Обезвредить выбросы: что крупный бизнес делает с диоксидом серы

Что такое SO₂ и откуда он берется

Диоксид серы, или SO₂, — бесцветный газ, относится к III классу опасности. В умеренных концентрациях не является токсичным. При повышении концентрации наносит ущерб экологии. Обильные выбросы SO₂ могут провоцировать кислотные дожди — газ реагирует с влагой в атмосфере и превращается в серную кислоту.

Один из главных источников SO₂ в природе — вулканы. Например, в 2014 году за шесть месяцев активности исландский вулкан Баурдарбунга выбросил в атмосферу более 11 млн т SO₂. А если говорить об антропогенном факторе, то значительное загрязнение атмосферы диоксидом серы приходится на промышленные компании из разных секторов, которые перерабатывают сульфидную руду. Например, чтобы получить ценный металл из такой руды, нужно сжечь серу. В результате такого процесса получается сернистый газ SO₂.

Среди корпораций, которые выбрасывают в атмосферу много SO₂, выделяется южноафриканская энергетическая Eskom. Объем эмиссии диоксида серы, который допускает компания, в 2019 году превышал показатели энергетических секторов целых стран, например США и Китая.

Много диоксида серы выделяется и при производстве цветных металлов: концентраты сульфидов меди, цинка и никеля нагревают, чтобы отделить ценный металл от серы, и при нагревании сера окисляется с образованием SO₂. Объемы вредных выбросов зависят от содержания серы в руде. Например, медеплавильный завод в Ило (Перу), принадлежащий мексиканской металлургической компании Southern Copper Corporation, перерабатывает концентрат с высоким содержанием серы (33%) и до модернизации выбрасывал много диоксида серы.

Одна из проверенных технологий борьбы с выбросами SO₂ — преобразование диоксида серы в серную кислоту. Но у нее есть недостатки. Полученную кислоту дорого хранить и транспортировать. Кроме того, SO₂ требует предварительной тщательной очистки. Если этого не сделать, кислота с примесями будет непригодна для дальнейшего использования, например для производства удобрений.

Программы по сокращению эмиссии SO₂ требуют от бизнеса значительных инвестиций. Они складываются из расходов на системы очистки газа и мониторинга выбросов, строительство кислотного завода, хранилища кислоты, модернизации трубопроводов и прочих производственных объектов.

Как в России серу превращают в гипс

Для России также актуальна проблема загрязнения атмосферы диоксидом серы. По итогам 2022 года объем выбросов предприятиями «Норникеля» достиг 1,8 млн т SO₂, большая часть — в Норильске.

Чтобы свести выбросы SO₂ к минимуму, в октябре 2023 года компания запустила серную программу — крупнейший в своей истории экологический проект, в котором советские технологии улавливания диоксида серы заменят на современные эффективные решения. Программа предусматривает утилизацию SO₂ на Надеждинском металлургическом заводе, который находится рядом с Норильском.

По оценке председателя Общественного совета при Минприроды России, доктора экономических наук Александра Закондырина, серная программа «Норникеля» играет важную роль в реализации федерального проекта «Чистый воздух» национального проекта «Экология». Благодаря программе на первом этапе объем выбросов SO₂ в Норильском дивизионе сократится сразу на 45%.

«Серная программа — высокотехнологичное и автоматизированное производство, которое, кроме природоохранных целей, имеет ярко выраженные экономические эффекты: рост производительности предприятий и их конкурентоспособности, сокращение потребления ресурсов», — отмечает Закондырин.

Директор департамента по исследованиям и разработкам «Института Гипроникель» Леонид Цымбулов рассказывает, что задача по снижению выбросов состоит из двух больших частей. Первая — это производство серной кислоты. «Несомненное преимущество сернокислотного производства — очень высокая степень утилизации серы, свыше 99%», — говорит эксперт.

Газы с высоким содержанием SO₂ из плавильного цеха Надеждинского завода поступают на участок производства серной кислоты. Там газ очищается от примесей, затем SO₂ окисляется, проходит через череду химических реакций, и на выходе получается серная кислота.

Вторая часть — нейтрализация серной кислоты с получением гипса. Для этого известняк, добытый на Мокулаевском месторождении, смешивается с водой до состояния так называемого известнякового молока. Потом на отдельном участке это молоко встречается с серной кислотой и превращается в безопасный продукт — искусственный гипс. Его отправляют на специальное хранилище в нескольких километрах от завода.

На дальнейшее применение гипса компания смотрит очень широко, отмечает Леонид Цымбулов. «После обжигания гипса получается искусственный ангидрид. Наши исследования показали, что он обладает уникальными вяжущими свойствами. Это позволит заменить цемент на ангидрид в закладочных смесях, что сделает их более качественным и надежным материалом. Кроме того, из гипса можно делать стройматериалы, которые подойдут для малоэтажного строительства, например в Норильске», — рассказывает директор департамента по исследованиям и разработкам «Института Гипроникель».

Как «Норникель» следит за выбросами

На площадке Медного завода работает система автоматического контроля выбросов. Ее основная задача — определять концентрацию загрязняющих веществ в режиме реального времени. Измерительные приборы установлены в газоходах и непрерывно передают данные в аналитический корпус. После обработки данные используются для принятия управленческих решений. В дальнейшем эту систему установят и на Надеждинском металлургическом заводе.

Кроме того, в Норильске с августа 2023 года действует система мониторинга качества воздуха. Непрерывный контроль различных параметров его загрязнения ведется во всех районах города. Данные агрегируются на единой информационной платформе. Это позволяет своевременно информировать горожан об отклонениях. 

Наконец, компания разрабатывает программный комплекс предиктивного мониторинга выбросов Axioma. Он позволит не просто следить за эмиссией различных газов, но и прогнозировать количественный и качественный состав выбросов, их распространение с учетом технологического режима производства и локальных метеоусловий.

Как борются с выбросами SO₂ в США и Перу

Улавливание и утилизация диоксида серы — важная задача для промышленных компаний по всему миру. И некоторым из них удается успешно ее решить, снижая экологический вред. Но всегда такие проекты сопряжены с гигантскими расходами.

Например, в начале 1990-х международная горнодобывающая группа Rio Tinto провела модернизацию медеплавильного завода, расположенного неподалеку от Солт-Лейк-Сити (столица американского штата Юта). Чтобы снизить выбросы SO₂, компания, помимо меди, начала производить здесь серную кислоту.

За 20 лет компания инвестировала в проект $5 млрд. За это время завод выпустил более 16 млн т кислоты, превратившись в одного из крупнейших производителей этого продукта в Северной Америке. Благодаря этому проекту предприятию в Солт-Лейк-Сити удалось стать одним из самых чистых металлургических заводов в мире и значительно снизить загрязнение атмосферы SO₂: показатель улавливания серы здесь достигает 99,93%.

Похожий проект реализовала и уже упомянутая мексиканская металлургическая компания Southern Copper Corporation. Она провела модернизацию медной плавильни в Ило (Перу). На обновленном заводе также начали выпускать серную кислоту. Это позволило предприятию нарастить показатель улавливания SO₂ с 33% до более чем 92%. Инвестиции в проект составили $600 млн.