция) реагентом с последующим выделением серы или ее производных. После чего выделенные из состава газа вредные примеси утилизируются или перерабатываются.
  • Каталитические. Состоят в окислении или восстановлении сероводорода с превращением его в элементарную серу. Процесс реализуется в присутствии катализаторов – веществ, стимулирующих течение химической реакции.

Адсорбция предполагает сбор сероводорода путем концентрации его на поверхности твердого вещества. Чаще всего в процессе адсорбции задействуются зернистые материалы на основе активированного угля или окиси железа. Характерная для зерен большая удельная поверхность способствует максимальному удерживанию молекул серы.

Технология абсорбции отличается тем, что газообразные сероводородные примеси растворяются в активном жидком веществе. В итоге газообразные загрязнения переходят в жидкую фазу. Затем выделенные вредные компоненты удаляют путем отпаривания, иначе десорбции, таким методом их устраняют из реактивной жидкости.

Несмотря на то, что адсорбционная технология относится к «сухим процессам» и позволяет производить тонкую очистку голубого топлива, в деле удаления загрязнений из природного газа чаще применяют абсорбцию. Сбор и устранение сероводородных соединений с применением жидких поглотителей более выгоден и целесообразен.

Методы абсорбции, используемые в очищении газа, делятся следующие три группы:

  • Химические. Производятся с использованием растворителей, свободно вступающих в реакцию с сероводородными кислыми загрязнителями. Наивысшей поглотительной способностью среди химических сорбентов обладают этаноламины или алканоламины.
  • Физические. Выполняются посредством физического растворения газообразного сероводорода в жидком абсорбере. Причем чем выше парциальное давление газообразного загрязнителя, тем быстрее проистекает процесс растворения. В качестве абсорбера здесь используют метанол, пропиленкарбонат и др.
  • Комбинированные. В смешанном варианте извлечения сероводорода задействованы обе технологии. Основная работа производится абсорбцией, а тонкая доочистка выполняется адсорбентами.

На протяжении полувека наиболее востребованной и популярной технологией выделения и удаления из природного топлива сероводорода и угольной кислоты является химическая очистка газа с помощью аминового сорбента, использованного в виде водного раствора.

Аминовая технология больше подходит для обработки больших объемов газа, потому что:

  • Отсутствие дефицита. Реагенты всегда можно приобрести в требующемся для очистки объеме.
  • Приемлемая поглощаемость. Амины характеризуются высокой поглотительной способностью. Из всех применяемых веществ только они способны удалить из газа 99,9% сероводорода.
  • Приоритетные характеристики. Водные аминовые растворы отличаются максимально приемлемой вязкостью, плотностью паров, термической и химической стабильностью, низкой теплоемкостью. Их характеристики обеспечивают наилучшее течение процесса абсорбции.
  • Отсутствие токсичности реактивных веществ. Это немаловажный аргумент, убеждающий прибегать именно к аминовой методике.
  • Селективность. Качество, необходимое при проведении селективной абсорбции. Оно обеспечивает возможность последовательного проведения необходимых реакций в требующемся для оптимального результата порядке.

К этаноламинам, применяемым при выполнении химических методов очистки газа от сероводорода и углекислоты, относятся моноэтаноламины (МЭА), диэтаноламины (ДЭА), триэтаноламины (ТЭА). Причем вещества с приставками моно- и ди- устраняют из газа и H2S, и СО2. А вот третий вариант помогает удалить лишь сероводород.

При выполнении селективной чистки голубого топлива пользуются метилдиэтаноламинами (МДЭА), дигликольаминами (ДГА), диизопропаноламинами (ДИПА). Селективные абсорбенты в основном используются за рубежом.

Естественно, идеальных абсорбентов, удовлетворяющих всем требованиям в очистке перед поставкой в систему газового отопления и снабжения прочего оборудования, пока не существует. Каждый растворитель обладает какими-то плюсами наряду с минусами. При выборе реактивного вещества просто определяют наиболее подходящий из ряда предложенных.

Принцип действия типичной установки

Максимальной поглощающей способностью в отношении H2S характеризуется раствор моноэтаноламина. Однако у этого реагента есть пара существенных недостатков. Он отличается довольно высоким давлением и способностью во время работы установки аминовой очистки газа создавать необратимые соединения с сероокисью углерода.

Первый минус устраняется путем промывки, в результате которой пары амина частично поглощаются. Второй – редко встречается в ходе переработки промысловых газов.

Сероводород

Сероводород H2S — наиболее активное из серосодержащих соединений. В нормальных условиях бесцветный газ с неприятным запахом тухлых яиц. Очень ядовит: острое отравление человека наступает уже при концентрациях 0,2–0,3 мг/л, концентрация выше 1 мг/л — смертельна. Сероводород хорошо растворим в воде. Диапазон взрывоопасных концентраций его смеси с воздухом достаточно широк и составляет от 4 до 45% об. При контакте с металлами (особенно если в газе содержится влага) вызывает сильную коррозию. Самый нежелательный компонент в газах нефтепереработки.

Опасность сероводорода для человека.

Сероводород – очень токсичный газ, действующий непосредственно на нервную систему. По шкале опасности он отнесён к 3 классу. Обязательно учитывайте этот факт всякий раз, когда чувствуете его отчётливый запах. Но что особенно опасно – так это свойство сероводорода притуплять обонятельный нерв, из-за чего человек просто перестаёт различать окружающие его ядовитые пары, и интоксикация может произойти внезапно.

Смертельная концентрация этого газа в воздухе очень мала – всего 0,1%. Такое количество сероводорода может привести человека к летальному исходу за 10 минут. Стоит лишь немного увеличить концентрацию – и смерть наступает мгновенно, после первого же вдоха. Для примера: в канализационной системе концентрация сероводорода иногда достигает 16%.

Наиболее заметные признаки сильного отравления сероводородом: отёк лёгких, судороги, паралич нервов, последующая кома. Если в атмосфере сероводород содержится в меньших количествах (от 0,02%), симптомы не столь фатальны, но очень неприятны: головокружение и головная боль, тошнота и быстрое привыкание к запаху «тухлых яиц».

Люди, работающие или живущие в непосредственной близости от заводов с сероводородными выбросами, испытывают так называемое хроническое отравление H2S. При этом они начинают хуже себя чувствовать, испытывают головные боли, стремительно теряют вес, учащаются случаи обмороков, а во рту появляется привкус металла. Сероводород также отрицательно действует на зрение, поражая слизистую оболочку глаза и вызывая конъюнктивит, светобоязнь.

Отравление сероводородом вылечить можно, если быстро принять необходимые меры: вывести пострадавшего на свежий воздух, обогатить его лёгкие кислородом, ввести сердечные и дыхательные аналептики, препараты железа, глюкозу, витамины.

ПДК (Предельно-допустимая концентрация)

ПДК сероводорода (H2S) в воздухе в рабочей зоне—10 мг/м3 (ГН 2.2.5.1313-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны), в смеси с углеводородами —3 мг/м3.

ПДК сероводорода (H2S) в воздухе населенных мест—0,008 мг/м3(ГН 2.1.6.1338-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест).

Ощутимый запах сероводорода отмечается при концентрации сероводорода 1,4—2,3 мг/м3, значительный запах —при 4 мг/м3, тяжелый запах при 7—11 мг/м3

Токсикология.

Очень токсичен. Вдыхание воздуха с небольшим содержанием сероводорода вызывает головокружение, головную боль, тошноту, а со значительной концентрацией приводит к коме, судорогам, отёку лёгких и даже к летальному исходу. При высокой концентрации однократное вдыхание может вызвать мгновенную смерть. При вдыхании воздуха с небольшими концентрациями у человека довольно быстро возникает адаптация к неприятному запаху «тухлых яиц», и он перестаёт ощущаться. Во рту возникает сладковатый металлический привкус.

При вдыхании воздуха с большой концентрацией, из-за паралича обонятельного нерва, запах сероводорода почти сразу перестаёт ощущаться.

Как образуется.

В природе встречается довольно редко в составе попутных нефтяных газов, природного газа, вулканических газах, в растворённом виде в природных водах (например, в Чёрном море слои воды, расположенные глубже 150—200 м содержат растворённый сероводород). Образуется при гниении белков, только тех, которые содержат в составе серосодержащие аминокислоты метионин и/или цистеин. Небольшое количество сероводорода содержится в кишечных газах человека и животных. Также содержится в сырой нефти.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector