Архив 2008-2014 » 2011 | 06 Ноябрь-декабрь

«Парниковый» газ

Старший преподаватель кафедры экологии и общей жизнедеятельности ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» Ольга Михайловна Стрелковская выбрала для научной работы крайне актуальную тему: «Оценка воздействия выделения метана при добыче угля на окружающую среду». Интерес понятен — экология юга Кузбасса (а СибГИУ, как известно, расположен в Новокузнецке), мягко говоря, оставляет желать лучшего из-за сильного влияния металлургических предприятий. Угольная промышленность добавляет отходов, к которым Ольга Михайловна отнесла метан. Впрочем — предлагаем вашему вниманию сокращенный вариант статьи ученого.

В процессе угледобычи в Кузбассе, при использовании высокопроизводительных очистных и проходческих комплексов, средствами вентиляции и дегазации на поверхность выбрасывается миллиарды кубометров метана в год. Из них более 500 миллионов кубометров составляет дегазационный метан с концентрацией, превышающей 30%.

Миллиарды кубометров выбросов метана создают большую техногенную нагрузку на окружающую среду. Нет недостатка в исследованиях, указывающих на то, что энерго- и массоемкие процессы антропогенной деятельности чреваты губительными последствиями для геолого-геофизических процессов и среды обитания.

Термин «климатический хаос» введен академиком К.Я. Кондратьевым. Как показали события последнего десятилетия, это не преувеличение. Климатический разбаланс второй половины XX в. и связанные с ним стрессогены вызваны не только природными, но и техногенными причинами, часть из которых имеет явно причинно-следственную связь. Наиболее распространенной версией климатического сдвига на Земле является версия общепланетарного потепления на базе парникового эффекта из-за избыточного техногенного поступления СО2 и так называемых малых газов, в большей степени метана.

Серьезную проблему для окружающей среды представляют кислотные дожди, образующиеся в результате выбросов метана в атмосферу и образования окислов при взаимодействии его с кислородом.

Повсеместное распространение метана отмечено и в земной коре (табл. 1). В литосфере содержится около 1 800 000 109 т метана в песках и 97 000 109 т в осадочных породах, из которых 68 000 109 т, или 70%, приходится на угольные месторождения.

За геологические периоды эволюции Земли на планете образовалась сложная относительно стабильная саморегулирующаяся система взаимодействия составляющих ее компонентов, обеспечивающая пригодные для существования жизни условия. С началом научно-технической революции и индустриального развития выброс дополнительных объемов газопылеоб­разных загрязняющих компонентов антропогенного происхождения в атмосферу привел к изменению установившегося баланса образования и разрушению основных газовых компонентов (кислорода, диоксида углерода, оксидов азота, озона и тому подобных). Появился новый термин — «парниковые» газы, эмиссия которых в атмосферу вызывает нарушение баланса в природной системе «образование—разрушение» и обусловливает постепенное потепление климата планеты. К «парниковым» газам отнесены диоксид углерода, метан, оксиды азота и хлорофторуглероды. На вопрос о том, каково влияние каждого из этих газов и особенно всех вместе на потепление климата, до сих пор нет однозначного ответа.

Но метан — это еще и огромный энергетический ресурс, поскольку он является основой природного газа — и поэтому может быть (и должен быть) использован как топливо для получения электрической и тепловой энергии, для получения химических продуктов.

Сокращение выбросов метана несет целый ряд важных положительных моментов в энергетическом, экономическом, экологическом плане и в плане безопасности. Во-первых, метан является газом, действие которого на окружающую природную среду, на здоровье населения в целом пока мало изучено, кроме, конечно, того, что он вызывает сильный парниковый эффект. Его нахождение в атмосфере носит кратковременный характер, и сокращение объемов метана может привести к значительным результатам в самое ближайшее время. Кроме того, метан является основным компонентом природного газа. Поэтому сбор и утилизация метана дает еще один ценный, чистый (в процессе сгорания) энергоноситель, способствующий повышению качества жизни в районах проживания. Применение метана является доходным и способствует повышению уровня жизни. Производство энергии из регенерированного метана может также помочь заменить энергоносители с высокой степенью выбросов продуктов сгорания, таких как дерево, каменный уголь или нефть. Это позволит сократить выбросы двуокиси углерода, создаваемые конечными потребителями и электростанциями, а также выбросы таких веществ, как двуокись серы (основное вещество в составе кислотных дождей), различных частиц (вызывающих заболевания органов дыхания), а также осуществить мониторинг других загрязняющих воздух веществ.

Многообразие способов и опыт утилизации метана, накопленные в России и за рубежом, подтверждают техническую и экономическую целесообразность развития извлечения и использования метана в условиях Кузбасса. У нас метан может использоваться: для получения электроэнергии с применением двигателей внутреннего сгорания, дизелей и газовых турбин; для подогрева воды и воздуха на шахтах; для отапливания производственных и жилых помещений путем сжигания в котельных, в установках сушки угля для получения моторного топлива; в химической и металлургической промышленности.

Начнем с газообразных отходов. Основным здесь является шахтный метан. Уже около 30 лет он используется во многих странах мира — ФРГ, Великобритании, Франции, Бельгии, Польше, Японии и других — главным образом как топливо в шахтных котельных.

Основные направления использования утилизируемого шахтного метана (кроме использования его в качестве топлива в шахтных котельных) — как топливо при выработке пара, при выработке электроэнергии, для подогрева доменных, стекловаренных и других печей, в бытовом газоснабжении, как сырье в химической промышленности.

Экономическая целесообразность здесь явная: например, продажа шахтного метана в качестве бытового газа в Польше снизила себестоимость угля на 11%, а в Великобритании дала прибыль около 6-8 млн фунтов стерлингов в год.

Шахтный метан возможно использовать и в качестве моторного топлива в двигателях внутреннего сгорания. При этом в 2-3 раза снижается выброс в атмосферу вредных веществ с отработанными газами по сравнению с жидким топливом. Наиболее успешно работают двигатели автомашин — на сжатом газе, содержащем 90% метана влажностью до 0,009 г на 1 м3.

Утилизация шахтного метана на металлургических, стекольных и цементных заводах рентабельна при длине его транспортирования в 5-10 км. При большей дальности транспортирования она становится нерентабельной.

Как химическое сырье шахтный метан используется при производстве формалинов, сажи, водорода, аммиака, метанола, ацетилена и других материалов. Главное условие применения шахтного метана в большинстве химических производств — содержание в используемой метановоздушной смеси более 90-95% метана.

При окислении метана получают метанол (СН3ОН), используемый как топливо для двигателей внутреннего сгорания и как сырье для получения бензина (опытная установка есть в ФРГ, а в Новой Зеландии построен завод по производству бензина из метанола производительностью 570 тыс. т в год). В этом случае цена бензина составляет около 300-350 долл. за тонну. Для получения 1 т бензина необходимо 2,6 т метанола. Хлорированием метана производят метилхлорид, хлороформ, четыреххлористый углерод. При каталитическом окислении смеси метана с аммиаком получают синильную кислоту.

Все сказанное выше позволяет предполагать, что тема требует дальнейшего, более пристального изучения. Как минимум, по следующим направлениям:

— оценка воздействия выбросов метана при добыче угля на окружающую среду в нетронутом массиве,

— оценка воздействия выбросов метана при добыче угля на окружающую среду при природных катастрофах,

— оценка воздействия выбросов метана при добыче угля на окружающую среду при ведении горных работ,

— оценка воздействия выбросов метана при добыче угля на окружающую среду.

Именно этим ученые СибГИУ кафедры экологии и общей жизнедеятельности и планируют заниматься в дальнейшем.

Главная » Архив 2008-2014 » 2011 | 06 Ноябрь-декабрь » «Парниковый» газ

Просмотров всего 2040333 сегодня 335 вчера 380 сейчас 4