Влияние загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу предприятиями нефтепереработки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Инструментальных систем и сервиса автомобилей»

ДОКЛАД

на тему

Влияние загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу предприятиями нефтепереработки

Самара 2012

Содержание

Введение

1. Основные источники выбросов

1.1 Нефтяные и газовые месторождения и трубопроводы

1.2 Предприятия нефтепереработки

2. Характеристика источника выделения загрязняющих веществ

3. Мероприятия по охране атмосферного воздуха

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) представляет собой совокупность основных нефтетехнологических процессов (установок, цехов, блоков), а также вспомогательных и обслуживающих служб, обеспечивающих нормальное функционирование промышленного предприятия (товарно-сырьевые, ремонтно-механические цеха, цеха КИПиА, паро-, водо- и электроснабжения, цеховые и заводские лаборатории, транспортные, пожаро- и газоспасательные подразделения и т. д. ). Целевое назначение НПЗ - производство в требуемом объеме и ассортименте высококачественных нефтепродуктов и сырья для нефтехимии (в последние годы - и товаров народного потребления).

Ущерб промышленных технологий НПЗ для окружающей среды можно охарактеризовать риском, характер и масштабы которого зависят от типа и объемов потребляемых нефти и топлива, способов их использования, уровня технологии системы безопасности и эффективности проведения работ по уменьшению загрязнений. Гигиеническая значимость этих производств очень высока потому, что сама нефть и процесс ее переработки включают сотни химических веществ, присутствующих одновременно в различных комбинациях между собой, сочетаниях с другими неблагоприятными факторами.

1. Основные источники выбросов

1.1 Нефтяные и газовые месторождения и трубопроводы

Наиболее значимыми источниками негативного воздействия на экологическое состояние межселенных территорий в границах Самарской области являются разрабатываемые нефтяные и газовые месторождения со всей сопутствующей инфраструктурой: скважины; сеть технологических, межпромысловых, промысловых и транзитных трубопроводов и коллекторов, водоводов и продуктопроводов; нефтеочистительные и нефтеперекачивающие станции; нефтепарки; ремонтные базы; автотранспортные предприятия и пр.

Основные магистральные нефтепроводы проходят по территориям Клявлинского, Исаклинского, Сергиевского, Кинельского, Кинель-Черкасского, Нефтегорского, Красноармейского, Хворостянского, Безенчукского и Сызранского районов.

Магистральные трубопроводы расположены в основном в технических коридорах, т. е. один или несколько нефтепроводов вместе с газопроводами, продуктопроводами. Здесь же размещаются кабели связи, линии электропередач для обслуживания этих трубопроводов. Наиболее значимые комплексные участки трубопроводного транспорта проходят по территориям Ставропольского, Красноярского, Волжского, Кинельского, Кинель-Черкасского, Богатовского, Нефтегорского, Большеглушицкого и Большечерниговского административных районов Самарской области.

Прохождение газо - и нефтепроводов сопровождается загрязнением территории в результате утечки газа и нефти через негерметичные соединения трубопроводов, при выполнении сливно - наливных операций или развитии аварийных ситуаций. При строительстве и эксплуатации подводных трубопроводов, устройстве береговых и подводных траншей имеет место механическое разрушение берегов и русел в месте прохождения трубопровода, а при аварийных ситуациях - загрязнение нефтью и нефтепродуктами воды и прибрежных территорий.

Основной причиной аварийных ситуаций на нефте-, газо- и продуктопроводах является прорыв трубопроводов из-за коррозии (90,5 %), но возможны также наезды транспорта и техники. Поэтому неблагоприятными по вероятности возникновения аварийных ситуаций являются места пересечения трубопроводов различного назначения с крупными водотоками, автомобильными и железными дорогами, участками прохождения подземных коммуникаций.

1.2 Предприятия нефтепереработки

выброс вещество загрязняющий нефтяной

Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми в атмосферу предприятиями нефтепереработки, являются углеводороды, диоксид серы, оксиды углерода и азота. Вклад прочих вредных веществ в валовой выброс не велик,однако эти вещества более токсичны. Со сточными водами НПЗ в поверхностные воды поступает значительное количество нефтепродуктов, сульфатов, хлоридов,соединений азота, фенолов .

Источниками выбросов вредных примесей в атмосферу являются дымовые трубы технологических печей, факельное производство, сточные воды, предохранительные клапаны, вентвыбросы из помещений насосных и др.

В атмосферу выделяются вредные примеси испарений легких фракций нефти, а также дымовые газы (метан, ангидрид сернистый,оксид углерода, окислы азота, мазутная зола, бенз(а)пирен, сероводород, фенол, меркаптаны и др. ).

Факельные системы являются значительными источниками загрязнения атмосферного воздуха сернистым ангидридом, оксидом углерода и другими вредными газами. На факельные установки направляют горючие и горюче-токсические газы и пары (из технологического оборудования и коммуникаций, а также «сдувки» из предохранительных клапанов и других предохранительных устройств, если эти сбросы невозможно использовать в качестве топлива в специальных печах или котельных установках. Кроме того, в аварийных случаях, в период пуска оборудования, при остановке оборудования на ремонт и наладке технологического режима на факел также направляют газы с вредными примесями (периодические сбросы).

Сжигаемый на факеле газ загрязняет атмосферу дымом и копотью. Особенно много сажи выделяется при сжигании сбросных газов, содержащих тяжелые непредельные углеводороды.

В таблице 1 приведены основные виды вредных соединений и возможные пути сокращения выбросов.

Таблица 1

2. Характеристика источника выделения загрязняющих веществ

Дымовые газы - это наиболее крупнотоннажный газовый поток, загрязняющий атмосферу продуктами горения топлива в печах АВТ. Горючие элементы топлива окисляются кислородом воздуха. В составе дымовых газов кроме азота, диоксида углерода, пары воды, и небольшого количества избыточного кислорода (1,2%) содержатся вредные оксиды азота, а также продукты неполного сгорания топлива оксид углерода и продукты термического разложения топлива - ПАУ.

Основные реакции горения

При сжигании топлива происходит окисление углерода и его соединений с кислородом воздуха с образованием диоксида углерода (или углекислого газа) СО2 в качестве конечного продукта полного окисления (сгорания) вода:

С + О2 = СО2;

Н2 + О2 = 2Н2О;

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О

Побочные процессы при горении топлива

В то же время, вследствие локальных недостатков воздуха или неблагоприятньгх тепловых и аэродинамических условий, в топках и камерах сгорания образуются продукты неполного сгорания, подавляющая доля, которых составляет монооксид углерода СО (угарный газ):

C + ЅО2 = СО

CmHn+(m+n/2) O2=mCO+n/2H2O

С + СО2 = 2СО (при сжигании твердого топлива)

Отметим, что при условии полного горение в продуктах сгорания имеется лишь незначительное количество СО, оно увеличивается с ростом температуры в зоне горения и с увеличением концентрации свободного О2 .

Оксид углерода (СО), представляет собой бесцветный, безвкусный газ, обладающий токсическим действием. Попадая в организм, СО реагирует с гемоглобином крови, препятствуя нормальному переносу кислорода, в результате возможно отравление. Исследования показали, что воздействие СО, даже в сравнительно малых количествах, может вызвать нарушение поведения, неощутимые для пострадавшего.

Окислы азота. При сжигании органических топлив азот, содержащийся в воздухе и топливе, становится реакционно-способным и, соединяясь с кислородом, образует оксиды:

NОх = NО + NО2 + N2О

Окислы азота, сбрасываемые с дымовыми газами, образуются как за счет высокотемпературных процессов в факеле (фиксация атмосферного азота), так и за счет окисления азотсодержащих соединений самого топлива. На выходе из трубы окислы азота дымовых газов состоят на 85-90% из N0 и на 10-15% из двуокиси азота. В атмосфере происходит быстрое окисление N0 в М02, что усиливает отрицательное воздействие дымовых газов на природу и живые организмы, поскольку двуокись азота более токсичен.

NO + О3 = NO2 + О2

Следует выделить три источника в образовании окислов азота:

«топливные» NOX

термические NOX

«быстрые» NOх.

«Топливные» NOх.

Термин служит для обозначения окислов азота, образующихся из азотсодержащих компонентов топлив. В большинстве проведенных исследований была обнаружена прямо-пропорциональная зависимость концентрации образующихся окислов азота от содержания азота в исходном топливе.

СmНnNу + О2 = СО2 + Н2О + NОх

Термические NОх. Эти окислы образуются за счет окисления молекулярного азота атомарным кислородом (механизм Зельдовича).

О2+ М = О + О + М - 494 кДж/моль (инициирование)

О + N2 = NO + N - 314 кДж/моль+ О2 = NO + О + 134 кДж/моль

О + О + М = О2 + М + 454 кДж/моль (обрыв цепи)

В большинстве топочных устройств время пребывания продуктов сгорания в топке не превышает 1-5 сек., а время достижения равновесных концентраций NО при температурах 1800-1900 К составляет 23-24 сек. Учитывая, что термические окислы образуются в узком температурном интервале, где время нахождения продуктов не превышает доли секунды, можно утверждать, что при образовании оксида азота в установках не достигаются равновесные концентрации.

Оксиды серы SO2 и SO3. Содержащаяся в топливе сера является источником образования оксидов серы SOх. В твердых топливах сера содержится в трех видах: органическая, колчеданная и сульфатная. В состав газообразных топлив сера входит только в виде Н2S и меркаптанов. Сера в мазуте входит в состав серосодержащих органических соединений и в меньшей степени она присутствует в виде серовода и элементной серы. При сжигании сернистых топлив присутствующая сера окисляется до сернистого ангидрида.

СmНnSх + O2 = CО2 + Н2О+ SО2

Часть (1-5%) SО2 затем доокисляется до серного ангидрида SО3 в ходе гомогенных реакций при горении топлива SО2 + 1/2О2 = SО3, а также в результате гетерогенных реакций на поверхности нагрева с участием катализаторов (V2O5, Fe2O3)

SО2 + 1/2О2 + kat = SО3

Бенз(а) пирен. Молекулы полиароматических углеводородов (ПАУ) содержат циклы из шести атомов углерода с тремя двойными связями (так называемые бензольные ядра). Они образуются в результате неполного сгорания любых углеводородных топлив. Последнее имеет место из-за торможения реакций окисления углеводородов топлива холодными стенками топочных устройств, а также может быть вызвано неудовлетворительным смешением топлива и воздуха. Это приводит к образованию в топках (камерах сгорания) локальных окислительных зон с пониженной температурой или зон с избытком топлива. Таким образом, суммарная эмиссия ПАУ (наряду с выбросами СО) является мерой неэффективности процесса горения топлива.

Бенз(а) пирен - самый токсичный из ПАУ: обладает канцерогенными свойствами. Количество ПАУ, поступающих в атмосферу с дымовыми газами, в значительной степени зависит от качества и вида сжигаемого топлива. ПАУ гораздо меньше при сжигании жидкого топлива и минимален при сжигании газа. Он существенно зависит от режима сжигания: при химическом недожоге количество ПАУ в дымовых газах может возрастать в 10-50 раз за счет содержания их в саже.

Непосредственное образование ПАУ происходит в реакциях пиролиза и синтеза в процессе горения топлива. Механизм их образования представляет собой сложный многостадийный процесс, который пока в достаточной мере не выяснен. Предполагается, что он имеет радикально-цепной характер и включает несколько стадий

3. Мероприятия по охране атмосферного воздуха

Увеличение объема переработки нефти, в том числе сернистой и высокосернистой, выдвигает перед нефтеперерабатывающей промышленностью неотложную проблему сокращения загрязнения атмосферы токсичными соединениями. Можно выделить два основных направления по обеспечению чистоты атмосферы:

- сокращение абсолютных выбросов газов;

- обезвреживание выбросов, содержащих вредные вещества.

Первое направление связано с применением более прогрессивных технологических схем процессов, позволяющих использовать все материальные потоки в замкнутом цикле, и применением оборудования повышенной герметичности; второе направление связано с применением сорбционных методов очистки выбросов при утилизации извлекаемых компонентов, а в отдельных специфических случаях - с применением сжигания.

Важным фактором оздоровления атмосферы является укрупнение и комбинирование установок по основным и вторичным процессам.

Другим фактором, не только обеспечивающим безопасность ведения технологических процессов,но и предотвращающим загрязнение атмосферы, является автоматизация технологического процесса.

Углеводороды относятся к основным вредным выбросам нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий. Мероприятия по снижению их выбросов в атмосферу можно разделить на четыре группы:

1) совершенствование организации хранения и транспортирования углеводородов нефти и газа (хранение углеводородов под слоем инертного газа, применение резервуаров со специальными крышками, максимальное (95-98 %) заполнение резервуаров, использование адсорбционно - адсорбционных методов улавливания);

2) совершенствование технологических процессов (герметизация оборудования, уплотнение движущихся деталей, строгое соблюдение технологического режима);

3) рекуперация углеводородов и их производных. Рекуперация предназначена для улавливания углеводородов из производственных или вентиляционных газов и повторного их использования. Метод рекуперации выбирают в зависимости от концентрации углеводорода: при больших применяют конденсацию охлаждением до минус 10-15 оС (обычно используют рассол хлористого кальция), средних _ абсорбцию (обычно используют минеральные масла с молекулярной массой 280-300), низких _ адсорбцию (активный уголь, силикагель, цеолиты);

4) каталитический дожиг выбросов (применяют для вентиляционных выбросов с повышенной концентрацией углеводородов, рабочая температура 400 оС, эффективность очистки 98-100 %).

Для очистки атмосферных выбросов от диоксида серы наиболее распространены аммиачные методы, которые одновременно с очисткой позволяют получать сульфит и бисульфит аммония, и каталитические методы, основанные на окислении диоксида серы в присутствии катализаторов с получением разбавленной серной кислоты.

Несмотря на то, что в настоящее время на НПЗ поступают в основном сернистые и высокосернистые нефти, выбросы сероводорода и оксидов серы в атмосферу резко сократились. Это объясняется организацией на НПЗ производства серной кислоты и серы из сернистых соединений, содержащихся в нефтях. На одних НПЗ сероочистка предшествует газофракционированию, на других _ очистке подвергают сухие газы после газофракционирования.

Во втором варианте значительны потери сероводорода; кроме того, преждевременно выходит из строя компрессорное оборудование и другая аппаратура, увеличивается расход свежей и, соответственно, объем отработанной щелочи при очистке готовых фракций, ухудшаются санитарные условия труда обслуживающего персонала. Централизованная очистка газовых потоков НПЗ позволяет увеличить масштабы производства серной кислоты из сероводорода, значительно улучшить технико-экономические показатели работы производства, уменьшить загрязнение атмосферного воздуха.

С целью уменьшения выбросов сероводорода и углеводородов через барометрические конденсаторы смешения их заменяют на поверхностные с водяным или воздушным охлаждением.

Сжигание газовых выбросов на факельных установках позволяет значительно уменьшить загрязнение воздушного бассейна. Но утилизация сбросных газов на факельных установках не является рациональным методом защиты окружающей среды. Поэтому необходимо снижение сбросов газов на факел различными путями: повышение культуры производства, строгое соблюдение технологического регламента, своевременный ремонт оборудования, совершенствование технологического процесса с целью снижения газовых выбросов, уменьшение потерь углеводородов на объектах общезаводского хозяйства, разработка и усовершенствование методов контроля и очистки выбросов в атмосферу.

К факельным установкам предъявляются следующие требования:

полнота сжигания, исключающая образование альдегидов, кислот и других вредных продуктов,

безопасное воспламенение, бесшумность и отсутствие яркого свечения,

отсутствие дыма и сажи,

устойчивость факела при изменении количества и состава газовых выбросов.

Для уменьшения выбросов от нефтеловушек, нефтеотделителей необходимо использоватьнефтеловушки закрытого типа, а также нефтеловушки с отсосом газов на сжигание, герметизировать колодцы. Для оздоровления атмосферного воздуха НПЗ необходимо своевременно удалять нефтепродукты с зеркала прудов-накопителей и нефтеловушек, вовремя очищать нефтеловушки, а также перерабатывать или утилизировать нефтяные остатки.

При невозможности или высокой стоимости извлечения вредных веществ из выбросов НПЗ, невозможности полной герметизации производства прибегают к рассеиванию вредных выбросов в атмосфере. Задача рассеивания состоит в том, чтобы выбрасываемые вещества перемешивались в большом объеме воздуха, и концентрация их на уровне земли не превышала ПДК.

Заключение

Влияние нефтяной отрасли на состояние окружающей среды и здоровье населения земли неоспоримо является глобальным. Решение проблемы лежит в социально - экологическом воспитании общества и осознании того, что последствия будут иметь тоже глобальный характер.

Проблема выбросов газов и пыли является не менее актуальной, чем другие. Нефтеперерабатывающими предприятиями выбрасывается в атмосферу свыше 1050 тыс. т загрязняющих веществ, при этом доля улова на фильтрах составляет только 47,5%. Основной состав выбросов предприятия в атмосферу: 23% - углеводороды; окислы: 16,6% - серы, 7,3% - углерода, 2% - азота. По некоторым данным в российской нефтеперерабатывающей промышленности выбрасывается в атмосферу около 0,45% перерабатываемого сырья, в то время как на Западе - 0,1%. Значительный вклад в загрязнение атмосферы вносит и факельное хозяйство НПЗ. При сжигание топлива в факельных печах образуются аэрозольные частицы - продукт конденсации углерода и канцерогенные углеводороды типа бенз(а) пирен.

Влияние процессов сгорания углеводородных систем в двигателях транспортных средств и печах приводит к резкому увеличению содержания СО и СО2 и кислых газов в атмосфере. Сжигание нефти, газа и угля сопровождается выбросом до 5 млрд. т. в год углекислого газа. На фоне уменьшения площади лесов наблюдается рост концентрации СО2 в атмосфере от 0,03 до 0,041%. В воздухе городов над промышленными зонами доля СО2 может достигать 0,1% отсюда следует реальность парникового эффекта.

В работе были рассмотрены вопросы негативного влияния нефтеперерабатывающих производств на атмосферу. Описаны основные источники загрязнения атмосферного воздуха, его современное состояние и мероприятия по его охране .

Список используемой литературы

1.Абросимов, А.А. Экология переработки углеводородных систем: учеб. пособие для вузов /А.А. Абросимов. - М.: Химия, 2002. - 608 с.

2. Мановян А.К. Технология переработки природных энергоносителей - М.: Химия, Колос, 2004. - 456 с.

3. Интернет ресурсы : http://ekokataliz.ru/, http://ekologyprom.ru

Размещено на Allbest.ru