Загрязнения попадают в атмосферу в результате природных процессов и хозяйственной деятельности человека, т. е. из антропогенных источников.Естественным путем атмосфера загрязняется при извержениях вулканов, лесных пожарах, пыльных бурях и др. При этом в атмосферу попадают твердые и газообразные вещества, которые относят к непостоянным, переменным составным частям атмосферного воздуха.
Водяной пар содержится в атмосфере в концентрации 1—3% (об.), которая зависит от высоты слоя воздуха (основная масса водяного пара сосредоточена в слое воздуха до 6 км от Земли), времени года (летом больше, чем зимой), географической широты (максимальная влажность наблюдается на экваторе), температуры (при высокой температуре больше, чем при низкой). В настоящее время водяной пар не считают загрязнителем, однако при поступлении этого компонента в больших количествах возможно изменение температуры атмосферы.
К примесям в атмосфере антропогенного происхождения относятся: выбросы промышленных предприятий, автотранспорта, сельскохозяйственных предприятий, продукты сгорания топлива и сжигания отходов. Эти примеси характеризуются большой сосредоточенностью в пространстве, неоднородностью по составу и неравномерностью распределения. Выбросы наблюдаются в густонаселенных районах; они содержат много веществ, отрицательно влияющих на здоровье человека, материалы, растительный и животный мир.
При неблагоприятном состоянии атмосферы (штиль, инверсия) резко увеличивается загрязнение воздуха в приземном слое. Через неплотности оборудования в атмосферу могут попадать не только углеводороды, но и продукты нефтехимических производств — оазличные кислородсодержащие органические соединения. Низкомолекулярные кислородсодержащие органические соединения могут выбрасываться также в атмосферу с отработанным воздухом.
Загрязнения, попадающие в атмосферу, претерпевают ряд химических превращений, приводящих к образованию нежелательных продуктов, вызывающих, в частности, фотохимический смог. Для атмосферных реакций, обычно протекающих при довольно низких температурах, важным фактором активации молекул является солнечный свет. Бимолекулярные взаимодействия кванта света с молекулой и вызываемые им последующие физические и химические изменения называются фотохимической реакцией. Солнечный свет — обязательное условие фотохимических процессов.
В загрязненной атмосфере диоксид серы, оксиды азота и углеводороды присутствуют одновременно. Облучение олефинов с прямой цепью и ароматических соединений в присутствии диоксида серы и оксидов азота приводит к образованию значительного количества аэрозолей. Скорость реакции для диоксида азота зависит от соотношения реагентов.
ПДК вредного вещества в атмосфере — это максимальная концентрация, отнесенная к определенному периоду осреднения (20—30 мин, 24 ч, месяц, год), которая не оказывает ни прямого, ни косвенного вредного воздействия на человека и санитарно-гигиенические условия жизни.
Анализ воздуха, содержащего загрязнения, довольно сложен, так как необходимо, с одной стороны, проанализировать сложную по составу многокомпонентную смесь, а с другой — провести избирательное определение содержания вредных веществ при их концентрации в воздухе на уровне ПДК и ниже. Кроме того, определение не должно быть длительным (по ГОСТу длительность отбора проб не должна превышать 30 мин).
Очистка газа — отделение от газа или перевод в безвредное состояние загрязняющего вещества, выбрасываемого промышленным источником.В практике газоочистки известны разнообразные методы и аппараты удаления пыли и вредных газов. При выборе метода учитывают вид загрязнений, их химические и физико-химические свойства, характер производства, возможность использования имеющихся в производстве веществ в качестве поглотителей для газа, целесообразность утилизации отделенных примесей, затраты на очистку.
Основное достоинство этих устройств — простота конструкции. Они пригодны, главным образом для предварительной грубой очистки.Пылеосадительная камера. Это наиболее простое устройство для улавливания пыли. Оиа предназначена для предварительной очистки газов с улавливанием грубоднспсрсных частиц размером от 50 до 500 мкм. Взвешенная в потоке газа пыль осаждается под действием силы тяжести.
Эти аппараты применяют в тех случаях, когда возможно увлажнение очищаемого газа. Запыленный газ контактирует с жидкостью или орошаемыми ею поверхностями.Промывные башни. Эти аппараты наиболее просты по конструкции (рис. 8), в них имеется насадка из колец Рашига, орошаемая водой или другой жидкостью. Газ подают в нижнюю часть аппарата, после очистки его выводят сверху. Недостаток— частая забивка насадки при очистке газов.
Фильтрация через пористые материалы — один из наиболее совершенных методов очистки газов от твердых частиц. Газовый поток проходит через пористый материал различной плотности и толщины, в котором задерживается основная масса пыли. Для очистки газов применяют два вида промышленных фильтров: тканевые и зернистые.
Зернистые фильтры. Могут работать при очень высоких температурах и агрессивных средах, способны выдерживать большие механические нагрузки, резкие перепады давления и температуры.Различают зернистые фильтры: насыпные и жесткие пористые.
В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности характерными кислыми веществами, выбрасываемыми в атмосферу, являются диоксид углерода, сероводород, оксиды серы и азота.
Диоксид углерода — относительно малотокенчный газ. Поэтому специальных способов очистки выбросов в атмосферу от диоксида углерода в настоящее время не применяют. Но в промышленности от него очищают ряд технологических газов (в первую очередь, этилен), предназначенных для дальнейшей переработки и где диоксид углерода является нежелательной примесью.
Для очистки газов от больших количеств оксида углерода применяют аммиачные растворы закисных (одновалентных) солей меди. Для повышения поглотительной способности медно-аммиачных растворов процесс ведут при низких температурах ¡0—25 °С) и высоких давлениях (10—30 МПа). Процесс о снова и па образовании комплексного медноаммиачного соединения.
До последнего времени для улавливания диоксида серы применяли единственный метод — сооружение высоких дымовых труб. Такой способ позволяет снизить концентрацию диоксида серы в приземном слое на территории предприятий. Кроме того, вследствие окисления диоксида серы до триоксида с последующим растворением в воде, взаимодействия с аммиаком, находящимся в атмосфере, происходит самоочищение атмосферы от диоксида серы. Продолжительность его существования в атмосфере 5—120 ч.
Методы очистки газов от оксидов азота можно разделить на окислительные, восстановительные и сорбционные.Окислительные методы. Эти методы основаны на предварительном окислении монооксида азота и последующем поглощении диоксида азота и триоксида диазота различными поглотителями.
При транспортировании углеводородов по трубопроводам потери возникают в резервуарных парках, на насосных станциях и линейной части трубопроводов вследствие утечек и испарения. Для снижения попадания углеводородов в окружающую среду применяют изоляционные покрытия от коррозии (битумные и битумно-резиновые мастики, пленочные полимерные материалы), используют электрохимические методы защиты, проводят систематический контроль за состоянием трубопроводов с помощью специальных детекторов утечек; используют гасители гидравлических ударов для предохранения трубопровода от гидравлических ударов, приводящих к авариям; внедряют средства автоматизации и телемеханизации.
Пары углеводородов выделяются в атмосферу через неплотности оборудования, арматуры и фланцевых соединений, сальниковые устройства насосов и компрессоров. Поэтому большое внимание уделяют герметизации оборудования и уплотнению движущихся деталей, строгому соблюдению технологического регламента, исключению аварийных ситуаций.
Рекуперация предназначена для улавливания углеводородов из производственных или вентиляционных газов и повторного их использования.Метод рекуперации выбирают в зависимости от концентрации паров углеводородов в воздухе. При больших концентрациях (170—250 г/м !) применяют конденсацию охлаждением; средних (140—175 г/м3)—абсорбцию; низких (50—140 г/м3) — адсорбцию.
Отходящие газы, не содержащие токсичных веществ, также должны быть рассеяны в атмосфере, так как при повышенном содержании инертного газа снижается концентрация кислорода в воздухе. Методы очистки газов необходимо сочетать с рассеиванием их в атмосфере.
Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность относится к водоемким отраслям народного хозяйства и уступает по водопотреблению лишь энергетике, металлургии, химической промышленности п коммунальному хозяйству. Большую часть воды используют для охлаждения и конденсации продуктовых потоков. В значительной части технологических процессов воду потребляют как растворитель или реагент, вводят в виде пара. Вода, пройдя тот или иной производственный цикл, претерпевает различные изменения либо безвозвратно теряется. Образующиеся сточные воды содержат растворимые и нерастворимые органические и неорганические вещества, включая токсичные.
Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем, хотя водое.мы и способны к самоочищению путем биохимического распада органических веществ под действием микроорганизмов. Самоочищающая способность реки зависит от запаса растворенного кислорода, а также от скорости речного потока, химического состава воды, ее температуры, массы взвешенных веществ, донного осадка и др. Под воздействием природных факторов могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, отрицательно влияющие на качество воды. Поэтому сточные воды, а также их смеси перед спуском в водоем должны быть очищены до такой степени, чтобы они не оказали на него вредного влияния.
Производства органических веществ из углеводородов нефти и газа (нефтехимическая и химическая промышленность) и производства топлив, масел, углеводородного сырья химических процессов (нефтеперерабатывающая промышленность) относятся к водоемким. Большую часть воды расходуют для охлаждения и конденсации продуктовых потоков. В значительной части технологических процессов воду используют как растворитель или вводят в виде пара. Воду применяют и как реагент химических реакций.
Основной путь уменьшения сброса в водоемы загрязненных и условно чистых вод—повторное их использование, т. е. организация оборотного водообеспечения.При прямоточном водообеспечении вся забираемая из водоема вода после использования в технологическом процессе возвращается в водоем за исключением безвозвратных потерь и производстве и потерь со шламом на очистных сооружениях (рис. 28, а).
На ряде нефтеперерабатывающих заводов водообеспечение осуществляется на базе двух систем. Первая система предназначена для охлаждения и конденсации светлых и темных нефтепродуктов (углеводороды С5 и выше), вторая — продуктов, вырабатываемых на газоперерабатывающих и газофракционирующих установках (углеводороды не выше С4), где требуются более низкие температуры охлаждения. На установках, загрязняющих воду специфическими веществами, используют локальные системы водообеспечения. Количество свежей подпиточной воды составляет 3—5% от циркулирующей воды, в летнее время — 7—10 %.
Методы очистки сточных вод можно разделить на три группы: механические, физико-химические, биохимические.В комплекс очистных сооружений, как правило, входят сооружения механической очистки. В зависимости от требуемой степени очистки вод включают сооружения физико-химической или биохимической очистки, а при более высоких требованиях— глубокой очистки. Очищенные сточные воды обеззараживают, образующийся на всех стадиях очистки осадок или избыточная биомасса поступают на сооружения по обработке осадка (рис. 31). Очищенные сточные воды направляют в оборотные системы водообеспечения или сбрасывают в водоем. Обработанный осадок утилизируют, уничтожают или складируют.
Механические методы очистки промышленных сточных вод применяют для выделения нерастворимых минеральных и органических примесей — взвешенных частиц размером более 5— 10 мкм. Для удаления более легких частиц необходимо их предварительное укрупнение.
Недостаток биохимической очистки — большие капитальные затраты, необходимость предварительного удаления токсичных веществ, строгого соблюдения технологического режима очистки и разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей. Тем не менее биохимическая очистка получила широкое распространение, так как позволяет очистить сточные воды до уровня, достаточного для возврата их в оборотные системы охлаждения и таким образом значительно сократить сброс сточных вод в водоем.
Существуют следующие мембранные методы; микрофильтра-цня — процесс разделения коллоидных растворов и взвесей под действием давления; ультрафильтрация — разделение жидких смесей под действием давления; обратный осмос — разделение жидких растворов путем проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного к раствору давления, превышающего его осмотическое давление; диализ — разделение в результате различия скоростей диффузии веществ через мембрану, проходящее при наличии градиента концентрации; электродиализ — процесс прохождения ионов растворенного вещества через мембрану под действием электрического ноля.
Отходы, загрязняющие почву, подразделяют на бытовые, сельскохозяйственные и промышленные.Бытовые отходы. Эти отходы занимают большие площади при складировании. Ежегодно на одного городского жителя приходится 1 т твердых отходов. Масса отходов ежегодно увеличивается на 1 —1,5%. По расчетам Академии коммунального хозяйства, твердые бытовые отходы в целом по стране в 1985 г. составили 213 млн. м3, к 1990 г. их количество возросло до 230 млн. м1. Проблема удаления бытовых отходов является очень острой.
На очистных сооружениях химических и нефтехимических заводов скапливается большое количество осадков, содержащих органические, неорганические соединения и их смеси. Наибольшее количество осадков образуется при биохимической очистке сточных вод. В зависимости от состава осадки сточных вод подвергают непосредственной утилизации, переработке, хранению в почве или специальных сооружениях. Основные способы переработки осадков — уплотнение, обезвоживание и кондиционирование с последующей ликвидацией или утилизацией (рнс. 44).
Отработанные нефтепродукты являются, как правило, отходами потребления и включают отработанные моторные и индустриальные масла, а также смесь отработанных нефтепродуктов. Количество и качество отработанных масел в первую очередь зависит от организации сбора, качества исходного масла, оборудования и условий его эксплуатации. Масла в процессе использования загрязняются водой и пылью, продуктами коррозии при соприкосновении с металлами, продуктами окисления, образующимися при контакте с воздухом и под воздействием повышенных температур. Свойства масел ухудшаются под влиянием естественного света, давления, электрического поля и других факторов. Масла в процессе эксплуатации оборудования разжижаются топливом.
Основная часть отходов образуется при очистке и промывке оборудования.Несмотря на небольшой выход этих отходов, потери народного хозяйства, с учетом миоготоииажиости производства синтетического каучука, весьма значительны. На их уничтожение требуются значительные средства.
Малоотходная технология — такой способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеничес-кими нормами, при этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья и материалов (определяемая отраслевыми нормативами) переходит в неиспользуемые отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.
Нефть используют в химических производствах как энергоноситель и как сырье. На производство химической продукции расходуют около 5% нефти, добываемой в стране, примерно 3% тратят на выработку всех видов энергии, обеспечивающих проведение нефтехимических процессов. В перспективе в промышленности органического синтеза намечается потреблять 20— 25% нефтяного сырья от объема первичной перегонки нефти.
В настоящее время считают, что только этан может быть безусловным сырьем пиролиза, так как других более эффективных направлений его использования пока нет. Мировой опыт свидетельствует о том, что сжигать этансодержащий газ для топливных целей невыгодно. Если в газе или во фракциях газоперера-ботки содержание этана превышает 3%, то его целесообразно выделять.
Взаимодействие алифатических олефинов с синтез-газом (оксидом углерода и водородом), в результате которого обра-зуются альдегиды или первичные спирты, называется оксосиитезом или Iидроформилированием. Использование сннтез-газа расширяет сырьевую базу и создает предпосылки для дальнейшего развития производств органических веществ.
В производстве синтетических жирных кислот, получаемых окислением парафина кислородом воздуха, в качестве побочных продуктов образуются низкомолекулярные кислоты, которые выводят из окислительных колонн с отходящим воздухом.
В СССР более 50% ароматических углеводородов вырабатывают методом каталитического риформинга.Более 82% прямогонного сырья, направляемого на риформинг, расходуют в производстве высокооктановых компонентов автомобильных бензинов, около 18%—в производстве бензола, толуола и суммарных ксилолов.
Бутадиен, изопрен и стирол — мономеры для получения синтетических каучуков. Выработка их достигает 75—80% от общего выпуска каучуков. Производство изопрена, бутадиена и стирола относится к крупнотоннажным. Мировая выработка стирола превышает выпуск бутадиена, так как стирол применяют и для получения крупнотоннажного пластика — полистирола.
Для создания рациональных схем переработки вторичных материальных ресурсов —отходов в рамках одного предприятия или территориального комплекса могут быть использованы гибкие технологические системы (ГТС).
Для повышения эффективности газо- н нефтедобычи применяют различные химические реагенты, полученные на базе углеводородов нефти и газа (углеводородные растворители, поверхностно-активные вещества, полимерные реагенты и т. д.), а также отходы производства синтетических жирных кислот и высших жирных спиртов (включая кислые стоки), синтетических каучу-ков и полиолефинов, побочные продукты производства алкил-ароматических углеводородов, фенола и ацетона, мономеров для синтетического каучука и др.
При бурении нефтяных и газовых скважин потребляется значительное количество природной воды, в результате чего образуются загрязненные стоки в виде буровых сточных вод. В сточные воды попадают различные химические реагенты, применяемые для регулирования структурно-механических и коллоидно-химических свойств буровых растворов. Некоторые из них токсичны и представляют опасность для природной среды. Это понизитель вязкости феррохромлигносульфонат, нитронный реагент НР-5, смазывающая добавка, синтетические жирные кислоты, конденсированная сульфит-спиртовая барда и полиэти-леноксид, применяемые как понизители водоотдачи и др. Некоторые реагенты (карбоксиметилцеллюлоза, гидролизованный полиакриламид и др.) представляют меньшую опасность. Основной загрязнитель буровых растворов — нефть.
Метод естественного испарения хотя бы части жидких отходов, заполняющих шламовый амбар, прост и доступен, но мало-ирнемлем из-за чрезмерной длительности. Он может быть рекомендован лишь для предварительной осушки амбаров.
Основные загрязнители морской среды при бурении скважин — буровой шлам, обработанная химическими реагентами промывочная жидкость, буровые сточные воды.В СССР и за рубежом накоплен определенный опыт по обезвреживанию этих отходов плавучих буровых установок.
Основной источник загрязнения окружающей среды при добыче нефти — высокоминерализованные сточные воды нефтепромыслов, включающие пластовые, промливневые, продтоварные, производственные и другие воды. Пластовые воды составляют до 80—95% общего объема сточных вод. С помощью заводнения добывают более 86% всей нефти. Для поддержания пластового давления в пласт закачивают более 1 млрд. м3 воды.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) нашли наибольшее применение в нефтяной промышленности по сравнению со всеми химическими реагентами, рекомендованными для использования в процессах добычи нефти. ПАВ используют для повышения эффективности добычи нефти, снижения гидравлических сопротивлений при транспортировании высоковязких нефтей и водонефтяных эмульсий, сохранения коллекторских свойств продуктивных горизонтов при проведении текущих и капитальных ремонтов скважин.