Введение к работе
Актуальность проблемы. Рост добычи и переработки нефти на Севере РФ делает чрезвычайно актуальной проблему снижения вредных воздействий на геосферные оболочки обширных высокоширотных легкоранимых территорий, упорядочения использования и охраны жизнеобеспечивающих ресурсов. Освоение и обустройство месторождений нефти, строительство и эксплуатация нефтепроводов и нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) мощно и многоаспектно воздействуют на все геосферы и биоразнообразие территорий (рис. 1). Вечномёрзлые ірунтьі и суровый климат Севера делают особо важной проблему геоэкологической оценки функционирования природно-технической системы «НПЗ - окружающая среда» и её воздействий на все геосферы региона и компоненты биосферы. Наиболее опасны для природы Севера выбросы НПЗ в атмосферу, особенно при сжигании сбросных газов. Наиболее крупный источник загрязнения от НПЗ -факельные системы (установки сжигания газовых выбросов), нецелесообразные по геоэкологическим и технико-экономическим соображениям, ибо нет экономически выгодных технологий утилизации газов. Решение этой задачи требует разработки малотоннажных, экономичных, быстро окупаемых установок утилизации сбросных газов с получением ценного продукта метанола, имеющего высокую рыночную стоимость. При этом достигается снижение выбросов в атмосферу.
Цель диссертационной работы: Снижение нагрузки на окружающие геосферные оболочки от вредных выбросов НПЗ, образующихся при сжигании метаносодержащих сбросных газов, путем разработки технологии гомогенного окисления их в реакторе кислородом воздуха для получения метанола.
Поставленная цель требует решить задачи:
анализ производственной, геоэкологической и экономической ситуации в зоне действия НПЗ с выбором критериев оценки их функционирования;
анализ существующих и возмолшых технологий утилизации нефтеза-водских газов НПЗ методом прямого окисления их кислородом воздуха;
создание экспериментальной установки для выполнения исследований влияния различных факторов на выходные характеристики реактора;
-разработка методики определения оптимальных геометрических и основных выходных характеристик реактора, обеспечивающих максимальный выход метанола;
- разработка математической модели оценки эффективности и геоэколого-
экономических показателей прямого окисления утилизируемых газов в метанол.
Методы исследований: использованы методы классической газодинамики, теории планирования эксперимента, математической статистики, теории вероятностей, лабораторно-натурные эксперименты на объектах исследования.
Научная новизна диссертации заключается в том, что:
-теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность снижения загрязнения геосфер сбросными газами НПЗ утилизацией их путём прямого окисления кислородом воздуха;
-разработана математическая модель и методика расчета оптимальных геометрических параметров реактора для прямого оки&ф^я^сбросцых газов;
е-.. / '--""Над
-Гпбеяь обатагеяей йда^н«гйчийко» e>
\ f*lF&!&'J&'J%+'~ТЯЯ той»»**»*»
Рис. 1. Геоэкологическая ситуация в зоне действия НПЗ
разработана и обоснована математическая модель неравновесного протекания окислительного процесса в реакторе с получением зависимостей для расчета основных выходных компонентов процесса;
определены оптимальные значения параметров технологического процесса для взрывобезопасного окисления сбросных газов кислородом воздуха;
разработана геоэколого-экономическая модель системы «НПЗ - окружающая среда» для оценки эффективности применения разработанной технологии снижения загрязнения от сбросных газов НПЗ.
Практическая значимость работы заключается в том, что:
предложены технология и параметры автономной малотоннажной установки для утилизации сбросных газов НПЗ методом их прямого окисления кислородом воздуха с получением метанола и сокращением вредных воздействий на все компоненты окружающей природной среды;
разработаны рекомендации по выбору параметров рабочего процесса и методика расчета реактора установки;
разработаны конструкции реактора с улучшенными эксплуатационными характеристиками;
-обеспечивается снижение ущерба геосферам ликвидацией факельных установок с утилизацией сбросных газов НПЗ в метанол;
-результаты выполненных исследований позволяют назначать опти-. мальные эксплуатационные параметры промышленных малотоннажных установок утилизации сбросных газов.
На защиту выносятся:
технология снижения нагрузки на окружающую природную среду;
технологическая схема утилизации нефтезаводских газов НПЗ;
результаты экспериментальных исследований;
математическая модель для определения характеристик реактора;
математическая модель оценки экономической эффективности;
результаты эколого-экономического анализа использования установок утилизации нефтезаводских газов НПЗ.
» Личный вклад автора. Автором обобщены литературные данные, ре-
зультаты собственных исследований технологических, геоэкологических и экономических ситуаций от сброса газов на северных НПЗ, установлены количественные и качественные характеристики их; доказана целесообразность утилизации их прямым окислением кислородом воздуха с получением метанола.
Создана экспериментальная установка и выполнены теоретические исследования влияния различных факторов на выходные характеристики реактора. Получены зависимости для определения критериев экономической эффективности утилизации с целью оптимизации характеристик рабочего процесса. На ООО «Ухтинский НПЗ» разработаны ресурсосберегающая технология и реактор для автономной малотоннажной установки утилизации нефтезаводских газов методом их прямого окисления кислородом воздуха с получением метанола со снижением геоэкологической опасности НПЗ в специфических условиях Севера.
Достоверность полученных результатов оценена с помощью современных математических методов обработки экспериментальных данных. При постановке экспериментов использованы общепринятые методики, оборудование, аппаратура и приборы.
Внедрение результатов. Результаты исследований, выполненных с непосредственным участием автора с 1998 по 2005 гг., использованы в решении проблем экологизации и энерго-ресурсосбережения при освоении нефтяных месторождений и нефтепереработке на Севере РФ по тематике Минобразования РФ, ООО «Севергазпром», по хоздоговорам УГТУ и ПГУ. 000 «Ухтинский НПЗ» по результатам исследований автора запланировал строительство пилотной промышленной установки по утилизации сбросных газов и получения метанола, с отказом от факельных установок для снижения ущерба геосферам региона.
Апробация работы. Основные результаты исследований по данной диссертации были доложены на конференциях, симпозиумах и семинарах различного ранга, посвященных проблемам освоения нефтяных месторождений в криоли-тозоне (г. Якутск, 1998, 2000; г. Сыктывкар, 1999); геоэкологии (г. Ухта, 1999, г. Пенза, 2001); ресурсам недр России (г. Пенза, 2002, 2003, 2004); биосферосовме-стимых и средозащитных технологий (Самара, 2002; г. Пенза, 2003,2004) и др.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы монография и 20 статей. Подготовлены к патентованию 2 заявки на предполагаемые изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста, включает 36 иллюстраций, 31 таблицу, библиографию из 139 наименований.
