Очистка газов
Введение
Экологические проблемы, имеющие
в настоящее время глобальный
социальный характер, наиболее ярко проявились
в нефтеперерабатывающей
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
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
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
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
Дымовые газы трубчатых печей
технологических установок
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-
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
Факельные системы являются
значительными источниками
Установка каталитического
крекинга 1-А. Осуществляется каталитический
крекинг вакуумного газойля в
кипящем слое катализатора с последующей
ректификацией продуктов
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-
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
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
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
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.
В большинстве промышленных
газоочистительных установок
Гравитационное осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительных камерах.
Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи).
Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей.
Мокрая очистка газов от аэрозолей основана на промывке газа жидкостью (обычной водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Этот универсальный метод очистки газов от частиц пыли, дыма и тумана любых размеров является наиболее распространенным приемом заключительной стадии механической очистки, в особенности для газов, подлежащих охлаждению. В аппаратах мокрой очистки применяют различные приемы развития поверхности соприкосновения жидкости и газа.
Электростатическая очистка газов служит универсальным средством, пригодным для любых аэрозолей, включая туманы кислот, и при любых размерах частиц. Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных электродах.
3. Очистка газов от парообразных и газообразных примесей.
Газы в промышленности обычно загрязнены вредными примесями, поэтому очистка широко применяется на заводах и предприятиях для технологических и санитарных (экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы:
абсорбция жидкостями;
адсорбция твердыми поглотителями;
каталитическая очистка;
В меньших масштабах применяются термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодействия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном.
Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).
Абсорбционные методы служат
для технологической и
Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых катализаторов, т. е. на закономерностях гетерогенного катализа. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, присутствий: которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами). Адсорбционно-каталитические методы применяют для очистки промышленных выбросов от диоксида серы, сероводорода и серо-органических соединений. Катализатором окисления диоксида серы в триоксид и сероводорода в серу служат модифицированный добавками активированный уголь и другие углеродные сорбенты.
Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителей или оксида углерода. Простейший метод — факельное сжигание — возможен, когда концентрация горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом, температура процесса 750—900 °С и теплоту горения примесей можно утилизировать.
4. Основные аппараты очистки
Рис 1. Реактор полного смешения – скруббер Вентури:
1 – сопло; 2 – горловина; 3 – камера смешения; 4 – разделительная камера.
Главный дефект скруббера Вентури — большой расход энергии по преодолению высокого гидравлического сопротивления, которое в зависимости от скорости газа в горловине может составлять 0,002-0,013 МПа. Помимо того, аппарат не отличается надежностью в эксплуатации, управление им сложное.
Рис 2. Схема мокрого пылеулавливания с предварительной электризацией:
1 – камера электризации; 2 – коронирующий электрод; 3 – пенный аппарат;4 – газожидкостный (пенный) слой; 5 – заземленная решетка; I – очищаемый газ; II – вода; III – очищенный газ; IV – слив шлама
Коагуляцию аэрозолей методом предварительной электризации производят, например, пропусканием газа через электризационную камеру с коронирующими электродами, где происходит зарядка и коагуляция частиц, а затем через мокрый газоочиститель, в котором газожидкостный слой служит осадительным электродом (рис. 2). Осадительным электродом может служить пенный слой в пенных аппаратах, слой газожидкостной эмульсии в насадочных скрубберах и других мокрых газопромывателях, в которых решетки или другие соответствующие детали должны быть заземлены.
Рис. 3. Схема установки для абсорбционно-десорбционного метода разделения газов:
1 — абсорбер; 2 — десорбер; 3 — теплообменник; 4 — холодильник
Абсорбенты, применяемые в промышленности, оцениваются по следующим показателям: 1) абсорбционная емкость, т. е. растворимость извлекаемого компонента в поглотителе в зависимости от температуры и давления; 2) селективность, характеризуемая соотношением растворимостей разделяемых газов и скоростей их абсорбции; 3) минимальное давление паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента; 4) дешевизна; 5) отсутствие коррозирующего действия на аппаратуру. В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелочей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, оксидов марганца и магния, сульфат магния и др.
Очистная аппаратура аналогична уже рассмотренной аппаратуре мокрого улавливания аэрозолей. Наиболее распространен насадочный скруббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода, хлороводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т. д.
Рис. 4. Схема абсорбционной очистки газов от СО2 с получением товарного диоксида углерода:
1 — холодильник; 2 — воздуходувка; 3 — пенный абсорбер; 4 — насос; 5 — теплообменник; 6 — пенный десорбер; 7 — кипятильник десорбера; I — газ на очистку;
II — вода; III — очищенный
газ; IV — диоксид углерода
Примером безотходной абсорбционно-десорбционной циклической схемы может служить поглощение диоксида углерода из отходящих газов растворами моноэтаноламина с последующей регенерацией поглотителя при десорбции СО2. На рис. 4 приведена схема абсорции СО2 в пенных абсорберах; десорбция СО2 проводится также при пенном режиме. Установка безотходна, так как чистый диоксид углерода после сжижения передается потребителю в виде товарного продукта.
Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.
Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлаждением газа.
Рис. 5. Схема адсорбционной газоочистной установки:
1— фильтр; 2, 3 — адсорберы; 4 — конденсатор; 5 — сепаратор; I — очищаемый газ; II — очищенный газ; III—водяной пар; IV — неконденсируемые пары; V—сконденсированный адсорбтив в хранилище; VI — водный конденсат
Недостатки большинства
адсорбционных установок —
Рис. 6. Катионитовый фильтр:
1 – катионит; 2 – песок
Адсорбционно-каталитические
методы применяют для очистки
промышленных выбросов от диоксида серы,
сероводорода и серо-органических соединений.
Катализатором окисления
Рис. 7. Схема каталитической очистки газа от сероводорода во взвешенном слое активного угля:
1 – циклон-пылеуловитель; 2 – реактор со взвешенным слоем; 3 – бункер с питателем; 4 – сушильная камера; 5 – элеватор; 6 – реактор промывки катализатора (шнек); 7 – реактор экстракции серы (шнек-растворитель);
I – газ на очистку; II – воздух с добавкой NH3; III – раствор (NH4)2Sn на регенерацию;
IV – раствор (NH4)2S; V – регенерированный уголь; VI – свежий активный уголь;
VII – очищенный газ; VIII – промывные воды.
Активаторами этой каталитической реакции служат водяной пар и аммиак, добавляемый к очищаемому газу в количестве ~0,2г/м3. Активность катализатора снижается по мере заполнения его пор серой и когда масса S достигает 70—80% от массы угля, катализатор регенерируют промывкой раствором (NH4)2S. Промывной раствор полисульфида аммония разлагают острым паром с получением жидкой серы.
Представляет большой интерес очистка дымовых газов ТЭЦ или других отходящих газов, содержащих SO2 (концентрацией 1-2% SO2), во взвешенном слое высокопрочного активного угля с получением в качестве товарного продукта серной кислоты и серы.
Другим примером адсорбционно-каталитического метода может служить очистка газов от сероводорода окислением на активном угле или на цеолитах во взвешенном слое адсорбента-катализатора.
Заключение
Загрязнение воздушного бассейна происходит при всех технологических процессах переработки нефти: на атмосферно-вакуумых и вакуумных установках, установках каталитического и термического крекинга, контактной очистки масел и коксования, гидроформинга и депарафинизации, производства битумов. Источниками загрязнений также являются трубчатые печи, факелы и объекты общезаводского хозяйства: резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов, открытые дренажи колонн и агрегатов, лотки, канализационные колодцы и открытые поверхности очистных сооружений — песколовок, нефтеловушек, пруды дополнительного отстоя, кварцевые фильтры, аэротенки I и II ступени, вторичные и третичные отстойники после аэротенков, пруды-накопители. Дополнительная загазованность атмосферного воздуха происходит при нарушении герметичности оборудования. Основными загрязнителями воздушного бассейна являются сероводород, сернистый газ, оксиды азота, оксид углерода, предельные и непредельные углеводороды.

- Очистка газов от диоксида серы с использованием твердых хемосорбентов
- Очистка газов от сероводорода
- Очистка газовых выбросов фильтрами
- Очистка гидросферы от коллоидных частиц загрязнения, методы коагуляции и флотации. Фильтрация, ультрафильтрация, центрифугирование
- Очистка деталей в расплавах солей и щелочей
- Очистка дисперсных систем
- Очистка и переработка нефти
- Очистка вод
- Очистка вод
- Очистка водоемов, очистка воды и донных отложений от органического и биогенного загрязнения, восстановление биологического баланса и сам
- Очистка воды
- Очистка воды
- Очистка воды методом обратного осмоса
- Очистка газа