Введение к работе
Актуальность проблемы. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность оказывает неблагоприятное воздействие на состояние природной среды, как прямое, обусловленное технологией производства, так и косвенное, связанное с использованием в народном хозяйстве нефтепродуктов: сжиженных газов, растворителей, моторных и котельных топлив, масел, битумов, коксов, нефтяных пеков и др.
Совершенствование технологии и углубление нефтепереработки, расширение ассортимента продуктов на НПЗ и НХЗ ранее оценивалось прежде всего с точки зрения экономической целесообразности получения того или иного продукта. При этом экологические аспекты производства рассматривались как не существенные, то есть не определяющие эффективность работы действующих предприятий. Концентрация производств, а также irx приближенность к населенным пунктам заставляет в современных условиях подходить к решению проблем модернизации и развития производств на основе серьезного экологического обоснования.
Одной из главных проблем нефтеперерабатывающей промышленности в настоящее время является углубление переработки нефти с целью увеличения производства продукции на основе дистиллятных фракций до 80-85% от объема перерабатываемой нефти при одновременном кардинальном улучшении экологической обстановки на НПЗ и селитебных территориях.
Исходя из этого сформулированы цель и задачи исследований. Они выполнены в соответствии с межотраслевой программой "Глубокая переработка нефтяных остатков" (утверждена Миннефтехимпромом СССР и Минвузом РСФСР 02.12.36г.), Указом Президента РФ от 04.02.94 г. №236 "О государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития" и постановлением Правительства РФ от 18.07.94 г. №496 "О плане действия Правительства Российской Федерации по охране окружающей среды на 1994-1995 гг. и до 2000 года".
Цель работы. Научное обоснование экологически безопасных технологий при углублении переработки нефти, разработка и внедрение эффективных технологий очистки и утилизации вредных выбросов НПЗ.
Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:
уточнены источники образования загрязнителей атмосферы, сточных вод и почвы, проведен анализ экологического воздействия на окружающую среду технологических установок НПЗ;
изучены закономерности образования вредных выбросов в атмосферу, загрязненных сточных вод и нефтешламов на нефтеперерабатывающих заводах;
при разработке ряда новых технологических процессов переработки нефтяных остатков сделан упор на производство экологичных нефтепродуктов, в частности для замены канцерогенных продуктов, производимых из углей: нефтяных пеков для электротехнической и электродной промышленности, спекающих добавок для коксохимической промышленности, позволяющих снизить выбросы вредных веществ (3,4-бензпирена) в атмосферу.
Научная новизна работы.
Выполнен системный анализ экологических проблем процессов глубокой переработки нефти и определены рациональные пути их решения.
Разработан индекс загрязнения природной среды технологическими процессами НПЗ, который может быть использован для их экологической классификации.
Уточнены источники выбросов вредных веществ с НПЗ в атмосферу, водоемы и на почву.
Разработана двухстадийная технология очистки водных технологических конденсатов (ВТК) каталитического крекинга от сульфидов, аммонийного азота и фенолов, не требующая больших финансовых затрат (защищена патентом РФ). Установлены оптимальные параметры экстракции
нефтью фенолов, содержащихся в ВТК, подобраны отечественные флокулянти взамен импортных и их дозы для регулирования фазового равновесия углеводородных дисперсных систем (УДС) на установках тур-бофлотации типа "Вемко" и "Петролайт" при очистке сточных вод от нефтепродуктов.
Создана компьютерная программа "Факел". На основании полученных расчетных параметров горения факела разработана газомазутная горелка для технологических печей, позволяющая снизить на 25% выбросы оксидов азота и углерода с дымовыми газами (защищена патентом РФ).
Разработана технология переработки эмульсионного и донного нефтеш-ламов НПЗ. Для эмульсионных нефтсшламов НПЗ предложена технология стабилизации эмульсий типа нефть-вода путем введения добавок, способствующих изменению фазовых равновесий УДС и улучшающих параметры сжигания топлива (защищена патентом РФ). Технология позволяет вовлекать нефтешламы, содержащие тонкодисперсную коксовую пыль, в топочный мазут.
Установлены оптимальные параметры процесса термополиконденсации тяжелых нефтяных остатков с получением нефтяных пеков и спекающих добавок (процесс защищен авторскими свидетельствами). Разработаны технические условия (ТУ 38.40127-86 и ТУ 38.40134-87) на нефтяные спекающие добавки (НСД-1 и НСД-2) к угольным шихтам при производстве металлургического кокса.
Установлен эффект повышения реакционной способности и удельного электросопротивления шігхтьі при производстве фосфора в электротермических печах за счет серы, содержащейся в сернистом нефтекоксе (способ защищен авторским свидетельством).
Решение некоторых задач, освещенных в диссертации, явилось результатом совместных исследований с Хайрудпновым И.Р., Долматовым Л.В., Гаскаровым Н.С., Иоакимисом Э.Г., Героером В.Я., Глазуновым В.И., Купцовым А.В., Ольфертом А.И., Нешиным Ю.И., Амаитурлпным Г.Ж., Гуляихи-ным В.Н.
Автор выражает благодарность профессорам Варфоломееву Дмитрию Федоровичу и Гимаеву Рагибу Насретдиновнчу, определившим стратегию научных исследований, положенных в основу настоящей диссертации.
Практическая значимость работы.
Внедрена двухстадийная технология очистки ВТК с установки каталитического крекинга Г-43-107/М ОАО "УНПЗ". На первой стадии проводится отдувка сульфидов и аммонийного азота сухим газом каталитического крекинга, а на второй стадии фенолы экстрагируются нефтью. Остаточное содержание загрязнителей в очищенной воде удовлетворяет требованиям норм для сброса сточных вод в промканализацию. Экономический эффект от предотвращения ущерба только по обесфеноливанию ВТК составил в 1997г. 7656 млн. рублей.
Внедрена технология очистки сточных вод на установках "Вемко" и "Пет-ролайт" с применением отечественного флокулянта ВПК-402 взамен импортных (ОАО "НУНПЗ", г. Уфа), экономический эффект составил 50 млн. руб./год (в ценах 1996г.).
Спроектирована, построена и внедрена установка очистки сточных вод от нефтепродуктов реагентной флотацией на очистных сооружениях АО "Ирбис-Мунай" ("Атырауский НПЗ" Казахстан), экономический эффект составил 123,1 млн. руб./год (в ценах 1996 г.).
Изготовлены и внедрены газомазутные горелки для технологических печей на АО "Атырауский НПЗ", экономический эффект - 1,5 млрд. руб./год (в ценах 1996 г.); в 1998г. горелки установлены на АВТМ ОАО "НУНПЗ".
Внедрена технология утилизации эмульсионных нефтешламов, с вовлечением их в топочный мазут на АО "Атырауский НПЗ" (1996г.), годовой экономический эффект- 3,5 млрд. рублей (в ценах 1996 г.). В 1998 году технология внедрена на ОАО "УНПЗ", ожидаемый экономический эффект - 2,0 млн. руб. в ценах 1998 г. (Проданная ОАО "УНПЗ" лицензия на использование изобретения по патенту РФ №2041246 зарегестрирована в Роспатенте - №5115/97 от 07.02.97г.).
Проводится поэтапная реконструкция действующих механических и физико-химических очистных сооружений ОАО "Башнефтехпм" с использованием современной технологии очистки в компактных и герметичных аппаратах. Проводимая реконструкция очистных сооружений на ОАО "УНПЗ" в 4 раза снизит потребление электроэнергии, в 7 раз - тепла и, самое главное, сократит в 1,5 раза выбросы вредных веществ в атмосферу. Разработан технологический регламент для проектирования и ТЭО "Инвестиции для строительства установки биологической очистки ОАО "НУНПЗ", что позволит вернуть 50% очищенных сточных вод (около 500 м3/час) на повторное использование и, соответственно, сократить потребление свежей воды.
Разработана технология производства нефтяных пеков для электротехнических и электродных изделий (Электроугли, графиты, электроды, аноды, огнеупоры) и спекающих добавок к слабоспекающимся углям для коксохимической промышленности. Продукты нефтепереработки, используемые взамен каменноугольных, содержат в 70-80 раз меньше 3,4-бензпирена.
Разработана технология получения фосфора с использованием в электротермических печах нефтяного кокса взамен каменноугольного, что позволяет квалифицированно использовать сернистую и высокосернистую коксовую мелочь, при этом увеличить в 2 раза реакционную способность и в 1,5 раза УЭС фосфатно-кремнистой шихты.
Основные положения, защищаемые автором.
Метод оценки экологического воздействия на окружающую среду основных процессов углубленной переработки нефти.
Методы и технологии по утилизации и обезвреживанию сточных вод, газовых выбросов и нефтешламов НПЗ, загрязняющих биосферу.
Методы и технологии производства эколопгчных нефтепродуктов, используемых в различных отраслях промышленности.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных и республиканских конференциях, семинарах и совещаниях, в том числе:
первом Международном симпозиуме "Наука и технология углеводородных дисперсных систем" (г. Москва, 1997 г.);
3-ей международной конференции по химии нефти (г. Томск, 1997 г.);
международной конференции "Проблемы защиты окружающей среды на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии (г. Уфа, 1997 г.);
3-ем Международном конгрессе "Вода: экология и технология" Экватек-98 (г. Москва, 1998г.);
международном конгрессе "Новые высокие технологии для газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи" (г. Казань, 1998г.);
международной научно-технической конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России", посвященной 50-летию Уфимского нефтяного государственного технического университета (г. Уфа, 1998 г.);
конгрессе нефтегазопромышленников России, международной выставке "Газ, нефть-98" (г. Уфа, 1998 г.);
всесоюзной конференции "Состав, переработка и транспортировка нефтсй Казахстана" (г. Гурьев, 1977 г.);
всесоюзной научно-практической конференции по ресурсо- и энергосбережению (г. Уфа, 1987 г.);
1-м всесоюзном Координационном совещании в области окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в нефтяной промышленности (г. Уфа, 1988 г.);
школе-семинаре ВДНХ СССР "Пути совершенствования технологии производств электроугольных и металлокерамических изделий" (г. Моск-ва,1988г.);
заседании Научного совета по прикладной экологии и рациональному природопользованию Волжско-Уральского отделения Академии естественных паук РСФСР (г. Волгоград, 1991 г.);
научно-практической конференции специалистов СНГ "Совершенствование систем водоснабжения и канализации НПЗ и НХЗ (г.Уфа, 1992г.);
всероссийской конференции "Проблемы экологического мониторинга" (г.Уфа, 1994 г.);
республиканских и региональных конференциях по проблемам переработки нефти и нефтехимии (г. Уфа, 1985, 1988, 1990, 1992, 1995, 1998; г. Стерлитамак, 1987, 1988; г. Салават, 1988, 1996);
на технических Советах, совещаниях предприятий ОАО "Башнефтехим" (1986-1998), ОАО "Салаватнефтеоргсинтез" (1987-1996), АО "Атырауский НПЗ" (1980-1998), АО "Лукойл-Пермнефтеоргсинтез" (1986-1992), УГ-НТУ, ИПНХП АН РБ, ВНИИУС, ИППЭП, ИГИ, ВУХИН, УХИН.
Публикации. По теме диссертации издано 66 научных работ, в том числе 33 статьи и 1 тематический обзор, получено 13 авторскігх свидетельств на изобретения, 2 патента Российской Федерации, 2 положительных решения на выдачу патента РФ. Основные материалы, относящиеся к теме диссертации, изложены в научно-технических отчетах Института проблем нефтехим-переработки АН РБ (БашНИИ НП).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов.
Материалы диссертации изложены на 388 стр. машинописного текста, включая 49 таблиц, 29 иллюстраций, список цитируемой литературы из 207 наименований, приложение на 140 стр.
