Источники воздействия на окружающую среду объектов нефтегазодобывающего и перерабатывающего комплексов. Учебное пособие

Вакуумсоздающие системы установок АВТ

Установки АВТ (атмосферно-вакуумные, трубчатые) предназначены для первичной переработки нефти методом многократного испарения. Сначала нефть нагревают до температуры, позволяющей отогнать из нее фракцию легкого бензина. Далее продолжают нагрев до более высокой температуры и отгоняют. Расчет выбросов углеводородов (суммарно) фракции тяжелого бензина, реактивного и дизельного топлива. Остаток (мазут) подвергают перегонке в колоннах под вакуумом с получением масляных фракций или вакуумного газойля.

Расчет выбросов углеводородов суммарно из последней ступени вакуумной колонны АВТ проводят по формуле

ПУiB = GH · qi, кг/ч,

где GH – количество сырья (мазута) вакуумной колонны, т/ч; qi – удельный выброс углеводородов для каждой группы мощности, кг/т (табл. 3).

Таблица 3 Значения qi и коэффициента KS для расчета выбросов вредных веществ

из вакуумсоздающих систем установок АВТ

Выбросы сероводорода с неконденсированными газами:

ПH2S = KS · GH · S, кг/ч,

где KS – поправочный коэффициент, зависящий от способа создания вакуума и группы мощности, определяется по табл. 3; S – содержание общей серы в сырье вакуумной колонны, % масс.

Задача

На установке АВТ перерабатывается смесь нефтей. Расход мазута в вакуумную колонну составляет 65,8 т/ч. Содержание серы в мазуте 1,8 % масс. Колонна оборудована барометрическими конденсаторами смешения. Определить выброс углеводородов и сероводорода с последней ступени пароэжекторного агрегата.

11

Решение

1.Удельный выброс углеводородов qi = 0,42 кг/т (табл. 3).

2.Поправочный коэффициент KS = 0,015 (табл. 3).

3.Выброс углеводородов с последней ступени установки АВТ:

ПУiB = 65,8 · 0,42 = 276,36 кг/ч.

4. Выброс сероводорода с последней ступени вакуумной колонны

АВТ:

ПH2S = 0,015 · 65,8 · 1,8 ≈ 1,78 кг/ч.

Газомоторные компрессоры

При работе газомоторных компрессоров (ГМК) имеется три вида выбросов:

выхлопные дымовые газы,

отдув газов, вентилируемых из картера,

отдув газов от сальников газомоторных компрессоров.

Выхлопные дымовые газы ГМК характерны повышенным содержанием продуктов химического недожога, образующихся в процессе сгорания топлива. Небольшой промежуток времени, в течение которого происходит процесс сгорания (сотые доли секунды), наличие в рабочей смеси, оставшихся от предшествующего цикла газов, затрудняющих доступ кислорода к молекулам топлива, и другие причины препятствуют полному окислению топлива до конечных продуктов – углекислого газа и воды.

Выбросы загрязняющих веществ от глушителя газомоторного компрессора определяют по формуле

П = a0i + a1i · В (для В > 75 кг/ч), кг/ч,

где a0i, a1i – коэффициенты (табл. 4); B – расход топлива на газомоторный компрессор, кг/ч.

Задача

Определить выбросы оксида углерода от глушителя газомоторного компрессора. Расход топлива на газомоторный компрессор В = 100 кг/ч.

12

Решение

Выбросы оксида углерода от глушителя газомоторного компрессора:

ПСО = -13,5429 + 0,7853 · 100 ≈ 65 кг/ч.

Выбросы сернистого ангидрида:

ПS02 = 1,88 · B · H2S · 10–2, кг/ч.

где H2S – содержание сероводорода в топливном газе, % масс. Газомоторные компрессоры работают в области малых значений

избытка воздуха в отходящих газах ~1,2–1,3. Поэтому для ориентировочных расчетов объем выхлопных газов составит:

V = 9,8 · Э · В, м3,

где Э – калорийный эквивалент топлива (табл. 1).

Выбросы загрязняющих веществ от свечи картера составят:

Пi = В · qi, кг/ч,

где qi – средняя удельная величина выбросов в кг/кг топлива: для оксидов

углерода qС0 = 5,5 · 10–4 кг/кг, углеводородов qУiB = 3,9 · 10–3 кг/кг.

Объем газов, выделяемых из свечи картера, принимают равным объему газов, подаваемому продувочным насосом.

Выбросы загрязняющих веществ, выделяемых при продувке сальников, составляют:

углеводородов – 6,12 кг/ч,

окись углерода – 0,037 кг/ч.

Объем газов, выделяемых при продувке сальников, равен количеству воздуха, подаваемого продувочным насосом.

Установки депарафинизации и обезмасливания

На установках депарафинизации и обезмасливания производят отдув инертных газов, которые насыщены парами загрязняющих веществ, таких как метилэтилкетон, ацетон, углеводородами (в том числе бензол, толуол), а также оксидом углерода и диоксидами азота. Выбросы оксида углерода и диоксидов азота незначительны (CO ≈ 0,5 т/г, N0Х ≈ O,1 т/г).

Определение выбросов паров растворителей при процессах, связанных с отдувом инертного газа или воздуха производят по общему расходу этих газов и составу парогазовой фазы, равновесной с жидкой при данной температуре и давлении в системе:

Пi= V · Ci, кг/ч,

13

где Ci – весовая концентрация загрязняющих веществ в паровой фазе при давлении и температуре отдува. Для нефтяных фракций и однокомпонентных систем:

Ci = (PS/P) (Mi/22,4) [273/(273 + t)], кг/м3,

где PS – давление насыщенных паров продукта при температуре обдува, мм рт. ст.; Р – абсолютное давление в линии отдува, мм рт. ст; Mi – молекулярная масса паров продукта; t – температура отдува, °С;

Для веществ, входящих в состав многокомпонентных систем,

Ci = (Pi/P) · Xi (Mi/22,4), кг/м3,

где Р – давление насыщенного пара чистого компонента при температуре отдува, мм рт.ст.; Хi – мольная доля компонента в жидкой фазе.

Для ориентировочных расчетов можно принять:

для бензола С = 12,4 мг/м3,

для толуола С = 2597 мг/м3.

Задача

Определить количество метилэтилкетона С4Н8О, выбрасываемого при отдувке инертного газа. Исходные данные для расчета:

количество инертного газа, поступающего на установку V= 0,3 т/ч,

плотность инертного газа ρ = 1,3 кг/м3,

температура отдувочного газа – -10 °С,

абсолютное давление в емкостях Р = 600 мм рт. ст.,

давление насыщенных паров С4Н8О при -10 °С РS = 1,21.

Решение

1. Молекулярный вес метилэтилкетона С4Н8О – 72. 2. Весовая концентрация метилэтилкетона:

Ci = (1,21/600) (72/22,4) [273/(273 – 10)] ≈ 0,0067 кг/м3.

3. Выбросы метилэтилкетона:

Пi= 300 · 0,0067/1,3 ≈ 1,55 кг/ч.

Регенераторы катализатора технологических установок

Выбросы оксида углерода при регенерации катализатора рассчитывают по формуле

ПС0 = 1,25 · V · CC0 [273/(273 + tУX)] 10–2, кг/ч,

14

где 1,25 – плотность оксида углерода при 0 °С и 760 мм рт. ст; V – объем выбросов образующихся газов регенерации катализатора, м3/ч (равен количеству подаваемого на регенерацию воздуха); СС0 – объемная концентрация оксида углерода в отходящих газах, % об. (табл. 5); tУХ – температура газов на выходе из регенератора, °С.

Выбросы углеводородов и оксидов азота рассчитывают по формуле:

Пi = V · Ci · 10–6, кг/ч,

где Сi – концентрация вещества в отходящих газах, мг/м3 (табл. 5). Выбросы катализаторной пыли рассчитывают по формуле:

ПКП = G · q, кг/ч,

где G – производительность установки по сырью, т/ч; q – удельный выброс катализаторной пыли в кг на тонну перерабатываемого на установке сырья, кг/т (табл. 5).

Выбросы диоксида серы рассчитывают по содержанию общей серы в коксе SK:

ПS02 = 2 · BK · SK · 10–2, кг/ч

или по содержанию общей серы в сырье установки SC:

ПS02 = 2,4 · BK · SС · 10–2, кг/ч,

где ВК – количество кокса, выгорающего с поверхности катализатора,

BK = 10 · n · G (C1 – C2), кг/ч,

где n – кратность циркуляции катализатора, т/т сырья, n = М/G; G – производительность установки по сырью, т/ч; С1, С2 – содержание кокса на катализаторе соответственно до и после регенерации, % масс; М – вес катализатора, т.

15

Задача

Определить выбросы загрязняющих веществ при регенерации шарикового катализатора на установке каталитического крекинга. Производительность установки по сырью G = 46,4 т/ч, объем подаваемого на регенерацию воздуха V = 20000 м/ч. Содержание серы в сырье установки SC = 0,8 % масс. Вес катализатора М = 110 т, содержание кокса на катализаторе до регенерации С1 = 1,65 % масс, после регенерации С2 = 0,2 % масс.

Решение

1. Выбросы оксида углерода:

ПC0 = 0,725 · 20000 · 0,35 · 10–2 = 50,75 кг/ч.

2. Выбросы углеводородов:

ПУiB = 20000 · 77,68 · 10–6 = 1,5536 кг/ч.

3. Выбросы оксидов азота:

ПN0X = 20000 · 140,6 · 10–6 = 2,812 кг/ч.

4. Кратность циркуляции катализатора:

n= М/G = 110/46,4 ≈ 2,37 т/т сырья.

5.Количество кокса, выгоревшего с поверхности катализатора,

BK = 10 · 2,37 · 46,4 (1,65 – 0,2) ≈ 1594,54 кг/ч.

6.Выбросы диоксида серы:

ПS02 = 2,4 · 1594,54 · 0,8 · 10–2 ≈ 30,62 кг/ч.

7.Удельный выброс катализаторной пыли в кг на тонну перерабатываемого на установке сырья, q = 0,53 кг/т (табл. 5).

8.Выбросы катализаторной пыли:

ПКП = 46,4 · 0,53 = 24,592 кг/ч.

Воздушки емкостей

Выбросы аммиака NH3 в атмосферу от воздушников аммиачных емкостей рассчитывают по формуле:

16

ПNH3 = V · K · x · ρNH3/P, т/год,

где V – объем закаченной аммиачной воды, м3/г; K – константа Генри, мм рт. ст. (табл. 6); x – мольное содержание NH3 в аммиачной воде; ρNH3 – плотность паров NH3 , кг/м3; P – общее давление системы, мм рт. ст.

Таблица 6

Значения константы Генри для аммиака

Мольную долю NH3 в воде рассчитывают по формуле:

х = (хNH3/MNH3)/[(хNH3/MNH3) + (1 – хNH3/MB)], кг/м3,

где xNH3 – весовая доля аммиака в аммиачной воде, кг/кг смеси; MB – молекулярная масса аммиачной воды.

Потери фенола с воздушников емкостей на установках фенольной очистки масел и производства присадок при продувке линии приема фенола на установку определяют по формуле:

ПФ = V · CB, кг/ч,

где V – объем газовой смеси, вытесненной из емкости при продувке, м3/ч; CB – весовая концентрация фенола в газовой смеси:

СВ = (РФ/РЕМК) · ρФ, кг/м3,

где PEMK – давление в газовом пространстве емкости, мм рт. ст.; PФ – давление паров фенола при температуре газового пространства, мм рт. ст.; ρФ – плотность паров фенола при температуре газового пространства tГП:

ρФ = М · (273 + tГП) · РЕМК/(22,4 · Т · 760), кг/м3,

где M – молекулярный вес фенола.

Задача

Определить потери аммиака из резервуара, в который закачивается V = 10000 м3 аммиачной воды с мольным содержанием аммиака в ней х = 0,01, плотность паров аммиака ρNH3 = 0,76 кг/м3. Средняя температура в резервуаре +10 °С. Общее давление системы Р = 760 мм рт. ст.

17

Решение

1.Константа Генри К = 1800 (табл. 6).

2.Потери аммиака из резервуара:

ПNH3 = 10000 · 1800 · 0,01 · 0,76 · 10–3/760 = 0,18 т/г.

Валовые выбросы загрязняющих веществ из производственных помещений общеобменными системами вентиляции составляют:

Пi = СРЗi · К · ΣGiПPB · 10–6, кг/ч,

где СРЗi – средняя концентрация загрязняющего вещества в рабочей зоне за отопительный период, мг/м3; К – поправочный коэффициент, равный для насосных, оборудованных центробежными насосами – 1,5; поршневыми – 3, для компрессорных – 2; ΣGiПPB – суммарная производительность приточных или вытяжных механических вентиляционных установок (в расчете принимают большую из них), м/ч.

Задача

Определить величину валовых выбросов из «холодной» насосной блока стабилизации установки каталитического крекинга, которую обслуживают три приточные установки общей производительностью 35000 м3/ч и пять вытяжных – общей производительностью 34000 м3/ч. Средняя концентрация сероводорода 2,7 мг/м3.

Решение

Валовые выбросы:

ПН2SПП = 2,7 · 1,5 · 35000 · 10–6 ≈ 0,142 кг/ч.

Печи дожига газов окисления битумных установок

Процесс получения битумов заключается в окислении воздухом сырья в кубах-окислителях. В результате процесса образуются газы окисления, содержащие в себе большое количество вредностей. Для обезвреживания газов окисления на установках используются технологические печи и печи дожига, представляющие собой циклонные топки.

18

qi – удельное количество образовавшегося i-го загрязняющего вещества

вкг на тонну переработанного сырья, кг/т (табл. 7); ηi – коэффициент очистки по i-му загрязняющему веществу в зависимости от типа печи,

вкоторой происходит сжигание (табл. 7).

Количество фенола, выбрасываемого от печей дожига,

ПФ = 13,5 · V (1 – ηФ) · 10–6, кг/ч,

где 13,5 – содержание фенола в отходящих газах, мг/м3; V – количество образующихся газов окисления:

V= 103,8 · G, м3/ч,

где 103,8 – удельный объем газов окисления, образующихся на тонну перерабатываемого сырья, м3/т.

Количество диоксида серы, выбрасываемого от печей дожига,

ПS02 = ПS02/H2S + ПS02/RSH, кг/ч,

где ПS02/H2S – количество диоксида серы, образующегося от сжигания сероводорода и меркаптанов соответственно:

ПS02/H2S = 1,88 · G · qH2S · ηH2S, кг/ч;

ПS02/RSH = 1,33 G · qRSH · ηRSH, кг/ч.

К величинам выбросов загрязняющих веществ от печей дожига (диоксида серы, сероводорода, меркаптанов, углеводородов, оксида

19

углерода) следует прибавить:

при сгорании газов окисления в камерных и технологических печах

–к выбросам соответствующих загрязняющих веществ от технологической печи установки,

при сгорании газов окисления в циклонных печах – к выбросам соответствующих загрязняющих веществ, образующихся при сгорании топлива, подаваемого в циклонную печь.

Задача

Определить выбросы загрязняющих веществ от печи дожига газов окисления битумной установки производительностью по сырью 43 т/ч. Дожиг проводится в циклонной печи с расходом топлива 100 кг/ч. Содержание сероводорода в топливе 0,01 % масс.

Решение

1. При сжигании газов окисления выбрасывается (без учета подаваемого на сжигание топлива) с учетом данных табл. 7:

углеводородов:

ПУiB = 43 · 0,718 (1 – 0,85) = 4,63 кг/ч;

углерода:

ПC0 = 43 · 0,411 (1 – 0,85) = 2,65 кг/ч;

сероводорода:

ПH2S = 43 · 0,042 (1 – 0,98) = 0,036 кг/ч;

меркаптанов:

ПRSH = 43 · 0,02 (1 – 0,98) = 0,017 кг/ч.

Количество образующихся газов окисления:

V = 103,8 · 43 = 4463,4 м3;

Выбросы фенола:

ПФ =4463,4 · 13,5 (1 – 0,98) · 10–6 = 0,0012 кг/ч.

Количество диоксида серы, образующегося от сжигания сероводорода и меркаптанов соответственно:

ПS02/H2S = 1,88 · 43 · 0,042 · 0,98 = 3,33 кг/ч;

20