Влияние нефтеперерабатывающих заводов на окружающую среду

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Факультет Геологии и геофизики нефти и газа

Кафедра Геоэкология

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза

на тему

Влияние нефтеперерабатывающих заводов на окружающую среду

ВЫПОЛНИЛ:

Студент группы ГЭ-20-06

Крюкова М.А.

доцент, к. г.-м. н.

Светличная Т.В.

Москва, 2023



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Цель, задачи

Актуальность

1. Нефтеперерабатывающие заводы как объект исследования

1.1 Мощность переработки

1.2 Глубина переработки нефти

1.3 Ассортимент выпускаемых нефтепродуктов

2. Выбросы ЗВ в атмосферу во время технологического процесса

2.1 Топливное производство

2.2 Газокаталитическое производство

3. Основные источники выбросов предприятия в атмосферный воздух

3.1 Состав соединений, выбрасываемых в атмосферный воздух и их влияние на живые организмы

4. Основные источники образования сточных вод

4.1 Классификация сточных вод

4.2 Нефти и нефтепродукты, сбрасываемые со сточными водами и их влияние на водные объекты

5. Загрязнение почвы

6. Влияние загрязнения на биоту

7. Влияние загрязнения на человека

8. Экологические, экономические, этические и социальные аспекты

9. Нормативно-правовая база

10. Эколого-экономические расчёты

Заключение

Список литературы



Введение

Нефтегазовая промышленность является одной из главных и стратегически важных отраслей экономики. Несмотря на это её негативное воздействие на окружающую среду очень велико. Так как нефть является горючим веществом, большая часть продукции нефтеперерабатывающих заводов взрывоопасны и токсичны. Всё это определяет потенциальную экологическую опасность НПЗ. Ущерб, который могут нанести нефтеперерабатывающие заводы окружающей среде, зависит от используемых технологий, объёмов нефтяного сырья, масштабов производства, систем безопасности и ориентированности производства на экологизацию.

Сама нефть и нефтепродукты имеют комплексное влияние на организм и окружающую природную среду. Всё это ведёт к ухудшению состояния окружающей среды, здоровья людей и полному экологическому неблагополучию. Нефтеперерабатывающая промышленность среди всех отраслей хозяйства в наибольшей степени ответственна за здоровье населения. Всё это указывает на важность исследования для выявления воздействия нефтеперерабатывающих заводов на окружающую среду и живые организмы.

Цель - анализ влияния на окружающую среду нефтеперерабатывающих заводов.

Задачи:

1) Изучить главные объекты нефтеперерабатывающих заводов;

2) Рассмотреть технологические процессы, оказывающие влияние на окружающую среду;

3) Определить основные источники загрязнения окружающей среды НПЗ;

4) Выявить влияние выбросов и отходов НПЗ на атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу;

5) Проанализировать воздействие загрязняющих веществ НПЗ на человека;

6) Рассмотреть нормативно-правовую базу, связанную с экологическими аспектами в нефтеперерабатывающей отрасли;

7) Выполнить эколого-экономические расчёты воздействия НПЗ на окружающую среду.

Актуальность

В наше время перед человечеством остро встали глобальные экологические проблемы. В нефтегазовой отрасли особую роль в загрязнении окружающей среды играет нефтеперерабатывающая отрасль, чьи выбросы создают техногенную нагрузку на ОС, а также вызывают общественно-политическую напряженность в обществе. Выбросы нефтеперерабатывающих заводов загрязняют все компоненты ОС: литосферу, гидросферу, атмосферу и биосферу. Загрязняющие вещества оказывают негативное влияние и на организм человека. Поэтому одной из важнейших проблем нефтеперерабатывающей отрасли промышленности является проблема охраны производственной и окружающей среды. Таким образом, выбранная мною тема курсового проекта является актуальной в наше время.

нефтеперерабатывающий выбросы атмосфера загрязняющие сточные воды



1. Нефтеперерабатывающие заводы как объект исследования

Нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) - это промышленный объект, основной функцией которого является переработка нефти в бензин, авиационный керосин, мазут, дизельное топливо, смазочные масла, сажа, битумы, нефтяной кокс, деэмульгаторы, сырьё для нефтехимии и др.

Рис.1 Нефтеперерабатывающий завод

Целевое назначение НПЗ - это производство в надлежащем объеме и требуемом ассортименте высококачественных нефтепродуктов и сырья для нефтехимии.

В настоящее время основная целевая продукция нефтеперерабатывающих заводов - бензин, керосин, мазут и дизельное топливо.

Технологические процессы НПЗ включают в себя подготовку сырья, первичную и вторичную переработку нефтяных фракций.

К первичной переработке нефти относятся обессоливание, обезвоживание, атмосферная и атмосферно-вакуумная перегонка, а также перегонка бензинов, масляных и дизельных фракций.

Вторичная переработка включает в себя следующие процессы:

1)термические (термический крекинг, висбрекинг, коксование, пирполиз);

2)термокаталитические (каталитический крекинг и риформинг, гидроочистка, гидрокрегинг, селектоформинг);

3)процессы переработки нефтяных газов (полимеризация, изомеризация);

4)процессы производства масел и парафинов (деасфальтизация, депарафинизация, селективная очистка, адсорбционная и гидрогенизационная доочистка). [2]

В ходе производственного цикла осуществляется транспортировка газов, жидкостей и твердых материалов; нагревание, охлаждение, смешивание и обезвоживание (сушка) веществ; дифференциация жидких и газовых неоднородных смесей; измельчение и классификация твердых материалов и другие физические, химические и физико-химические процессы.

НПЗ могут отличаться друг от друга по различным параметрам, таким как тип используемых технологий; производительность; категории нефти, которую они обрабатывают; а также дополнительной производственной специализации. Некоторые нефтеперерабатывающие заводы специализируются на производстве конкретного продукта, в то время как другие производят несколько продуктов одновременно.

Общие для различных НПЗ процессы подразделяются на:

· механические процессы (измельчение, транспортирование, сортировка и смешение твердых веществ);

· гидромеханические процессы (перемещение жидкостей и газов, разделение жидких и газовых неоднородных систем, смешивание жидкостей);

· химические процессы (объединены законами химической кинетики и включают разнообразные химические реакции);

· тепловые процессы (нагревание, охлаждение, выпаривание, конденсация);

· массообменные процессы (они объединены законами массопередачи и включают перегонку, ректификацию, абсорбцию, адсорбцию, экстракцию, кристаллизацию и сушку). [2]

Эти процессы осуществляются в соответствующих для них приборах и машинах, наиболее целесообразных для осуществления данного процесса.

Главные характеристики нефтеперерабатывающих заводов - мощность переработки, глубина переработки нефти и ассортимент выпускаемой (конечной) продукции.

1.1 Мощность переработки

Современные крупные НПЗ отличаются огромной мощностью. По мощности нефтеперерабатывающие заводы условно можно разделить на мини-заводы, заводы малой, средней и большой мощности (рис.1).

Рис.2 Классификация НПЗ по мощности

Заводы-гиганты могут перерабатывать до 25 млн. тонн нефти в год, в то время как небольшие заводы перерабатывают лишь 3-5 млн. т. При этом самой оптимальной мощностью НПЗ считается 12 млн. т/год.

Мощность переработки зависит от наличия сырья и энергетических ресурсов на данной территории, потребности экономического района в нефтепродуктах, потребности в них, дальности транспортировки и близости схожих предприятий.

Для экономики крупные НПЗ более перспективны и выгодны, по сравнению с мелкими предприятиями. На крупных нефтеперерабатывающих заводов созданы благоприятные условия для установки мощного автоматизированного технологического оборудования, крупнотоннажных приборов и аппаратов для эффективности извлечения и использования природных ресурсов (водных, земельных и сырьевых) и существенного снижения расходов. К минусам крупных предприятий с большой мощностью можно отнести дальние перевозки, продолжительность строительства и ухудшение экологической обстановки.

1.2 Глубина переработки нефти

Одним из важных показателей НЗП является глубина переработки нефти (ГПН).

ГПН - это показатель, характеризующий эффективность использования сырья. По этому показателю можно судить о наполненности НПЗ вторичными процессами и структуре выпуска нефтепродуктов. [2]

Чем больше на НПЗ вторичных процессов, тем более углублённая переработка нефти и, как следствие, большая доля более ценных, чем нефтяной остаток, нефтепродуктов.

В мировой нефтепереработке нет общепринятого понятия для этого показателя, но за рубежом ГПН принято считать суммарным выходом светлых нефтепродуктов от нефти (топливная переработка углеводородов).

В отечественном производстве под ГПН принимают суммарный выход на нефть всех нефтепродуктов в процентах, не считая не превращённый остаток, который используется как котельное топливо:

ГПН = 100 - КТ - (Т +П),

Где КТ - котельное топливо;

Т - удельные затраты топлива на переработку;

П - потери нефти.

Однако это лишь условная формула для определения глубины переработки нефти, так как она зависит не только от технологии нефтепереработки, но и от качества самой нефти и способа использования нефтяного остатка.

Все нефтеперерабатывающие заводы подразделяются на четыре типа: НПЗ неглубокой переработки (НГП),

НПЗ углубленной переработки (УПН),

НПЗ глубокой переработки (ГПН),

НПЗ без остаточной переработки (БОП). [2]

НПЗ неглубокой переработки нефти отличаются более простой технологической структурой и достаточно низкими эксплуатационными и капитальными затратами.

Главный недостаток нефтеперерабатывающих заводов НГП - это большой расход сырья и небольшой ассортимент нефтепродуктов на выходе. Обычно это котельное и дизельное топливо, а также сухой и сжиженные газы.

Такие НПЗ выгодно строить лишь для тех стран, обладающих огромными запасами нефти (Саудовская Аравия, Кувейт, Иран, Ирак). В России более выгодно использовать глубокую или переработку нефти без остатка.

Глубокая переработка нефти основана на физико-химической переработке остатка от атмосферной перегонки - мазута. При выходе количество конечного продукта больше его потенциального содержания в исходном сырье.

Большое распространение получила глубокая переработка путём вакуумной перегонки с каталитической переработкой вакуумного газойля в компоненты моторного топлива. При этом мазута получается в два раза больше, чем нефтяного остатка.

1.3 Ассортимент выпускаемых нефтепродуктов

Товарная продукция нефтеперерабатывающих заводов представлена довольно широким ассортиментом нефтепродуктов.

Наиболее распространёнными выпускаемыми нефтепродуктами являются бензины, дизельное топливо, мазуты, керосин, различные масла, сжиженные газы, гудрон, ароматические продукты, битумы. Конечная продукция зачастую получается за счёт смешивания нескольких образованных в процессе переработки нефти полупродуктов.

Главной особенностью нефтеперерабатывающих заводов является получение на выходе различной нефтепродукции из одного исходного сырья. При этом на предприятиях могут перерабатываться нефти трех сортов:

1) высокосортные, к которым относятся малосернистые с высоким или повышенным содержанием светлых типа бакинских, грозненских нефтей;

2) среднесортные, которыми являются сернистые с умеренным содержанием светлых типа смесей западно-сибирских нефтей;

3) низкосортные, то есть с низким содержанием светлых типа нефтей «Большого Арлана».

В соответствии с ассортиментом выпускаемых нефтепродуктов нефтеперерабатывающие заводы делятся на следующие профили (рис.3):

- НПЗ топливного профиля;

- НПЗ топливно-маслянистого профиля;

- НПЗ топливно-нефтехимического профиля (нефтехимкомбинаты);

- НПЗ топливно-масляно-нефтехимические профиля. [2]

Рис. 3 Классификация НПЗ по способу углубления переработки нефти

Среди них самым распространённым являются НПЗ топливного профиля, так как моторные топлива пользуются большим спросом среди потребителей. При топливно-масляно-нефтехимическая переработка нефти более эффективна, так как является комплексной.

Необходимо, чтобы каждый нефтеперерабатывающий завод имел наиболее экономически выгодный набор технологических установок с целью выпуска высококачественного ассортимента нефти с минимальными затратами.

Структура НПЗ

НПЗ представляет собой совокупность технологических установок, представленных цехами и блоками, а также обслуживающими и вспомогательными системами, которые обеспечивают оптимальное функционирование предприятия и производства нефтепродуктов (рис.4). Оборудование и системы нефтеперерабатывающих заводов разнообразны и отличаются по назначению.

Рис. 4 Классификация производственной структуры НПЗ

Основными производственными объектами НПЗ являются: установка первичной переработки нефти, атмосферный блок, вакуумный блок, установка висбрекинга, резервуарный парк, комбинированная установка каталитического крекинга, установка риформинга, установка изомеризации, установка производства серы, газофракционирующая установка, станция смешения, ТАМЭ, МТБЭ, установки гидроочистки бензина, керосина и дизельного топлива и очистные сооружения. (рис.5)

Рис. 5 Схема нефтеперерабатывающего завода



2. Выбросы ЗВ в атмосферу во время технологического процесса

2.1 Топливное производство

Установки ЭЛОУ

Сырая, нагретая до высоких температур, нефть, смешенная с водой и деэмульгатором подвергается воздействию переменного электромагнитного поля, в результате чего происходит обезвоживание и обессоливание.

На этом этапе основными источниками выбросов загрязняющих веществ и примесей в атмосферный воздух являются как неорганизованные источники, то есть в результате негерметичности приборов, оборудования, так и организованные источники -- к ним относятся вентиляционные выбросы из насосных помещений. В атмосферу выделяются вредные примеси испарений легких фракций нефти (бензин и сероводород) (рис.6). [1]

Рис. 6 Принципиальная схема ЭЛОУ АВТ

Установки первичной переработки нефти

К установкам первичной переработки нефти относятся атмосферно-вакуумные трубчатые установки (АВТ). Обезвоженную и обессоленную нефть доводят до высоких температур и делят на фракции в специальных ректификационных колоннах. Это происходит при повышенном давлении или при вакууме.

К неорганизованным источникам выбросов в данном случае также относится негерметичность технологического оборудования. Организованными источниками вредных выбросов являются дымовые трубы технологических печей и производственные помещения насосных установок. Загрязняющими веществами, содержащимися в дымовых газах и отравляющими атмосферу, являются метан, сернистый ангидрид, оксид углерода, оксид и диоксид азота, сероводород, бензопирен, а также мазутная зола.

Висбрекинг

Висбрекинг представляет собой технологический крекинг тяжелых остатков нефти при температуре, достаточной для распада тяжелых углеводородов. С уменьшением вязкости гудронов (остаток, образующийся в результате отгонки из нефти) происходит выработка мазута. Технологические печи и негерметичность технологического оборудования являются в этом случае источниками выделения вредных примесей, таких как метан, сернистый ангидрид, оксид углерода, оксид и диоксид азота, сероводород, бензопирен, а также мазутная зола (рис.7).

Рис. 7 Схема висбрекинга технологической установки



Установка деасфальтизации

Деасфальтизация нефти (удаление высокомолекулярных смолисто-асфальтеновых веществ) происходит в экстракционных колоннах (рис.8). В противотоке жидкий пропан растворяет масляную часть гудрона. В результате процесса получаются деасфальтизированное масло и асфальт. Продуктами выхода являются деасфальтизат и асфальтосмолистые вещества. Источниками выбросов загрязняющих веществ выступают дымовые трубы технологических печей, а также выбросы вредных примесей бутана и бензина насосных установок. [1]

Рис. 8 Схема деасфальтации нефти

Установка производства нефтяных битумов

Данная установка используется с целью получения нефтяных вязких битумов. В её состав входят блоки окисления и налива готовой продукции. К вредным веществам, загрязняющим атмосферу, добавляются меркаптаны и фенол (рис.9).

Рис. 9 Принципиальная схема производства нефтяных битумов

Установка депарафинизации масел

На установках происходит процесс удаления из остаточных рафинадов фенольной очистки высокоплавких парафиновых углеводородов за счёт кристаллизации углеводородов из растворов в смеси ацетона и толуола. Процесс протекает при низких температурах для снижения температуры застывания вещества. Конечными продуктами являются депарафинированные и остаточные масла, газ. К уже известным загрязняющим веществам и вредным примесям добавляются ацетон и толуол.

Установка получения многофункциональных алкилфенольных присадок. В атмосферу выбрасывается уксусная кислота, ортофосфорная кислота, аммиак, кальция гидроксид [10].

2.2 Газокаталитическое производство

Установка каталитического крекинга 1-А

На установке протекает процесс каталитического крекинга вакуумного газойля. Здесь происходят выбросы катализаторной пыли (взвешенные вещества). Источниками загрязнения выступают регенератор катализатора, технологические печи, производственные помещения насосных и компрессорных установок (рис.10).

Рис. 10 Схема установки каталитического крекинга НПЗ

Абсорбционно-газофракционирующая установка (АГФУ)

Смесь легких углеводородов методом абсорбции распадается на «сухой газ» и бутановую фракцию, которая впоследствии очищается от сероводорода. На этом этапе в атмосферу выделяются пропан и пропилен (рис.11).

Рис. 11 Абсорбционно-газофракционирующая установка НПЗ

Установка по производству элементарной серы.

Данная установка предназначена для переработки сероводородсодержащий газ в серу, которая потом поступает на склад, затвердевает на открытом воздухе, дробится на небольшие комки и загружается в железнодорожные вагоны. В атмосферу попадают такие загрязняющие вещества, как сера и её соединения.



3. Основные источники выбросов предприятия в атмосферный воздух

Среди загрязнений нефтеперерабатывающими заводами атмосферного воздуха выбросами сероводорода, сернистого газа, оксидами азота, оксидами углерода, и другими токсичными веществами, основными загрязняющими веществами признаны углеводороды и сернистый газ.

Степень загрязнения атмосферы зависит от применяемой техники и технологии, а также от масштабов переработки нефти [1].

По содержанию серы в нефти существует классификация: малосернистая (до 0,5%), сернистая (до 2,0%) и высокосернистая (> 2,0%) нефть.

Сернистая и высокосернистая нефть способствует ухудшению качества нефтепродуктов, частой коррозии трубопроводов и оборудования, сверхнормативным простоям установок. Всё это приводит к частым затратам, ремонтам, образованию накипи, прогоранию труб и, в конечном счёте, увеличению загрязнения окружающей среды. При этом требуется более глубокая очистка нефтепродуктов на выходе, а также более сложная технологическая система предприятия. [8]

Резервуары хранения нефти

Самым крупным источником загрязнения атмосферного воздуха являются резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов. Выброс загрязняющих веществ и вредных примесей в атмосферу происходит через специальные дыхательные клапаны, а также через открытые люки и негерметичность в кровле резервуара вследствие коррозии (рис.12). Помимо уже известных загрязняющих веществ резервуары выделяют в воздушную сферу пары легких нефтепродуктов. В ветреную погоду загрязнение окружающей среды увеличивается в несколько раз.

Рис. 12 Схема строения резервуара для хранения нефти

Сооружения по очистке сточных вод

Открытые поверхности очистных сооружений -- песколовок, нефтеловушек, кварцевых фильтров, аэротенков и отстойников, -- основной источник загрязнения атмосферы и прилегающей территории продуктами нефтепереработки (рис. 13).

Рис. 13 Очистные сооружения

Средние концентрации газов в воздушных потоках от отдельных элементов очистных сооружений, а также валовые газовыделения с открытой поверхности этих объектов представлены в табл. 1. [9]



Таб.1 Газовыделение с поверхности очистных сооружений

Нефтепродукты, поступающие в водоёмы с оборотной водой, зачастую испаряются. Так, в градирнях для охлаждения воды на нефтеперерабатывающих заводах через вентиляторы вместе с воздухом испаряется 286 кг/ч, или 2500 т/год углеводородов. Сточные воды из конденсаторов смешения паров способствуют загрязнению атмосферы сероводородом.

Технологические установки

Выброс в атмосферу углеводородов и сероводорода происходит на атмосферно-вакуумных и вакуумных установках нефтеперерабатывающих заводов.

Если на НПЗ расположены установки каталитического крекинга вакуумного газойля, то потери нефти и нефтепродуктов с выжигаемым коксом составляют примерно 5,0--6,5% от поступившего на установку нефтяного сырья.

Источником загрязнения атмосферы сероводородом на НПЗ являются технологические конденсаты. Загрязнение воздушной сферы парами нефти и нефтепродуктов происходит через негерметичность оборудования и сальниковые устройства насосов и компрессоров. Каждая деталь таких насосов от задвижки до предохранительного клапана и сальника насоса являются потенциальными источниками загрязнения. При нормальной работе от одного насоса выделяется в час 1 кг газов и паров, а от одного компрессора --3 кг. Фактические выделения часто превышают эти цифры в 2--3 раза. [5]

Довольно высокий коэффициент выброса углеводородов в атмосферный воздух через предохранительные клапаны на НПЗ. Если брать среднестатистический нефтеперерабатывающий завод мощностью 12 млн. т/год, то выбросы через предохранительные клапаны составят около 100 т углеводородов в сутки. Помимо этого, происходят выбросы углеводородов в результате недостаточной герметизации оборудования.

Трубчатые печи технологических установок вместе с дымовыми газами выбрасывают в атмосферу сернистый ангидрид и оксиды углерода и азота.

Коррозия оборудования, вызванная высокими температурами при использовании катализаторов и выжиге кокса (620-700°С), стала причиной нарушения герметизации установок и аппаратов, тем самым став проблемой выброса оксида углерода на установках каталитического крекинга.

Сернокислотная очистка парафина и масел, сульфирование при получении поверхностно-активных веществ и многие другие процессы в нефтеперерабатывающей промышленности связаны с выбросом сернистых газов в атмосферу [9].

Производство битумов

Производство битумов связано с процессом окисления остатков нефтепереработки, сопровождающимся температурой в 240--300°С. На выходе получаются газы, состоящие из кислорода, азота, диоксида углерода, смеси углеводородов, а также водяных паров. Эти газы являются основным источником загрязнения атмосферного воздуха, связанным с работой нефтеперерабатывающих предприятий. Помимо этого, загрязнение атмосферы может происходить за счёт паров органических соединений, которые выделяются в процессе разлива нагретого битума в железнодорожные бункеры и специальные тары и бочки для его охлаждения.

Состав газов, выделяющихся в процессе окислении в колонне при использовании в качестве сырья гудрона на примере западно-сибирской нефти представлен в таблице (таб.2). [2]

Таб.2 Состав газов, выделяющихся при окислении гудрона

Состав газов, % (масс.)	Производство дорожных битумов	Производство строительных битумов
азот	75	75
кислород	3	9
вода	15	10
диоксид углерода	2	2
органические вещества	5	4
расход воздуха, м3/т битума	120-180	270-370

Факельные системы

Факельные системы являются одним из самых главных источников загрязнения атмосферы сернистым ангидридом, оксидом углерода и другими токсичными веществами и вредными газами (рис.14).

Рис.14 факельная система НПЗ

На факельные установки нефтеперерабатывающих заводов направляют горючие и горюче-токсические газы и пары, которые не подходят для использования в качестве топлива для котельных установок и технологических печей. Помимо этого, на факельные установки направляют горючие и горюче-токсические газы и пары также в аварийных случаях. При этом на НПЗ на факелах сжигается сухой газ, поступающий с технологических установок и резервуаров. При сжигании на факельных установках газа происходит загрязнение атмосферы дымом и копотью. Особенно много сажи выделяется при сжигании сбросных газов, содержащих тяжелые углеводороды [8].

3.1. Состав соединений, выбрасываемых в атмосферный воздух и их влияние на живые организмы

Углеводороды

Токсичность нефти и нефтепродуктов напрямую зависит от углеводородов, входящих в их состав. Так, тяжелые бензины из-за своего состава более токсичны, чем легкие. Ещё более токсичными являются сернистые и малосернистые нефти. Сочетание сероводорода и углеводорода является наиболее опасным, так как проявляется намного быстрее.

Углеводородные компоненты негативно влияют практически на весь живой организм. В первую очередь отрицательному воздействию подвергается центральная нервная система. При углеводородных отравлениях поражается промежуточный мозг как высший центр вегетативной нервной системы.

Углеводороды также воздействуют на сердечно-сосудистую систему и вызывают снижение содержания гемоглобина и эритроцитов в крови. Также проводились специальные эксперименты, которые доказали негативное воздействие углеводородов на печень, отражающееся в нарушении функций её работы.

Подвержена влиянию нефтепродуктов и эндокринная система. При хроническом воздействии углеводородов выявляются изменения в щитовидной железе, коре надпочечников, яичниках белых крыс. У животных более интенсивно нарастала масса тела, было выявлено влияние на половую систему [1].

Бензин

Бензин, как и углеводороды, поражает центральную нервную систему, сердечно-сосудистую систему, а также негативно влияет на процессы обмена организма. При проведении экспериментов над животными повышение липоидов в крови, снижение резервной щелочности, изменение содержания калия в сыворотке крови, угнетение окислительно-восстановительных процессов и, как следствие, рост количества недоокисленных продуктов. В целом изменяется иммунобиологическая активность организма. Помимо этого, бензин обладает резко выраженным и неприятным запахом.

Диоксид серы

Диоксид серы является токсичным соединением, однако выраженное негативное воздействие проявляют только высокие концентрации (выше 20 мг/м3), если только это не хроническое отравление. Порог рефлекторного воздействия токсичного газа на функциональное состояние коры головного мозга ниже порога действия на нервную систему и находится на уровне 0,6 мг/м3.

В ходе экспериментов и исследований влияния диоксида серы на живые организмы была установлена разовая ПДК содержания газа в атмосфере, соответствующая 0,5 мг/м3. Вдыхание диоксида серы в низких концентрациях от 2,7 до 21,6 мг/м3 вызывает заметные изменения в дыхании и сердечном ритме, которое становится более поверхностным и быстрым. [1].

Оксид углерода

Опасность оксида углерода заключается в том, что этот газ легко вступает в реакцию с гемоглобином, в результате чего кислород перестаёт транспортироваться из лёгких к тканям. Следствием этого является аноксемия - недостаток кислорода в организме, которая прежде всего отражается прежде на центральной нервной системе. При вдыхании оксида углерода активно проявляется атеросклероз - хроническое очаговое поражение артерий, накопление холестерина и образование холестериновых бляшек, что может быть смертельно опасным для человека. Среднесуточная ПДК оксида углерода в атмосферном воздухе равна 1 мг/м3.

Оксиды азота

Влияние оксидов азота отражается в раздражающем действии на органы дыхания, при высоких концентрациях газы способны вызвать отёк лёгких. При концентрации 15 мг/м3 ощущается явный запах оксида азота и слабое раздражение глаз, опасной является концентрация 200--300 мг/л. Учитывая высокую токсичность диоксида азота, в качестве среднесуточной ПДК в атмосферном воздухе рекомендовали концентрацию 0,085 мг/м3, т.е. на уровне максимальной разовой величины [9].

3,4-Бензпирен

Одна из главных причин возникновения раковых заболеваний и злокачественных опухолей - это химические канцерогенные соединения. Полициклические ароматические углеводороды, образующиеся при горении и сухой перегонке топлива, являются самыми распространёнными из этой группы токсичных соединений. Установленная ПДК 3,4-бензпирена в воздухе равна 0,1 мкг/100м3. Такое содержание ароматических углеводородов в атмосфере наблюдалось в сельских местностях и местах, удалённых от промышленных производств, химических предприятий и транспортных путей.



4. Основные источники образования сточных вод

Особенностью предприятий нефтеперерабатывающей промышленности является то, что сточные воды образуются, как правило, не от изолированных производственных процессов или агрегатов, а являются совокупностью потоков, собираемых от предприятия в целом (рис.15). [9]

Рис.15 Промышленные сточные воды

Как уже говорилось ранее, нефтеперерабатывающие заводы подразделяются на: топливные, топливно-масляные, топливные нефтехимические и топливно-масляные с нефтехимическим производством. В зависимости от профиля НПЗ и технологии переработки сырой нефти, а также конечной продукции определяются отходы производства и содержание различных ЗВ в сточных водах.

Расход воды для производственных нужд и объем сточных вод растёт с глубиной переработки нефти. Самыми водоёмкими являются стадии подготовки нефти, в процессе ее обезвоживания и обессоливания.

В сырую нефть добавляют воду, а затем вновь образованная эмульсия проходит две стадии: термическое отстаивание (75--80°С) и разрушение эмульсий и обезвоживание в электродегидротаторах. При этом применяются деэмульгаторы: ОП-7, ОП-10, диосольван, ОЖК и др. Вода, отделившаяся на установках ЭЛОУ, отводится в специальную сеть канализации. В ней содержатся соли, нефть, сернистые соединения и другие вещества, находящиеся в сырой нефти в виде примесей [1].

Атмосферная и вакуумная переработка нефти

Нефть после ЭЛОУ проходит теплообменники, подогревается в печи АВТ и подается в атмосферную ректификационную колонну, где она разделяется для получения легких нефтепродуктов. Светлые продукты -- бензин, керосин и дизельное топливо -- охлаждаются и конденсируются. Остаток же нефтепродуктов направляется вакуумную колонну, где формируется в масляные дистилляты и кубовый остаток. В ходе процесса отработанная вода загрязняется парами нефтепродуктов и сероводородом.

Помимо этого, на установках АВТ осуществляется промывка водным раствором щелочи для очистки нефтепродуктов от соединений серы. После использования раствор, содержащий различные загрязняющие вещества, включая фенолы, сбрасывается в специальную сернисто-щелочную канализацию. То есть на данной стадии образуются сточные воды двух видов: сернисто-щелочные при очистке нефтепродуктов от сернистых соединений и сточные воды после барометрических конденсаторов смешения. И в тех, и в других содержатся нефть, нефтепродукты и соединения серы [1].

Деструктивная переработка нефти

При глубокой переработке нефти с применением процессов крекинга образуются: газообразные углеводороды, жидкие дистилляты, бензин, толуол, кокс и др. На данном этапе в канализацию сбрасывается вода, используемая для охлаждения нефтепродуктов, и вода из водоотделителей, образующаяся в процессе конденсации. Из-за непосредственного контакта с нефтепродуктами в сбрасываемой воде могут содержаться значительные концентрации углеводородов, а при переработке сернистых и высокосернистых нефтей также сульфиды аммония и фенолы [4].

Очистка нефтепродуктов

Очистка нефтепродуктов осуществляется с помощью кислотной и щелочной промывки. В ходе очистки образуется много отходов-- щелочных сточных вод, кислых гудронов и других загрязняющих соединений, утилизация которых затруднительна. Решение этой проблемы очень важно для защиты окружающей среды.

Кроме общих методов очистки нефтепродуктов применяют специальные методы, например, обессеривающие методы, более перспективным среди которых признан метод каталитической гидрогенизации, очистка с помощью селективных растворителей и другие [9].

Получение и очистка масел

Масляные фракции на установках НПЗ подвергаются очистке с помощью растворителей для удаления из масляных фракций ненужных минеральных примесей (сернистых, азотистых, смолистых). При этом загрязняющие вещества и вредные примеси могут попадать в канализацию в результате аварий, не герметичности оборудования и аппаратов, коррозии трубопроводов и т.д.

Значительное количество загрязнений поступает в сточные воды НПЗ из резервуарных парков и при ремонте оборудовании. Дополнительным источником загрязнения канализации нефтепродуктами и механическими примесями являются дождевые и талые воды [6].

4.1. Классификация сточных вод

На НПЗ выделяют несколько типов сточных вод, в зависимости от содержащихся в них примесях.

1. Нейтральные нефтесодержащие сточные воды.

К ним относятся сточные воды, образующиеся при конденсации, охлаждении и промывке нефтепродуктов, после смыва полов производственных помещений, очистки аппаратуры, а также ливневые воды с площадок технологических установок. Загрязняющим веществом здесь выступает нефть, присутствующая в воде в виде эмульсии. Относительно низкое содержание солей даёт возможность использовать эти СВ после очистки в оборотном водоснабжении.

2. Солесодержащие сточные воды

Содержание солей в этих сточных водах преимущественно зависит от качества перерабатываемой нефти. Они поступают от электрообеосоливающих установок и сырьевых парков, а также с территории этих объектов в виде дождевых потоков. ПДК нефтепродуктов в этих водах не должно превышать 10 г/л. Несмотря на это, в связи с не герметичностью оборудования и установок, часто показатели достигают до 30 г/л.

3. Сернисто-щелочные сточные воды

Образуются в процессе щелочной очистки нефтепродуктов. Периодичность сброса сточных вод колеблется от 2 до 45 дней и зависит от мощности технологических установок, установленного режима переработки, гидравлической нагрузки на щелочные отстойники и т.д. Среднесуточный сброс этих вод колеблется от 0,0009 до 0,0019 м3 на 1 т перерабатываемой нефти. [9]

4. Кислые сточные воды

Содержат до 1 г/л серной кислоты и образуются на цехе регенерации серной кислоты в результате не герметичности оборудования, а также коррозии установок.

5. Сероводородсодержащие сточные воды

Источники поступления сточных вод данного типа - барометрические конденсаторы смешения и технологические конденсаты установок АВТ. При объединении НПЗ и нефтехимических производств появляются сточные воды, загрязненные продуктами нефтехимического синтеза. Состав сточных вод обусловлен ассортиментом конечной продукции.

Так, можно сделать вывод о том, что в сточные воды НПЗ содержат в себе большое количество различных загрязняющих веществ, таких как нефть, бензол, кислоты, соли, дезмульгаторы, смолы, фенолы, толуол. Самыми опасными для водоёмов и окружающей среды являются сульфиды и сульфогидраты.

4.2 Нефти и нефтепродукты, сбрасываемые со сточными водами и их влияние на водные объекты

Продукты и отходы производства нефтеперерабатывающих заводов, попадая в окружающей среде в водные объекты, оказывают негативное влияние на качество воды и санитарно-гигиенические условия жизни и водопользования населения, нанося этим экологический и экономический ущерб.

Исследования по гигиеническому нормированию вредных веществ сточных вод НПЗ было показано, что нефть и нефтепродукты, поступающие в водоем со сточными водами, неблагоприятно влияют на условия водопользования населения вследствие появления запахов в воде [9]. Даже после очистки сточных вод на НПЗ в ней все ещё остаются загрязняющие вещества (таб. 3).

Таблица 3. Характеристика сточных вод на НПЗ

В водоёмах происходит окисление нефти и нефтепродуктов, причём важную роль в окислении играют наличие в воде кислорода и микрофлоры. При спуске СВ нефтеперерабатывающих заводов в водоем попадает нефть в всплывающем, растворенном и эмульсированном виде. На поверхности водоёмов образуется почти нерастворимая нефтяная плёнка, которая негативно влияет на кислородный режим водоёма. Под действием ветра происходит загрязнение береговой линии. Нефть в виде эмульсий, присутствующая в сбрасываемых сточных водах НПЗ хорошо смешивается с водой, распределяясь по все толще воды, в то время как тяжелые продукты переработки нефти опускаются на дно и образуют очаги вторичного загрязнения водоема.

Нефть обладает значительной стабильностью в воде: при температуре воды не выше 5°С загрязнение воды нефтью за 30 дней уменьшается только на 15%, при средних температурах до 20 °С -- на 40--50% [6].

Негативное влияние бензина, попадающего в организм животных вместе с водой, поражает нервно-регуляторный аппарат сердца и миокарда, приводит к истощению организма, вызывает паранхематоз, а также приводит к изменению и мутации внутренних органов.

Керосин является слабо растворённым нефтепродуктом, а его воздействие на живой организм схож с негативным влиянием бензина. Уровень ПДК нефтепродуктов соответствует 0,05 мг/л. Превышение нормы допустимой концентрации придаёт рыбе отчетливый запах нефтепродуктов.

Бензол -- бесцветная хорошо растворимая жидкость, образующаяся при перегонке нефти на НПЗ. Даже при низких концентрациях бензол оказывает сильное воздействие на кровь, вызывая лейкопению и другие заболевания, вплоть до смертельного исхода. Ещё более токсичными являются соединения бензола с толуолом и ксилолом.

Ксилол -- это бесцветная слабо растворимая жидкость, которая прежде всего оказывает наркотическое действие на организм человека. В сточные воды НПЗ ксилол попадает после щелочной очистки нефтепродуктов в виде солей. Его воздействие в малых концентрациях вызывает раздражение костного мозга, лимфатических узлов и селезёнки.

Этилен -- это бесцветный газ, способный растворяться в воде. Это исходный продукт для синтеза различных спиртов, этиленгликоля, полиэтилена, дихлорэтана. Действие этого газа проявляется в виде сильного наркотика, а длительное воздействие на организм вызывает поражение печени и негативно влияет на кровеносную систему. При концентрации этилена более 10 мг/л идёт нарушение процесса самоочищения водоёма, что может в дальнейшем привести к эвтрофикации. [7]

Также необходимо сказать о деэмульгаторах, поверхностно-активных веществах (ПАВ), которые применяются в процессе обезвоживания и обессоливания сырой нефти, и являются основным источником загрязнения СВ нефтеперерабатывающих заводов. ПАВ адсорбируются и образуют молекулярный слой. ПАВы в воде реагируют с солями магния и кальция, образуя осадки, негативно влияющие на санитарное и экологическое состояния водоёма, и способствующие образованию шламов при деэмульгации нефти (рис.16).

Рис.16 ПАВ

При этом образуются стойкие эмульсии нефти, не поддающиеся ни отстаиванию, ни всплыванию.



5. Загрязнение почвы

Загрязняющие вещества и вредные примеси, содержащиеся в выбросах и отходах нефтеперерабатывающих заводов, поступающих в биосферу, своим количеством в десятки и сотни раз превышают естественный уровень содержания в ней некоторых компонентов. При этом, верхний слой почвы способен накапливать большое количество загрязнителей, таких как нефтепродукты, ароматические углеводороды, сульфаты, бензапирен, сероводород, окислы, являясь для них своеобразным резервуаром. [1]

Основными источниками загрязнения почвы производственными отходами являются деятельность, основанная на складировании и захоронении отходов, а также процесс адсорбции атмосферных выбросов. Особую опасность представляют ароматические углеводороды, образовавшиеся в процессе переработки, так как их токсичность по сравнению с сырой нефтью намного выше. Их содержание в количестве 10--25 мг/кг почвы может привести к угнетению некоторых микробиологических процессов, происходящих в ней. Прежде всего, нарушается процесс нитрификации и ацетиленовой азотфиксации [4].

В России огромное количество нефтегазовых месторождений расположены в Западной Сибири, на территории с суровым климатом, вечной мерзлотой и низкой среднегодовой температурой. А как известно, снег является отличным индикатором загрязнения ОС, способным накапливать фенол, углеводороды, нефть, оксиды азота, серы, аммиак, а также тяжелые металлы, содержащиеся в выбросах НПЗ. При таянии снежного покрова загрязняющие вещества попадают не только в почву, но и вымываются в подземные и поверхностные воды (рис.17).

Рис.17 Загрязнение нефтью и нефтепродуктами литосферы и гидросферы

Исследования, проведённые в районах НПЗ показали, что почва подвергается загрязнению нефтепродуктами и выбросами промышленных предприятий в радиусе до 3-х км и глубиной до 60--80 см. В километровой зоне концентрации загрязняющих почву химических веществ значительно ПДК. [6]

Для снижения фонового загрязнения санитарно-защитную зону (3 км) засаживают деревьями и кустарниками, обладающими высокой газоустойчивостью для создания светофильтров -- зеленой защиты от химических загрязнений. На данной территории недопустимо размещение сельскохозяйственных угодий, жилых зданий, баз отдыха и лечения и т.п.



6. Влияние загрязнения на биоту

Загрязнение поверхностных вод нефтепродуктами с НПЗ приводит к значительным изменениям условий жизнедеятельности организмов, обитающих в верхних горизонтах воды. Особое влияние на динамику биологических процессов оказывает нефтяная плёнка, так как процесс микробиологической деструкции углеводородов нефти расходует огромное количество растворенного кислорода. Так, для полного окисления 10 л сырой нефти требуется столько кислорода, сколько его содержится примерно в 3750 м³ воды поверхностного 30-сантиметрового слоя. [1]

Влияние нефтепродуктов на водные организмы по тяжести воздействия делятся на пять категорий:

1) отравление организмов с летальным исходом;

2) серьезные нарушения физиологической активности гидробионтов;

3) прямое обволакивание птиц и морских животных нефтепродуктами;

4) болезненные изменения в организме гидробионтов, вызванные внедрением углеводородов;

5) изменение химических, биологических и биохимических свойств среды обитания. [7]

Отравление гидробионтов нефтепродуктами с летальным исходом наступает в результате прямого воздействия углеводородов на внутриклеточные процессы. Особенно страдает прибрежная зона водоёмов, так как она более подвержена нефтяному загрязнению именно здесь сконцентрирована большая масса организмов. При загрязнении воды нефтепродуктами на довольно больших глубинах токсичные элементы частично испаряются, а также разбавляются водой, образуя эмульсии с менее опасными концентрациями, которые тем не менее также оказывают отрицательное воздействие на водные экосистемы и биоценоз (рис. 18).

Рис.18 Растворимость нефти и нефтепродуктов в водоёме

Нефтепродукты также оказывают негативное влияние на птиц, планктон в зоне прилива и низкорастущие растения (рис. 19). Из-за нефти оперение птиц слипается и теряет свои свойства, такие как теплообмен с окружающей средой и другие, а при попытке очистить перья птицы заглатывают нефтепродукты и погибают от удушья или же закупорки желудка. В водных объектах с медленным водообменом происходит практически полное уничтожение водной флоры и фауны.

Рис.19 Загрязнение водоёма нефтью в зоне прилива

Помимо этого, нефть, попадая в водоёмы, создают в межсезонный период непроходимый барьер для некоторых видов рыб, чувствительных к углеводородному загрязнению [9]. При этом, даже небольшие концентрации нефти и нефтепродуктов оказывают негативное воздействие на гидробионтов, если они длительный период находились в загрязнённой среде.

Главное воздействие нефти и нефтепродуктов на природно-растительный комплекс заключается в снижении биопродуктивности почвы и фитомассы. Характер и степень воздействия зависит от самого загрязняющего вещества (наиболее токсичными являются нафтеновые и керосиновые фракции с наиболее высокой температурой кипения), класса его опасности, видовым составом растительности, времени года, климата и других факторов.

Самоочищение грунта от нефтепродуктов происходит за счёт биологического окисления почвенными микроорганизмами, а также химического окисления. Атмосферные осадки также играют свою роль в процессе очищения почвы, вымывая нефтепродукты из верхних слоёв и снижая их концентрацию. Однако в северных районах из-за холодного климата, малой растительности и других климатических особенностей процесс самоочищения будет происходить гораздо медленнее, чем в умеренном климатическом поясе, а значит и загрязнение почвы нефтью будут гораздо серьёзнее, что может привести к необратимым процессам. Утечка нефти из резервуаров на НПЗ наиболее опасна при загрязнении грунта нефтью.

Так, можно сделать вывод о том, что самыми опасными для биоты являются нефтепродукты с высокой температурой кипения (150-2700С), а воздействие нефти на грунтовую среду сводится к снижению биологической продуктивности почвы и фитомассы растительного покрова [1].



7. Влияние загрязнения на человека

Научно доказано, что легочные, онкологические, кожные и другие заболевания связаны с характером и уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

Возрастающее число раковых заболеваний пропорционально числу труб, выбрасывающих загрязняющие вещества в атмосферу и т.д. [7]. Канцерогенные загрязняющие вещества при контакте с клеткой организма человека воздействуют на неё, а отрицательное воздействие имеет свойство накапливаться, даже если оно происходит с различной периодичностью во времени. При этом возрастает вероятность появления злокачественного образования.

Окись углерода также опасна для человека, вызывая отравление даже в небольших концентрациях. Весь секрет в том, что окись углерода быстрее кислорода усваивается в крови человека и образует стойкие связи с гемоглобином, образуя соединение карбоксигемоглобин (рис. 20).

Рис.19 Реакция образования карбоксигемоглобина

Даже слабой концентрации СО в воздухе, вдыхаемом человеком достаточно, чтобы превратить примерно 2/3 гемоглобина крови в карбоксигемоглобин. Кровь насыщается СО, происходит нарушение дыхательной функции крови и человек погибает от кислородной недостаточности.

Особенно опасна окись углерода для работников НПЗ, так как они практически постоянно вдыхают СО, содержащуюся в атмосферном воздухе, из-за чего у них возникают нарушения сердечно-сосудистой функции. Содержание СО в атмосфере при концентрации 0,1% в 35 раз увеличивает смертность больных острым инфарктом миокарда и т. д. [7]

Ещё одним опасным загрязняющим атмосферу веществом является сера, образующаяся в процессе переработки сырой нефти на НПЗ. Среди загрязнителей она занимает довольно значимое место и присутствует в составе сульфатных аэрозолей, которые довольно распространены в наше время. В концентрациях, превышающих ПДК, сернистые соединения способны вызвать нарушение дыхательных функций организма. Сера воздействует на слизистые оболочки организма, вызывает воспаление носоглотки, трахеи, способствует проявлению бронхита и астмы. Так, например, подтверждена зависимость обострения хронического бронхита и астмы от уровня загрязнения воздуха сернистым газом. Доказана статистика, указывающая на связь детской заболеваемости (особенно органов дыхания) с уровнем загрязнения атмосферного воздуха сернистым газом. [8]

...