Снижение техногенной углеводородной нагрузки на воздушную среду посредством коронного разряда тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Ермоловский, Алексей Владимирович

• Ермоловский, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ермоловский, Алексей Владимирович

Введение.

1. Методы защиты окружающей среды от углеводородных паро-газовых выбросов.

1.1. Адсорбция паров летучих органических соединений (J10C).

1.2. Каталитическая очистка газов от ЛОС.

1.3. Установки улавливания легких фракций (УЛФ) нефти.

1.3.1. Характеристика системы УЛФ.

1.3.2. Реальные сокращения выбросов нефти за счет применения систем УЛФ на промыслах.

1.3.3. Применение систем УЛФ на нефтеперерабатывающих заводах.

1.4. Улавливание газа из межтрубного пространства скважин.

1.5. Обогащение нефти легкими фракциями.

1.6. Стабилизация нефти.

1.7. Плазмохимическая утилизация органических отходов.

Выводы.

2. Экспериментальные данные и их обсуждение.

2.1. Определение индивидуального состава углеводородов Сз - Сю во фракции нефти НК-180°С.

2.1.1. Определение фракционного состава углеводородов С3-Сю в пробе.

2.2. Основные закономерности окисления паров углеводородов в коронном разряде.

2.3. Идентификация основных газообразных продуктов окисления углеводородов в коронном разряде.

2.4. Кинетика окисления углеводородов в коронном разряде.

2.5. Возможный химизм трансформации смеси углеводородов с воздухом под действием коронного разряда.

2.5.1. Трансформация парафиновых углеводородов.

2.5.2. Трансформация олефиновых углеводородов.

2.5.3. Трансформация ароматических углеводородов.

2.6. Хромато-масс-спектрометрический и хроматографический анализ газа на выходе из каплеуловителя (экологическое обоснование).

Выводы.

3. Моделирование процессов окисление паров углеводородов в коронном разряде.

Выводы.

3.1. Расчет эколого-экономического эффекта от внедрения разработанной технологии очистки отходящего газа от углеводородов.

3.2. Требования безопасности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение техногенной углеводородной нагрузки на воздушную среду посредством коронного разряда»

По разным оценкам выбросы углеводородов (УВ) в окружающую среду в масштабах страны, составляют порядка 73,6 млн. т/год, что в 25 раз превышает уровень добычи УВ в Волгоградской области.

Находящиеся в воздухе углеводороды оказывают канцерогенное действие на живые организмы, участвуют в образовании смога и создании парникового эффекта.

Для снижения негативного воздействия используют традиционные методы очистки, основанные на абсорбции, адсорбции, термическом и термокаталитическом окислении, биологических методах. Однако эффективность и рентабельность данных методов определяется исходной о концентрации загрязнителя более 1 г/м (например, окисление углеводородов на гетерогенных катализаторах). При меньших исходных концентрациях загрязнителя и требуемой степени очистки не менее 90% приведенные выше методы становятся малоэффективными, не рентабельными, энергоемкими и дорогостоящими. В диапазоне близких к предельно допустимым концентрациям решение проблемы «углеводороды-воздух» вообще не рассматривается, за исключением простого разбавления окружающем воздухом, но данный метод не может в полной мере являться решением указанной проблемы. Поэтому подобного рода исследования являются актуальными.

Цель работы заключалась в разработке технологических основ очистки воздуха от паров УВ малой концентрации порядка 1 г/м посредством коронного разряда и растворении продуктов окисления в жидких технологических средах.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: изучение кинетики и механизмов химических превращений паров углеводородов в газовой среде под воздействием коронного разряда, определение состава образующихся продуктов трансформации, подборе оптимальных параметров проведения процесса окисления и абсорбции и разработке аппаратурного оформления протекающих процессов.

Впервые был изучен совмещенный процесс окисления углеводородов в коронном разряде с абсорбцией продуктов реакции жидким поглотителем. Было показано, что предлагаемый метод позволяет эффективно проводить очистку воздуха от паров углеводородов малой Л концентрации (менее 1 г/м ).

Было показано, что основными промежуточными продуктами окисления углеводородов являются спирты, кислоты, альдегиды, кетоны и эфиры, хорошо растворимые в воде, а конечными - СО и СОг- На основании проведённых исследований было предложено проводить очистку газовых выбросов от углеводородов с использованием коронного разряда за счет перевода паров исходных загрязнителей, плохо растворимых в воде, в продукты реакции окисления, хорошо растворимых в воде, а также была разработана конструкция реактора с коронным разрядом в трубе Вентури.

Заключение диссертации по теме «Экология», Ермоловский, Алексей Владимирович

Выводы:

1. Лабораторные исследования и расчеты показывают, что промышленные электрофильтры с орошением внутренней поверхности труб (так называемые мокрые электрофильтры) можно использовать в качестве трубчатых реакторов с окислением паров углеводородов в коронном разряде.

2. Энергетические характеристики такого реактора лежат в рабочем диапазоне напряжений, токов и мощностей промышленного электрофильтра: рабочее напряжение 20-60 кВ, удельная л мощность 20 - 120 Вт/дм , удельные затраты энергии 0,3 - 0,6 Вт-час/м при скоростях газового потока 2 м/с.

3. Степень конверсии в предлагаемом реакторе на базе промышленного электрофильтра с учетом диффузионной модели структуры потоков при окислении атомарным кислородом, образующимся в коронном разряде, может достигать 90 % против 60 % при окислении озоном.

4. Разработана конструкция скруббера Вентури, позволяющая помимо тонкодисперсного распыления капель абсорбента обеспечивать устойчивый коронный разряд по всей длине скруббера Вентури. Конструкция защищена патентом РФ.

Расчет стоимостной оценки годового природоохранного эффекта от уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу произведен по формуле[55]:

S. = ((AN, -AN]-AN*)C + М]Д + AN]C)K2)KaTK\^• где S, - стоимостная оценка годового природоохранного эффекта по ингредиенту i по выбросам в атмосферу; С( - норматив платы за выброс 1 т по ингредиенту i в пределах ПДВ; С' - норматив платы за выброс 1 т по ингредиенту i в пределах установленных лимитов; К2 - повышающий коэффициент за сверхлимитное загрязнение; К^ - территориальный коэффициент экологической ситуации и экологической значимости по состоянию атмосферного воздуха; Ки - коэффициент индексации платы, устанавливается ежегодно Правительством РФ в законе о бюджете на соответствующий год; ani - изменение уровня выбросов после внедрения мероприятий, т/год; AN* - в том числе в пределах установленного лимита, т/год; AN* - в том числе сверхлимита, т/год.

По данным ООО «ЛУКОЙЛ - ВНП» из постановления Областного комитета Природы города Волгограда от 2005 года выбросы углеводородов составляют:

Ci-C5= 12 916 т/год; С6-С,о = 5 700 т/год.

Ci - С5 = 26 т/год; С6-Сю= 11,5 т/год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ермоловский, Алексей Владимирович, 2006 год

1. Антановский В.Л. Органические перекисные инициаторы. - М.: Химия, 1972.-448 с.

2. Базиневский М.В. Метод молекулярных орбит и реакционная способность органических молекул. - М.: Химия, 1969. - 303 с.

3. Беспамятнов Г. П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник / Г. П. Беспамятнов, Ю.А. Кротов. - Д.: Химия, 198. - 528 с.

4. Безуглая Э.Ю. Чем дыщит промышленный город. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991.-251с.

5. Бейнон Дж. Масс-спектрометрия и ее применение в органической химии: Пер. сангл.-М.:Мир, 1964.-701 с.

6. Беккер Г. Введение в электронную теорию органических реакций: Пер. с нем. - М.: Мир, 1977. - 658 с.

7. Бенсон Основы химической кинетики. - М.: Химия, 1964. - 328 с.

8. Будзикевич И.А. Интернретация масс-спектров органических соединений: Пер. с нем. - М.: Мир, 1966. - 323 с.112

9. Булатов А.И. Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности. - М.: Недра, 1997. - 482 с.

10. Булатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю. Справочник инженера - эколога нефтегазодобывающей промышленности пометодам анализа загрязнителей окружающей среды: В 3-х ч. - М.:Недра, 1999.

11. Васильев И.А., Петров В.М. Термодинамические свойства кислородсодержащих органических соединений: Справочник. - Л.:Химия, 1984.-239 с.

12. Введение в химию окружающей среды / Дж. Андрус, П. Бримблекумб, Т. Джикейз, П. Лисе. - М.: Мир, 1999. - 271 с.

13. Власенко В.М. Каталитическая очистка газов. Киев: Техника, 1973. - 199 с.

14. Влияние атмосферного загрязнения на свойство почв / Под ред. Л.А. Гришеной. - М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1990.-203 с.

15. Внуков А.К. Защита атмосферы от выбросов энергообъектов. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 175 с.

16. Вопросы экономики природопользования и охрана окружающей среды в ТЭК: Тез. докл. межотрасл. семинара, Пермь, 1 5 - 1 7 июня1999 г. / МНИИЭКО ТЭК. - Пермь, 1999. - 50 с.

17. Воробьев Е.И., Душитин К.К., Прусаков В.М. Охрана атмосферы и нефтехимия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 230 с.

18. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей: В 3-х тт. - 7-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия,1976.

19. Вредные химические вещества: Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов: Справ./А.И. Бандман, Г.А. Войтенко, Н.В. Волкова;Под. ред. В.А. Филова. - Л.: Химия, 1990. - 732 с.

20. Высокочастотный трубный озонатор: Патент 947740 - Япония, 1977. /Ю.М. Емельянов, М.Ф. Емельянов (Япония) - 4 с : ил.из

21. Гашмет Л. Основы физической органической химии. Скорости, равновесия и механизмы реакций: Пер. с англ.-М.: Мир, 1972.-534с.

22. Гвоздович Т.Н., Худяков В.Л., Яшин Я.И. Атлас-снравочник хроматографических разделений.-Дзержинск, 1979.-91 с.

23. Герасимов Я.И. Курс физической химии. - М.: Химия, 1970. - 643 с.

24. Гермензон Ю.М., Чекин К. Кинетика и катализ. - М.: Химия, 1977.- 1374 с.

25. Гершензон Ю.М. Гетерогенные процессы в земной атмосфере и их экологические последствия / Ю.М. Гершензон, А. П. Пурмаль, //Успехи химии.-Т. 59.-Вып. 11.-Наука, 1990.-С. 1729-1756.

26. Голубев B.C., Пашкин С В . Тлеющий разряд повышенного давления. - М.: Химия, 1990. - 104 с.ЗЬГольберт К.А., Вигдергауз М.С. Введение в газовуюхроматографию. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1990.-352 с.

27. Дайер Д.Р. Приложения абсорбционной спектроскопии органических соединений: Пер. с англ.-М.: Химия, 1978. - 192 с.

28. Демидюк В.И. Взаимодействие озона и синглетного кислорода с твердыми веществами атмосферных аэрозолей: Автореф. дисс. ...канд. хим. наук. - М., 1982. - 28 с.

29. Детков СП., Детков В.П., Астахов В.А. Охрана природы нефтегазовых районов. - М.: Недра, 1994. - 334 с.

30. Джексон Р.А. Введение в изучение механизма органических реакций: Пер. с англ.-М.: Химия, 1978. - 192 с.

31. Еремин Е.Н. Элементы газовой электрохимии. - М.: Химия, 1961. - 458 с.

32. Зенкевич И.Г., Иоффе Б.В. Интерпретация масс-спектров органических соединений. - Д.: Химия, 1986. - 174 с.

33. Ибрагимов М.Г., Самахутдинов Р.Ш., Шакирзанов Р.С Интенсификация процесса стабилизации нефти на УКПН //Нефтяное хозяйство. - 1986. - № 2. - 74 - 76.114

34. Ингольд К. Теоретические основы органической химии: Пер. с англ. -М.:Мир, 1973.-1056 с.

35. Исидоров В.А. Органическая химия атмосферы. - Л.: Химия. 1992, - 264 с,

36. Каменская А. Механизм и кинетика разложения озона: Автореф. дисс. ... д-ра хим. наук. - М,, 1969. - 32 с.

37. Кайряк С В . Трансформация паров бензола в воздухе под воздействием барьерного разряда: Автореф. дисс. ... канд. хим. наук.-Иваново, 2000.-16 с.

38. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. - М.: Химия, 1976. - 592 с.

39. Козлов М.В. Исследование высокочастотного разряда с целью повышения эффективности работы электротехнических установок:Автореф. дисс.... канд. техн. наук. - М . , 1993. - 18 с.

40. Комплексное энерготехнологическое использование газа и охрана воздушного бассейна / Е.Е. Нвогородский, В.А. Широков, Б.В.Шанин, В.А. Дятлов. - М,: Дело, 1990. - 366 с.

41. Константинова З.И. Заш;ита воздушного бассейна от промышленных выбросов. - М.: Стойиздат, 1981. - 104 с.

42. Контроль за выбросами в атмосферу и работой газоочистных установок на предприятиях машиностроения / П.С. Булгакова, Л.С.Василевская, Л.Я. Градус и др. - М.: Машиностроение, 1984. - 129 с.

43. Кузнецов И. Е. Защита воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами химических предприятий / И.Е. Кузнецов,Т.М. Троицкая. -М.: Химия, 1979. 344 с.

44. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. - М.: Химия, 1969.-287 с.5О.Лукин В.Д, Очистка вентиляционных выбросов в химическойпромышленности / В,Д, Лукин, М.И. Курочкина. - Л.: Химия, 1980. -232 с,115

45. Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С М . Физическая химия озона. -М.:Изд-воМГУ, 1998.-480 с.

46. Методическое пособие по отбору и анализу проб природных газов / В.И. Гороян, Л.А. Грубов, Н.М. Кругников; Под ред. З.П.Несменовой. -Л.: Педра, 1969. - 160 с.

47. Методы исследования состава органических соединений нефтей и битумов / Под ред. Г.Д. Гальперерн. - М.: Паука, 1985. - 240 с.

48. Методические рекомендации по оценке экологического эффекта от реализации инвестиционных проектов. - М.: РПОИ, 1997. - 36 с.

49. Пикифоров A.M. Экология / A.M. Никифоров, Т.А. Хоружая. - М.: Приор, 1999, - 302 с.

50. Понхибел Д., Уолтон Дж. Химия свободных радикалов: Пер. с англ. - М . : Мир, 1977.-608 с.

51. О состоянии окружающей природной среды Волгоградской области в 1997 году; Государственный доклад/Гос. Ком. по охранеокружающей среды Волгоградской области.-Волгоград, 1998.-111с.

52. Охрана окружающей природной среды в нефтенерерабатывающей промышленности / А.П. Шицкова, Ю.В. Новиков, Л.С. Гурович, Н.В.Климкина. - М.: Химия, 1980. - 174 с.

53. Охрана окружающей среды и безопасность труда в нефтяной промышленности: Газетная и журнальная информация / ОАОВНИИОЭНГ.-М.,2001.

54. Очистка технологических газов / Под ред. Т.А. Семеновой и И.Л. Лейтеса. 2-е изд. М.: Химия, 1977.-488 с.116

55. Панченков Г.М., Лебедев В.П. Химическая кииетика и катализаторы. -М. : Химия, 1974. - 353 с.

56. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух / НИИ Атмосфера, фирма «Интеграл», ИИИ экологии человека игигиены окружающей среды. - 4-е изд., перераб. и доп. - СПб, 1998.-184 с.

57. Плазмохимическая утилизация токсичных органических отходов / Я.И. Вайсман, В.Г. Халтурин, В.Н. Коротаев и др. //Экология ипромышленность России. - 1998. - JVb 10. - 15-17.

58. Полторак О.М. Лекции по теории гетерогенного катализа. - М.: Химия, 1968.-134 с.

59. Попова Н.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств. - М.: Химия, 1991. - 174 с.

60. Принципы оценки риска для потомства в связи с воздействием химических веществ в период беременности: Совмест. изд.Программы ООН по окружающей среде. Международ, орг. труда иВОЗ. - М . : Медицина, 1988. - 155 с.

61. Проблемы контроля и защиты атмосферы от загрязнения: Респ. межвед. сб. науч. тр. Ин-т техн. теплофизики. - Киев, 1989. - 280 с.

62. Программа экологической безопасности предприятий ОАО «ЛУКОЙЛ» на 2000 - 2003 гг.: Утв. ОАО «ЛУКОЙЛ» 25.02.2000. -М., 2000.-148 с.

63. Путилов А.В., Копрепов А.А., Петрухип Н.П. Охрана окружающей среды. - М.: Химия, 1991. - 223 с.

64. Радионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. - 2-е изд. перераб. и допол. - М.: Химия, 1989.511с.

65. Реймерс П.Ф. Природопользование. - М.: Мысль, 1990. - 637 с.

66. Самойлович В.Г., Гибалов В.И., Козлов К.В. Физическая химия барьерного разряда. - М.: Химия, 1989. - 356 с.117

67. Сараева В.В. Окисление органических соединений под действием ионизирующих излучений. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 264 с.

68. Сидоренко Г.И. Проблемы трансформации органических соединений в гигиене окружающей среды / Г.И. Сидоренко, А.Г.Малышева, Е.М. Кутенов. - М . : Принт, 2001. - 131 с.

69. Сизоненко А.С. Влияние топливного комплекса на экономику, финансовое состояние и экологию страны. - М.: ИРЦ Газпром, 1999.- 7 3 с.

70. Скадченко О.Е. Исследование образования озона в структуре низкотемпературной плазмы: Автореф. дисс. ... канд. хим. наук. -М., 1972.-22 с.

71. Сорокин Я.Г. Безотходное производство в нефтеперерабатывающей промышленности. - М.: Химия, 1983. - 200 с.

72. Столяров Б.В., Савинов И.М., Виттенберг А.Г. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии. - Л . : Химия, 1973.-223 с.

73. Тарасова П. Г. Химия атмосферы / П.Г. Тарасова, В. А. Кузнецов. - М.: Химия, 1987.-64 с.

74. Техника защиты окружающей среды / Н.С. Торочешников, А.И. Родионов, Н.В. Кельцев, В.П. Клушин.-М.: Химия, 1981.-368 с.

75. Тищенко Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха: Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе: Справ. - М.: Химия,1991.-362 с.

76. Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти за рубежом. - М.: Недра, 1983.-248 с.

77. Тронов В.П. Сепарация газа и скорость сокращения потерь. - Казань: ФЭП, 2002.-408 с.

78. Тронов В.П. Сокращение потерь нефти и газа за рубежом. - М.: Недра, 1988.-367 с.11886, Филиппов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И. Электросинтезозона. - М.: Химия, 1987. - 467 с.

79. Химия атмосферы / Т.В. Хохлова, Н.А. Сторожакова: Учебное пособие / Волгоград, гос. техн. ун-т, Волгоград, 2003. - 53 с

80. Хмыров В.И. Термическое обезвреживание промышленных газовых выбросов. Алма-Ата: Наука, 1978. - 116 с.

81. Циганков А.П. Технический прогресс - химия - окружающая среда. - М . : Химия, 1979.-295 с.

82. Экологическая химия / Под ред. Ф. Корте. - М.: Мир, 1996. - 395 с.

83. Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду: Материалы из журналов «Экологическая экспертиза иОВОС».-223с.

84. Эльмертан В.М. Охрана воздушной среды на химических и нефтехимических предприятиях. М.: Химия, 1985. - 160с.

85. Энерготехнологические аспекты применения термического метода обезвреживания газовых выбросов / И.Г. Исаков, В.А. Шейко, Г.М.Позоляко, М.И. Меренкова. - М.: Химия, 1989. - 29 с.

86. Яковлев B.C. Хранение нефтепродуктов. - М.: Химия, 1987. - 152 с.

87. ЯНИЦКИЙ О.Н. Экологическая перспектива города. - М.: Мысль, 1987.-278 с.