Modeling and optimization of industrial processes of ammonia oxidation and hy...Павел КозубModels of laboratory and industrial processes of ammonia oxidation and hydrocyanic acid synthesis are created. Some new approaches for description of chemical processes are proposed. It is shown that industrial data have even more information about chemistry of processes than laboratory data. New data about influence of Pt gauzes on the yield of product for both processes are established and durable action of impurity of natural gas on the yield of HCN are revealed. Optimization criteria are chosen and contribution of each parameter in influence on prime cost are estimated.
1. РАЗДЕЛИ!. СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЙ
3.5. МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Наблюдения за состоянием загрязненности атмосферного воздуха в Москве осу-
ществляются Московским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей
среды на 16 стационарных постах по 28 видам загрязняющих атмосферу веществ.
Средний уровень (q c p ,мг/м 3 ) загрязнения воздуха
за 1993-1997 годы
Характе- Годы
Примесь ристики 1993 1994 1995 1996 1997
взвешенные Яср 0,1 0,1 0,1 <0,1 0,01
вещества п 3366 2951 2588 2835 2480
диоксцц серы <0,001 <0,001 0,001 0,003 0,002
п 1057 1015 1025 1005 969
сульфаты qcp 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
растворимые п 495 453 469 448 377
оксид углерода qcp 3 4 4 4 3
п 3637 2956 2862 2581 2359
диоксид азота q=p 0,09 0,09 0,10 0,11 0,09
п 4934 4559 4604 4173 3758
оксид азота Рср 0,06 0,05 0,08 0,09 0,09
п 2311 2110 2028 1850 1759
сероводород qcp 0,001 <0,001 <0,001 0,001 0,001
п 792 333 243 241 241
фенол qcp 0,005 0,002 0,002 0,002 0,004
п 1077 611 734 715 611
сажа qcp <0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
п 518 419 473 402 359
хлор исты й qcp 0,06 0,05 0,05 0,09
водород п 920 808 794 783
углеводороды qcp 7,5 14,9 17,9 16,8 14,6
п 641 497 865 838 676 Транспортный поток. Садовое кольцо
аммиак qcp 0,12 0,05 0,04 0,05 0,04
п 1470 1159 1496 1365 1520
формальдегид qcp 0,009 0,006 0,006 0,010 0,008 Анализ данных наблюдений показывает, что концентрации некоторых из этих ве-
п 1475 1130 1042 1097 951
ществ, в том числе сернистого газа, сульфатов, тяжелых металлов, цианистого водоро-
бензол qcp 0,25 0,31 0,19 0,22 0,07
п 641 497 865 838 676 да, сероводорода, взвешенных веществ и сажи, не превышают допустимых санитарно-
водород qcp 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 гигиенических нормативов, ни средних, ни максимально-разовых. В то же время загряз-
цианистый п 258 248 242 242 220
ксилол 0,12 0,12 0,10 012 0,06
нение атмосферы окисью углерода, двуокисью и окисью азота, аммиаком, формальде-
qcp
п 641 497 865 838 676 гидом и фенолом превышает допустимые нормативы и по максимальным, и по средним
толуол q»p 0,36 0,39 0,35 0,35 0,18 величинам предельно допустимой концентрации.
п 641 497 865 838 676
бенз(а)пирен, qcp 1,0 0,7 1,3 0,6 0,8 Основным источником загрязнения атмосферы окисью углерода является авто-
3
мг/м 10" 3
nl 38 39 37 58 24 транспорт, с выхлопными газами которого поступает свыше 90% общего валового вы-
Тяжелые металлы, мг/м3*10"3
0,49
броса этой примеси. Окислы азота поступают в атмосферу от предприятий энергетики,
железо qcp 0,30 0,28 0,31 0,28
nl 66 55 58 57 41 промышленности, городского хозяйства, использующих в виде топлива газ, а также со-
кадмий qcp <0,01 <0,01 не обн. не обн. не обн. держатся в выбросах автомобильного транспорта.
nl 66 55 58 57 41
кобальт qcp не обн. не обн. не обн. не обн. не обн.
На рис. 1 и 2 представлены графики изменения среднегодовых кондентраций
nl 66 55 58 57 41 (скользящие средние) окиси углерода и двуокиси азота на территории Москвы за пери-
марганец qcp 0,01 0,01 0,03 0,02 0,02 од с 1987 по 1998 год, рассчитанных путем осреднения данных наблюдений за полный
nl 66 55 58 57 41
медь qcp 0,02 0,03 0,02 0,02 0,01 календарный год.
nl 66 55 58 57 41 На кривой изменения среднегодовой концентрации окиси углерода (рис.1) мож-
никель qcp 0,01 0,01 не обн. 0,01 0,01
nl 66 58 41
но выделить три периода:
55 57
свинец qcp 0,01 0,01 не обн. 0,01 не обн.
nl 66 55 58 57 41
• годы 1987-1990, в течение которых происходило заметное уменьшение
хром qcp 0,02 <0,01 не обн. 0,01 не обн. загрязненности атмосферы города окисью углерода благодаря активным ме-
nl 66 55 58 57 41 рам по борьбе с выбросами в атмосферу этой примеси от автотранспортных
цинк qcp 0,06 0,04 0,04 0,05 0,03
nl 66 55 58 57 41
средств;
2. РАЗДЕЛ III. СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЙ
• годы 1990 -1995, в течение которых наблюдался устойчивый рост загрязнен- Так, можно видеть, что в период значительного уменьшения содержания в атмо-
ности атмосферы города окисью углерода за счет увеличения ее выбросов в сфере города окиси углерода в 1987 - 1989 годах содержание двуокиси азота резко воз-
атмосферу в связи с бурным ростом автомобильного парка города; росло, что может быть обусловлено значительным увеличением выброса этой примеси с
выхлопными газами после регулировки карбюратора двигателя автомобиля с целью
• годы 1995 - 1998, характерные сначала незначительным, а в 1998 году -
ограничения выброса по СО. Это выглядит весьма убедительно, если принять во внима-
весьма заметным снижением уровня загрязненности атмосферы города оки-
ние тот факт, что и второй период значительного очищения атмосферы города от окиси
сью углерода, что как и ранее (в 1989 - 1990 годах), обусловлено мерами по
углерода в 1997 - 1998 годах (благодаря размещению на территории города большого
ужесточению контроля за выбросами этой примеси от автотранспорта.
числа пунктов "экологического контроля автотранспорта" и активным мерам по ужесто-
чению борьбы с выбросами в атмосферу окиси углерода и углеводородов) также сопро-
вождается резким увеличением содержания двуокиси азота в атмосфере города.
Особенно четко это видно на рис. 3 и 4, где приведены значения среднемесяч-
ных концентраций СО и NO2 за 1997 - 1998 годы в сравнении со среднемесячными кон-
центрациями соответствующих месяцев 1998 года. Концентрации окиси углерода оказа-
лись значительно ниже, а двуокиси азота значительно выше в 1998 году, чем за соответ-
ствующий месяц предшествующего года.
Факт значительного увеличения загрязненности атмосферы города двуокисью
азота не может не вызывать крайней озабоченности природоохранных органов и Прави-
тельства города, поскольку средний уровень загрязненности превышает допустимые са-
нитарно-гигиенические нормативы в 2,5-3,0 раза, а степень вредного влияния этой при-
меси на организм человека значительно выше, чем степень вредного воздействия окиси
углерода.
На рис. 2 привлекает внимание период 1996 - 1997 годов, когда при незначи-
тельном уменьшении загрязненности атмосферы окисью углерода наблюдалось значи-
тельное уменьшение ее загрязненности двуокисью азота. Как удалось установить, это
произошло за счет уменьшения потребления газового топлива на территории города.
Данные Государственного унитарного предприятия "Мосгаз" показывают, что потребле-
ние газового топлива в течение года имеет выраженный сезонный ход. Минимальное
среднемесячное потребление газа наблюдается в период с мая по сентябрь, максималь-
ное приходится на зимние месяцы. Данные достижения нормы среднемесячного потреб-
ления газового топлива в Москве за трехлетний период с начала 1995 года по декабрь
1997 года были использованы для расчета годового (скользящего) потребления газово-
го топлива, величина которого была отнесена к середине периода, за который суммиро-
вались данные. Это сделано для удобства сравнения изменений годового потребления
газа с изменениями среднегодовой концентрации двуокиси азота в атмосфере города.
Результаты обработки представлены на рис. 5. Здесь первая точка отнесена к июлю 1995
года и получена путем сложения среднемесячного потребления газа с января по декабрь
1995 года; последняя точка на графике отнесена к июлю1997 года и получена путем сло-
жения среднемесячного потребления газа с января 1997 по декабрь 1997 года включи-
тельно.
Таким образом, одной из эффективных мер по уменьшению загрязнения возду-
ха города двуокисью азота, которое в основном определяет общий уровень загрязненно-
сти атмосферы города, может быть экономия расходования газового топлива.