Очистка газов

Введение

 

Экологические проблемы, имеющие  в настоящее время глобальный социальный характер, наиболее ярко проявились в нефтеперерабатывающей отрасли, где огромная энергонасыщенность предприятий, образование и выбросы вредных веществ создают не только техногенную нагрузку на окружающую среду, но и общественно-политическую напряженность в обществе. Постоянно интенсифицируются технологии, вследствие чего такие параметры как температура, давление, содержание опасных веществ, достигают критических величин. Растут единичные мощности аппаратов, количество находящихся в них опасных веществ. Многие виды продукции нефтеперерабатывающих заводов с передовой технологией, обеспечивающей комплексную переработку сырья и состоящей из сотен позиций взрывоопасны и пожароопасны или токсичны. Перечисленные особенности современных объектов нефтепереработки обусловливают их потенциальную экологическую опасность. Экономическая целесообразность расположения нефтеперерабатывающих предприятий приводит к повсеместному созданию индустриальных комплексов в местах проживания населения.

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; нефть  и нефтепродукты обладают комплексным  воздействием на организм, т. е. поступают  в организм через все входные  ворота; и, наконец, нефть и все  ее производные, способны проникать  и поражать все аспекты окружающей среды, всю среду обитания: воздух, воду, почву, трансформируются во все  живые и неживые объекты в  природе. Все это создает полное экологическое неблагополучие, ухудшение  стандартов жизни, всех санитарно-гигиенических  норм, что не может не отразиться на состоянии здоровья рабочих этих предприятий и населения регионов, где размещены объекты перерабатывающей промышленности. Состояние здоровья людей должно быть главным показателем  социальной эффективности, а создание здоровой среды обитания, обеспечивающей социальное, физическое и психическое  благополучие человека, должно стать  главной концепцией дальнейшего  развития общества.

1. Источники выбросов  на НПЗ

 

Среди загрязнений воздушной среды выбросами НПЗ (сероводород, сернистый газ, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды, и другие токсичные вещества) основными являются углеводороды и сернистый газ. Степень загрязнения воздушной среды зависит от применяемой техники и технологии, а также от масштабов переработки нефти.

По содержанию серы нефти  условно классифицируют на малосернистые (до 0,5%), сернистые (до 2,0%) и высокосернистые (свыше 2,0%).

Потери углеводородов (включая  сернистые соединения):

за счет испарения – 63

из резервуаров и емкостей для хранения нефти и нефтепродуктов (открытого типа с шатровой крышей) – 40

с поверхности сточной  жидкости в нефтеловушках и различных прудах, с сооружений биологической очистки сточных вод, включая испарение из канализационных колодцев и открытых градирен – 19

при наливе в цистерны и  при других товарных операциях - 1,3 

прочие источники испарения, утечки через неплотности, пропуски через клапаны и воздушники на аппаратах, не подключенных к факельной линии и др - 2,7  

потери на факелах – 17

потери при сжигании кокса  с катализаторов, от разливов и утечек в грунт, с газами разложения на АВТ  и битумных установках со шламами, глинами  и т.д – 19

потери со сточными водами – 1

Самым крупным источником загрязнения атмосферного воздуха  являются заводские резервуары для  хранения нефти и нефтепродуктов при обычном атмосферном давлении. Выброс осуществляется через специальные  дыхательные клапаны при небольшом  избыточном давлении паров нефтепродукта  или при вакууме в резервуаре, а также через открытые люки и  возможные неплотности в кровле резервуара. Особенно увеличивается выброс при заполнении резервуара нефтью или нефтепродуктом, в результате чего из газового пространства вытесняются в атмосферу, как правило, пары легких нефтепродуктов.

Дополнительная загазованность атмосферы происходит при нарушении  герметичности резервуаров за счет коррозии крыши, если переработке подвергаются сернистые нефти. При негерметичной  крыше резервуара происходит «выветривание» газового пространства: более тяжелые  пары продукта выходят снизу, а воздух в таком же объеме входит сверху. При наличии ветра потери от вентиляции газового пространства увеличиваются во много раз.

Выброс углеводородов  и сероводорода происходит на атмосферно-вакуумных  и вакуумных установках НПЗ, на последней  ступени паро-эжекторного агрегата неконденсированных газов. При наличии на НПЗ установок каталитического крекинга вакуумного газойля, потери нефти и нефтепродуктов с выжигаемым коксом при регенерации катализатора составляют 5,0—6,5% от перерабатываемого сырья. При мощности завода 12 млн. т/год и выходе вакуумного газойля 10% на нефть они составляют 0,6% от переработанной нефти.

Технологические конденсаты после атмосферных и атмосферно-вакуумных  установок и установок каталитического  крекинга являются источником загрязнения  атмосферного воздуха сероводородом.

Пары нефтепродуктов выделяются в атмосферный воздух через неплотности оборудования, арматуры и фланцевых соединений, через сальниковые устройства насосов и компрессоров. Число насосов и компрессоров на НПЗ средней производительности составляет более 1000. Каждая задвижка, фланцевое соединение, предохранительный клапан и сальник насоса — потенциальные источники загрязнения атмосферного воздуха. 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; для насосной при 20 насосах они могут составлять 20—60 кг/ч, для компрессорной при 5 компрессорах— от 15 до 45 кг/ч.

Выбросы углеводородов в  атмосферу на НПЗ через предохранительные  клапаны достаточно велики. Например, на НПЗ мощностью 12 млн. т/год через  предохранительные клапаны выбрасывается  в сутки около 100 т углеводородов. Кроме того, необходимо учитывать  выбросы в результате недостаточной  герметизации оборудования и арматуры.

Дымовые газы трубчатых печей  технологических установок являются источниками выброса в атмосферный  воздух сернистого ангидрида, оксидов углерода и азота.

Проблема выбросов оксида углерода на установках каталитического  крекинга с псевдоожиженным слоем в настоящее время приобрела особое значение. Это связано со значительной коррозией оборудования, (вызванной повышенными температурами в циклонах или в линии отходящих газов в результате дожигания оксида углерода до диоксида в разбавленной фазе катализатора, использованием цеолитных катализаторов, требующих высокой степени выжига кокса повышения температуры регенерации с 620 до 700 °С.

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.

Открытые поверхности  очистных сооружений — песколовок, нефтеловушек, пруды дополнительного отстоя, кварцевые фильтры, аэротенки I и II ступени, вторичные и третичные отстойники после аэротенков, пруды накопители — являются источниками загрязнения атмосферного воздуха и окружающей территории продуктами нефтепереработки.

Основным процессом производства битумов является окисление остатков нефтепереработки кислородом воздуха  при 240—300°С. Газы, выходящие из окислительного аппарата, состоят из азота, кислорода, диоксида углерода, смеси углеводородов  и их кислородных производных, а  также водяных паров, образующихся в ходе реакции окисления углеводородного  сырья, и за счет воды и водяного пара, подаваемых иногда в газовое  пространство окислительного аппарата. Эти выбросы являются одним из основных источников загрязнения воздушного бассейна, связанных с работой  НПЗ. Дополнительным и часто значительным источником загрязнения воздушного бассейна могут быть пары органических соединений, выделяющиеся при наливе горячего битума в железнодорожные  бункеры и автобитумовозы или розливе его в мелкую тару (бумажные мешки, бочки) для охлаждения.

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, на факел направляют горючие и горюче-токсические газы и пары в аварийных случаях, в период пуска оборудования, при остановке оборудования на ремонт и наладке технологического режима (периодические сбросы).

Установка каталитического  крекинга 1-А. Осуществляется каталитический крекинг вакуумного газойля в  кипящем слое катализатора с последующей  ректификацией продуктов реакции. Источниками выделения вредных  примесей являются технологические  печи, регенератор катализатора, производственные помещения насосных и компрессорных. Выбросы катализаторной пыли из регенератора очищаются на электрофильтрах. В  перечень вредных веществ добавляется  пыль катализаторная, которая пронормирована как «взвешенные вещества».

 

Газофракционирующая установка ГФУ. Разделение сжиженных углеводородов газов на фракции происходит в процессе ректификации под давлением с получением пропановой фракции, изобутановой фракции и газового бензина.

Абсорбционно-газофракционирующая  установка АГФУ. Абсорбцией и ректификацией  разделяют смесь легких углеводородов  на «сухой газ» и бутановую фракцию, которая затем подвергается обработке  каустической содой с целью очистки  их от сероводорода.

Перечень вредных примесей на данном этапе производства включает пропан и пропилен.

Установка полимеризации  бутан-бутиленовой фракции. Процесс  полимеризации бутан-бутилена происходит в реакторах в присутствии  катализатора под повышенным давлением  с последующим фракционированием продуктов реакции.

Установка УСКФГ. Установка  сбора и компремирования факельных газов высокого и низкого давления. Сырье - факельные газы с долей сероводорода не более 8%. Продукт - сухой газ с содержанием сероводорода 3%-5%, газовый конденсат.

Комбинированная установка получения ортоксилола, параксилола и бензола.

Широкую прямогонную фракцию  бензина подвергают вторичной перегонке  с целью получения узких фракций. Фр. 85-140°С подвергается гидроочистке, а затем подвергается каталитическому  риформингу с целью обогащения их ароматическими углеводородами, из полученного риформинга выделяют индивидуальные ароматические углеводороды. Сырье - бензин, продукт - параксилол, ортоксилол, бензол, толуол.

Вредные выбросы: бензин, бензол, ксилол, толуол.

Углеводороды. Токсичность  нефтепродуктов и выделяющихся газов  определяется сочетанием углеводородов, входящих в их состав. От преобладания углеводородов того или иного  ряда зависят токсические свойства нефтепродуктов. Так, тяжелые бензины  являются более токсичными по сравнению  с легкими. Токсичность смеси  углеводородов в составе нефтепродуктов, выше токсичности отдельных компонентов  смеси. Значительно возрастает токсичность  нефтепродуктов при переработке  сернистых и многосернистых нефтей. Основной вредностью при переработке  нефтей, содержащих сернистые соединения, является комбинация углеводородов  и сероводорода. Комбинированное  действие углеводородов и сероводорода проявляется быстрее, чем при  изолированном действии углеводородов.

 

 

Диоксид серы. Острое токсическое действие оказывают более высокие концентрации; хроническое отравление, несомненно, имеет место также при концентрациях, лежащих выше порога раздражения.

Оксид углерода. Токсичность  оксида углерода для человека связана  с высокой способностью этого  газа вступать в реакцию с гемоглобином, образуя «карбокси-гемоглобин, не способный транспортировать кислород из легких к потребляющим тканям. Вследствие этого наступает аноксемия, отражающаяся прежде всего на центральной нервной системе. Под влиянием вдыхания оксида углерода усиливается атеросклеротический процесс.

Оксиды азота оказывают  раздражающее действие на органы дыхания, особенно на легкие, и в больших  концентрациях вызывают отек легких. Опасной при кратковременном  дыхании является концентрация 200—300 мг/л. При концентрации 15 мг/м3 ощущается  явный запах оксида азота и  слабое раздражение глаз; при концентрации 10 мг/м3 запах едва заметен; при концентрации 3 мг/м3 запаха не обнаруживается.

3,4-Бензпирен. Химические канцерогенные вещества являются одной из причин возникновения раковых заболеваний. Наиболее распространенными из них являются канцерогонные вещества группы полициклических ароматических углеводородов, которые образуются при горении и сухой перегонке топлива, т. е. в условиях пиролитических реакций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Очистка газов от аэрозолей.

 

Методы очистки по их основному  принципу можно разделить на механическую очистку, электроста­тическую очистку  и очистку с помощью звуковой и ультразвуковой коагуляции.

Механическая  очистка газов включает сухие и мокрые методы. К сухим методам относятся: гравитационное осаждение; инерционное и центробежное пылеулавливание; фильтрация.