OCHRONA ATMOSFERY

Wykład 2

Dr hab. inż. Krzysztof GOSIEWSKI 

                                      Profesor AJD

Udział energetyki i przemysłu w 

emisji substancji szkodliwych do 

atmosfery oraz emisja 

nieprzemysłowa

 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Dlaczego w wykładach 

„Ochrony Atmosfery” 

będziemy wiele mówić o 

problemach energii?

• Sytuacja energetyczna świata 

Poziom życia a 
produkcja energii 
elektrycznej w r. 1985 
(wg. Gluckman M.J. 
Toward 21st Century 
Coal Processing  
Electric Power 
Research Institute  
1991) 
Wykres przedstawia 
czasowy strumień 
produkowanej energii 
wyrażony w 
jednostkach mocy 
[W] 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

• Energia pierwotna to energia zawarta w jej 

źródle (obecnie najczęściej jest to energia 
chemiczna zawarta w paliwach kopalnych)

• Energia użyteczna to energia zużywana na 

potrzeby Człowieka

Energia pierwotna przetwarzana jest w użyteczną To 
przetwarzania wiąże się zawsze ze stratami energii 
(entropia procesów rzeczywistych zawsze rośnie – część 
energii jest więc zawsze rozpraszana). Staramy się więc nie 
tylko o zwiększenie ilości dostępnej energii pierwotnej, ale 
także o jak najmniejsze straty tej energii (czyli jak 
najmniejszy wzrost entropii w procesie jej przetwarzania).

Przetwarzanie energii pierwotnej

w użyteczną odbywa się obecnie z bardzo

małą sprawnością (najczęściej 30 do 40%) !!!

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Zasoby podstawowych paliw kopalnych ocenia się 

wskaźnikiem R/P

gdzie : 
R – wielkość zasobów [T]              P – zużycie roczne paliwa [T/rok]

  

     
 

Wskaźnik ten mówi nam, po ilu latach zasoby danego 

paliwa zostaną zużyte, przy danej produkcji energii. 
Światowe zasoby węgla (wskaźnik R/P) szacuje się na ok. 
220 lat, ropy naftowej 27 – 43 lata, gazu ziemnego 60 lat, a 
paliw jądrowych w zależności od szacunku złóż 60 –210 lat.

  

Wskaźnik R/P 
dla ropy 
naftowej 

w skali 
globalnej

Wskaźnik R/P w 
1998r. dla ropy 
naftowej 

wg regionów 
świata

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Wskaźnik R/P dla 

gazu ziemnego 

w skali globalnej.

Wskaźnik R/P w 
1998r. dla gazu 
ziemnego 

wg regionów 
świata

Z zasobami (zwłaszcza w Europie

i Ameryce Płn.)  jest więc 

bardzo kiepsko !!!!

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Emisja do atmosfery związana z 

produkcją energii

    Dwutlenek węgla

• Spalanie węgla pierwiastkowego:

                     C   +   O

2

     

CO

2

•    Spalanie metanu (główny składnik gazu ziemnego):

                      CH

4

   +  2O

2

       

CO

2

   +  2H

2

O  

•    Spalanie propanu:

                       C

3

H

8

   +  5O

2

       3 

CO

2

   +  4H

2

O

•    Spalanie innych węglowodorów:

      C

n

H

m

  +   (n  +  m/4) O

2

        n 

CO

2

      +    m/2 H

2

O

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

• (

Siarka rzadko występuje w paliwach w formie pierwiastkowej)

• W węglu:

                   4 FeS

2

   +  11 O

2

       8 SO

2

   +   2 Fe

2

O

3

3 FeS

2

   +   8 O

2

        6 SO

2

   +    Fe

3

O

4

Piry
t

Dwutlenek siarki

•      

W paliwie gazowym

 

(gaz opałowy): związki siarki 

występują w ilościach śladowych

Siarka 
pierwiastkow
a (rodzima)

 Dwutlenek i inne związki siarki

•      

Spalanie siarki pierwiastkowej

S   +  O

2   



SO

2

•  

W ropie naftowej:

  w różnych związkach (np. merkaptany o wzorze ogólnym 

       R-SH, tiofen C

4

H

4

S i inne).

      Odsiarczanie ropy prowadzi zwykle do produkcji siarkowodoru, 

który rozkłada się do siarki pierwiastkowej w procesie Clausa:

          

     

 

              2 H

2

S    +   3 O

2

         2 SO

2

    +   2 H

2

O

SO

2

    +   2 H

2

S        3 S    +  2 H

2

O

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Węglowodory  (ang. skróty HC lub VOC)

• Są emitowane do atmosfery jako produkt niepełnego spalania paliw, lub też jako 

inne lotne związki organiczne (VOC lub polskie: LZO) (np. pary rozpuszczalników lub 

produkcja i przetwórstwo tworzyw sztucznych).

• Tlenki azotu

Dzielimy je na 2 istotnie różniące się grupy:

•tlenki azotu „

termiczne

” powstające w procesach spalania

•tlenki azotu pochodzące z chemicznych procesów przemysłowych

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Tlenki azotu

» Termiczne” tlenki azotu

 

• Powstają  w  procesach  spalania  w  wysokich  temperaturach 

zwykle  powyżej  1100 

o

C,  w  których  tlen  dostarczany  jest  w 

strumieniu powietrza.

•

N

2

O (podtlenek)

•

N

2

O

3

 (trójtlenek)

•

N

2

O

5

 (pięciotlenek)

• Tworzenie w procesie spalania wg reakcji:

•

N

2

   +  O

2

    

  2 NO

•

2 NO   +   O

2

     2 NO

2

NO (tlenek azotu)        ponad   90%

 NO

2

 (dwutlenek azotu)

do   

10%

NO

x

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Tlenki azotu emitowane z 

procesów chemicznych

• inny niż spalinach udział 

poszczególnych tlenków azotu ;

• zwykle inne ich stężenie (naogół 

wyższe niż w spalinach).

W gazach odlotowych z produkcji kwasu 
azotowego udział NO

2

 w ogólnej 

zawartości NO

x

 może być większy (50 do 

60% NO

2

).

   

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

    Przetwarzanie NO

2

 do kwasu azotowego 

przebiega wg reakcji:

• O

3

  +  NO

2

     NO

3 

   +  O

2

(1)

• NO

3

   +   NO

2

  N

2

O

5

(2)

• N

2

O

5

   +   H

2

O       2HNO

3

(3)

   Jak widać z tych reakcji przejściowo mogą pojawiać 

się w atmosferze  jeszcze inne formy tlenków azotu 

jak N

2

O

5

.

Niezależnie od pochodzenia tlenki azotu (NO

x

) 

ulegają w atmosferze dalszym przemianom z 
udziałem ozonu, wykorzystującym mechanizmy 
fotosyntezy. Końcowym produktem tych 
przemian jest kwas azotowy HNO

3

, który opada 

w postaci „kwaśnego deszczu”. Okres 
półtrwania NOx w atmosferze wynosi 4 do 5 
dni.

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Tlenek węgla

Jest silną trucizną !  

Powstaje zwykle w procesach „półspalania”:

• węgla:

2 C   +  O

2

        2  CO

• metanu:

2 CH

4

  +  O

2

      2CO  +  4 H

2

  

 

• lub innych węglowodorów:

C

n

H

m

  +  n/2 O

2

     n CO   +  m/2  H

2

powstający w tych reakcjch  wodór może ulec 

spaleniu do H

2

O:

2 H

2

   +  O

2

    2  H

2

O

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Pyły  (Aerozol)

Są to nie spalone części stałe paliwa i 
zestalone w niskiej temperaturze ciekłe 
składniki spalin.

 

Pyły o drobnej granulacji tworzą w powietrzu 
atmosferycznym aerozol, który dość długo 
może utrzymywać się w powietrzu, dopóki nie 
zostanie wymyty przez deszcze 

(HOMEOSTAZA)

.

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Przykładowe emisje ze spalania paliw 

 

kg polutanta / t paliwa umownego 

Paliwo 

SO

2 

NO

x

 

C

m

H

m

 

(węglowodory) 

CO  pył 

Olej 

opałowy 

23 

7 

0,2 

0,1 

1 

Gaz 

opałowy 

- 

5 

- 

- 

- 

Węgiel 

kamienny 

26 

7 

0,1 

0,5  3,5 

Węgiel 

brunatny 

23  8,5 

0,1 

0,1  4,5 

 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Paliwo umowne

• Paliwo umowne, to umowna jednostka 

miary wartości opałowej różnych paliw 

energetycznych. Miara jednostkowa jest 

równa 7000 [kcal/kg] = 2,93∙107 [J/kg]. 

Najczęściej używa się jednostki większej: 

• 1 tona paliwa umownego=7∙109 [cal]  = 

2,93∙1010 [J] = 29,3 GJ = 8,14 [MWh]

• Jednostka masowa paliwa umownego jest 

więc w istocie jednostką energii. W 

literaturze spotkać można anglosaska miarę 

ilości paliwa umownego o skrócie [toe] 

(1 [toe] = 42,0 [GJ] = 11,7 [MWh])

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

 

 

Proces 

produkcyjny

 

Surowce 

Produkty

Surowce

 

  Odpady 

(Pierwiastki A,B,C,X,Y) 

(Pierwiastki A,B,C) 

(Pierwiastki C,X,Y) 

Pierwiastki, które występują w surowcach, 

a których brak w produktach 

muszą znaleźć się w odpadach !!!

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Przykład: jeśli ruda w procesie 

hutniczym zawiera siarkę, a 

produkowany metal jej nie 

zawiera (bądź zawiera w 

ilościach śladowych), to z 

pewnością związki siarki będą 

odpadem tego procesu.

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

EMISJA  NAJWAŻNIEJSZYCH 
GAŁĘZI PRZEMYSŁU 
PRZETWÓRCZEGO 

• Hutnictwo żelaza
• Hutnictwo metali kolorowych 

Przemysł 
hutniczy

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Surowce hutnicze

Rudy żelaza to przeważnie rudy 

tlenkowe:

 magnetyt   Fe

3

O

4

 hematyt   Fe

2

O

3

 limonit 

Fe

2

O

3

  n H

2

O

Rudy miedzi i cynku  to bardzo często 

rudy siarczkowe:

 chalkozyn  Cu

2

S

 chalkopiryt 

CuFe

S

2

 blenda cynkowa 

Zn

S

Utlenienie siarki do 

SO

2

i 

emisja do atmosfery!

Utlenienie siarki do 

SO

2

i 

emisja do atmosfery!

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

 boksyt   AlO(OH) [składnik 

podstawowy]  ale również kriolit 
Na

3

(Al 

F

6

)

Hutnictwo aluminium

Surowce:

Bardzo groźny, żrący 
pierwiastek, który w 
swoich związkach 
emitowany jest do 
atmosfery

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Przemysł chemiczny

Emitować może w zasadzie 

wszystkie związki chemiczne!

• Przemysł nawozowy

Nawozy azotowe

 

Produkcja gazu 

syntezowego 

Synteza amoniaku 

i produkcja  

kwasu azotowego 

Produkcja 

nawozów 

CH

4

, H

2

O lub/i CO

2 

oraz powietrze (N

2

/O

2

) 

H

2

  i  CO 

NH

3

 i HNO

3 

Różne związki 

amonowe, 

azotanowe i amidowe 

•    reforming parowy:

CH

4

   +  H

2

O     CO   +  3 H

2

•     reforming CO

2

:

   CH

4

   +  CO

2

     2 CO   +  2 H

2

Niepotrzebne w produkcji nawozów 
CO używa się do innych syntez 
chemicznych (produkcja 
skojarzona) co owocuje emisją 
gazową całej palety różnych 
związków chemicznych.

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Nawozy fosforowe

 

• Emisja gazowa SO

2

, SO

3

 oraz pary, mgły i 

kropel H

2

SO

4

 z produkcji kwasu 

siarkowego.

• Emisja gazowa Chloru (Cl) oraz fluoru (F) 

oraz ich związków (głównie HCl i HF)  z 
produkcji kwasu fosforowego i nawozów.

 

Produkcja kwasu 

siarkowego 

Produkcja  

kwasu 

fosforowego 

Produkcja 

nawozów 

S, oraz  
powietrze (N

2

/O

2

) 

H

2

SO

4

, SO

2

, SO

3 

H

3

PO

4 

Nawozy fosforowe 

Fosforyty: Ca

10

(PO

4

)

6

?[F

2

, Cl

2

, (OH)

2

, CO

3

2-

] 

Apatyty: Ca

5

(X)[PO

4

]

3

 

X oznacza fluor lub chlor 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Petrochemia

• Węglowodory, VOC (Volatile Organic 

Compounds) czyli: LZO (lotne związki 
organiczne), CO, CO

2

, H

2

S i w zasadzie wiele 

innych związków zwłaszcza organicznych.

Przetwórstwo tworzyw 
sztucznych i produkcja 

farb i lakierów

•    Przede wszystkim VOC (LZO)

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Przemysł wydobywczy

• METAN  (CH

4

)    

 Wstępne odmetanowanie kopalń pozwala 

na utylizację gazu opałowego 

zawierającego 50 do 70 % obj.  CH

4

 ,

 W wypuszczanym do atmosfery powietrzu 

wentylacyjnym zawarte jest do 1% CH

4

. 

Powoduje to duże straty ekologiczne i 

energetyczne. Z jednego szybu 

kopalnianego wypuszcza się średnio 700 

000 m3/godz. takiego powietrza 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Odpady komunalne 

a zagadnienia ochrony 

powietrza 

• emisja ciepłownictwa komunalnego
• emisja składowisk odpadów stałych
• emisja gazowa ze ścieków komunalnych

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

CIEPŁOWNICTWO KOMUNALNE 

to energetyka! Wszystkie 

zagrożenia ekologiczne są te 

same co przy każdej produkcji 

energii drogą spalania paliw.

   Kierunki działań dla zmniejszenia 

emisji z ciepłowni komunalnych:

• Likwidacja małych jednostek na rzecz 

dużych ciepłowni i elektrociepłowni.

• W małych jednostkach przechodzenie na 

gaz ziemny (ew. olej opałowy)

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

KOMUNALNE SKŁADOWISKA 

ODPADÓW STAŁYCH

 

 CH

4

, CO

2

, H

2

S, NH

3

, merkaptany i 

inne. Podczas samorzutnego 
spalania silnie rakotwórcze związki 
chloro- i fluoro-organiczne: dioksyny 
i furany.

OCZYSZCZALNIE ŚCIEKÓW
• Biogaz z podwyższoną ilością H

2

S 

i NH

3

 

BIOGAZ 

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

EMISJA Z SILNIKÓW 

SPALINOWYCH

 Niespalone węglowodory HC (od 

ang. Hydro Carbons), CO (produkt 
niepełnego spalania), NO

x 

(termiczne), cząstki stałe, 
głównie sadza (w silnikach 
wysokoprężnych).

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

JAKIMI ZWIĄZKAMI BĘDZIEMY 

SIĘ ZAJMOWAĆ NA 

NASTĘPNYCH WYKŁADACH?

 pyły
 dwutlenek węgla  CO

2

 dwutlenek siarki SO

2

 tlenki azotu NO

x

 tlenek węgla CO
 węglowodory, wśród których można dodatkowo wydzielić:

   

metan CH

4

  lotne substancje organiczne LZO (VOC)
  nie spalone składniki paliw samochodowych  (HC)

Ochrona Atmosfery - 
Wykład 2

 

Czy lepiej groźne 

zanieczyszczenia  usuwać, czy 

też nie dopuszczać do ich 

powstawania ?                

Lepiej zapobiegać niż leczyć!

 

O

CZYSZCZAĆ SUROWIEC 

!! 

 

M

ODYFIKOWAĆ TECHNOLOGIĘ 

!!

 

!