11.5. Проблемы экологизации технологии в нефтепереработке

Промышленные предприятия топливно-энергетического комп­лекса, в том числе химической, нефтеперерабатывающей и нефте­химической промышленности, а также автомобильный транспорт в настоящее время являются одними из наиболее крупных источни-йков загрязнения природы: атмосферы, почвы, водоемов и морей.

По характеру влияния на природу все загрязнители можно разделить на химические, механические, тепловые, биологичес­кие, акустические (шумовые), электромагнитные и радиоактив­ные; по физическому состоянию - на газообразные, жидкие, твер­дые; по происхождению - на естественные (природные) и антро­погенные.

Загрязнения атмосферы. По своим источникам антропогенные атмосферные загрязнения разделяются на следующие группы:

1) транспортные, связанные прежде всего с выхлопными газами автомобилей. Они содержат оксиды углерода, серы, азота, углеводо­роды, канцерогенные полициклические углеводороды и наиболее активный из них 3,4-бензпирен, сажу, а также сильно токсичные продукты, содержащие свинец, хлор, бром. Оксиды углерода, серы и азота в свою очередь в результате взаимодействия с влагой воздуха образуют вторичные загрязнения, так называемые «кислотные дож­ди». Сажевые частицы канцерогенны по той причине, что являются хорошим адсорбентом для бензпирена. Вредное воздействие выхлоп­ных газов усиливается в связи с тем, что, поступая в приземные слои

638

атмосферы и оседая на почве и концентрируясь на растениях (на­пример, свинец в количестве 50 мг на 1 кг сухой биомассы), они за­тем попадают в организм животных, человека и становятся возбуди­телями канцерогенных заболеваний. Количество выделяемых в ат­мосферу транспортных загрязнений зависит от численности и струк­туры автомобильного парка, технического состояния автомобиля и двигателя, типа двигателя и вида применяемого топлива, а также условий его эксплуатации.

Ниже приведены показатели для различных типов двигателей по относительным удельным выбросам основных токсичных компонентов:

Двиттель СО [СЩ NO Сажа Бензпирен

Карбюраторный 15 6 2 1 2

Дизельный 1 2 I 20 I

Газотурбашшй 116 1 20

Мировой автомобильный парк в настоящее время составил око­ло 700 млн единиц. Если учесть, что один грузовой автомобиль в сред­нем выбрасывает в год около 3 т вредных веществ, то нетрудно под­считать, что ежегодные выбросы транспортных загрязнений в атмос­феру составят более 2,5 млрд т и что роль автомобильного транспор­та как главного источника загрязнения природы непрерывно возра­стает.

В настоящее время доля автомобильного транспорта в загрязне­нии окружающей среды в ряде городов составляет 30 - 40 %, в круп­ных - до 60 %, а в крупнейших городах мира по оксиду углерода превышает 90 %;

2) газовые выбросы ТЭС и котельных. Они содержат примерно те же примеси, что и транспортные загрязнения, а также частички угля, золы и т.д. Природа этих загрязнений изменяется в зависи­мости от вида топлива, типа сжигания, режима работы и регули­ровки горелок. Из всех атмосферных загрязнений ТЭС наиболее опасны оксиды серы и азота, наносящие сильный вред раститель­ности и вызывающие коррозию оборудования и зданий. При оди­наковой мощности ТЭС количество выбрасываемого сернистого газа при работе на газе, мазуте и угле находится в соотношениях 1:4,5:11,5. Наиболее экологически чистым топливом ТЭС является природный газ.

639

Не менее опасное воздействие на природу, чем оксиды углерода, азота и серы, оказывают выбросы ТЭС в виде диоксида углерода, вызывая так называемый парниковый эффект. В настоящее время в результате сжигания органических горючих ископаемых на ТЭС в атмосферу Земли ежегодно поступает около 20 млрд т углекислого газа. Содержание его в атмосфере уже сегодня превышает уровень 40-х гг. на 15 - 20 %. В результате усиливается процесс поглощения биосферой инфракрасного излучения Солнца и тем самым потепле­ния климата Земли. Парниковый эффект может привести к значи­тельному изменению атмосферной циркуляции, таянию льдов, за­топлению материков и другим глобальным социальным и экономи­ческим потрясениям;

3) газовые выбросы промышленных предприятий. Больше всего загрязняют окружающую среду металлургическая, топливно-энер­гетическая, нефтехимическая и химическая промышленности. Эти загрязнения весьма разнообразны, и их состав зависит от качества сырья и технологии переработки.

Загрязнения в атмосфере (как и в гидро- и литосфере) распреде­ляются неравномерно и имеют локальный характер. Так, загрязне­ния в воздушной среде распределены: над промышленными комп­лексами - 80%, над городами - 12,9 и над сельской местностью - 1 %. Такой характер распределения выбросов в атмосферу обусловлен излишней концентрацией производственных объектов в некоторых городах, плохой техникой и технологией. В качестве примера при­ведены данные о количестве выбросов вредных газов в атмосферу (в тысячах т в год) в некоторых городах в 1988 г.:

Город S0₂ NO СО Всего

Магнитогорск	84	34	548	849
Новокузнецк	90	34	502	833
Мариуполь	54	30	573	773
Уфа	72	25	36	304
Баку	18	16	49	421

В местах сильного очагового загрязнения атмосферы при небла­гоприятных погодных условиях в результате взаимодействия загряз­нений и кислорода воздуха под действием ультрафиолетовых лучей может образоваться токсичный туман - «фотохимический смог». При

640

этом наблюдается синергетический эффект - два загрязняющих ком­понента в результате реакции образуют более ядовитые вещества,

например:

/IV

Оксиды азота+углеводороды —> пероксиацетилнитрат+озон

Оба полученных вещества (озон - сильный окислитель) вызыва­ют слезоточение и затруднение дыхания у человека, крайне ядови­ты для растений и приводят к их гибели. Так, в декабре 1952 г. за 5 дней лондонского смога погибло более 4 000 человек. В августе 1989 г. над Омском создалось газовое облако толщиной до 1 км из-за небла­гоприятных погодных условий (+ 30 °С, безветрие).

Загрязнение гидросферы. Исключительно сильное отрицатель­ное влияние на природу оказывают также жидкие или растворимые в воде загрязнители, попадающие в виде промышленных, коммуналь­ных и дождевых стоков в реки, моря и океаны. Объем сточных вод, сбрасываемых в водоемы мира, ежегодно составляет = 1 500 км³. Как правило, для нейтрализации стоков требуется их 5-12-кратное раз­бавление пресной водой. Следовательно, при современных темпах развития производства и непрерывно растущем водопотреблении (5-6 % в год) в самом ближайшем будущем человечество полностью исчерпает запасы пресных вод на Земле. К наиболее крупным заг­рязнителям водоемов относятся химическая, нефтехимическая, неф­теперерабатывающая, нефтяная, целлюлозно-бумажная, металлур­гическая и некоторые другие отрасли промышленности, а также сель­ское хозяйство (например, для целей орошения). Со сточными вода­ми НПЗ в водоемы попадают соленая вода ЭЛОУ, ловушечная нефть, нефтешламы, нефтепродукты, химические реагенты, кислые гудро-ны, отработанные щелочные растворы и т.д. С талыми и дождевыми стоками в водоемы сбрасывается в огромных количествах практи­чески вся гамма производимых в мире неорганических и органичес­ких веществ: нефть и нефтепродукты, минеральные удобрения, ядо­химикаты, тяжелые металлы, радиоактивные, биологически актив­ные и другие загрязнители. В мировой океан ежегодно попадает в том числе более 15 млн т нефти и нефтепродуктов, 200 тыс. т свинца, 5 тыс. т ртути; 1 т нефти образует на поверхности воды пленку диа­метром около 12 км. Нефтяная пленка существенно ухудшает газо­обмен и испарение на границе атмосфера - гидросфера, в результа­те гибнут планктон, водная флора, рыбы, морские животные и т.д. В

21 — 1908

641

последние годы участились аварии морских транспортных судов, га­зовых и нефтяных скважин, нефте- , газо- и продуктопроводов, же­лезнодорожных поездов, на промышленных предприятиях. Состояние гидросферы катастрофически ухудшается. Обостряется проблема во­доснабжения населенных пунктов и городов (например, фенольное загрязнение питьевой воды в количествах, в десятки и сотни раз пре­вышающих предельно допустимые концентрации и массовое отрав­ление миллионного населения г. Уфы в марте -апреле 1990 г.). Заг­рязнение многих рек и водоемов достигает опасного критического со­стояния. Ухудшению экологического состояния рек способствует так­же строительство ГЭС на равнинных реках.

Загрязнения литосферы. В результате хозяйственной деятель­ности человека происходит непрерывное сокращение площадей зе­мель, пригодных для сельскохозяйственного использования, а так­же их загрязнение промышленными и бытовыми отходами. Годовой объем таких отходов в мире составляет -3,5 млрд т, из них 2 млрд т -в сельском хозяйстве, 1 млрд т - в промышленности и 0,5 млрд т -коммунальный мусор. Из извлекаемых ежегодно из недр около 100 млрд т горных пород 98 % составляют отходы (в виде отвалов, терриконов), занимающие огромные площади плодородных земель. Вблизи городов образуются свалки бытовых и промышленных отхо­дов, содержащие весьма токсичные загрязнения (соли тяжелых ме­таллов, ртуть, лаки, краски, полимеры, резинотехнические отходы, от­работанные масла и катализаторы и т.д.), которые, разлагаясь, отрав­ляют воздух и подземные воды. В нашей стране такие отходы практи­чески не утилизируются, сжигается лишь около 3 % (в Японии - 70 %).

В районах интенсивной добычи нефти в ряде случаев наблюда­ются существенное оседание поверхности земли (например, в Мек­сике на 7 м), засоление почвенных вод и другие вредные воздействия. В значительном сокращении земельных ресурсов повинны также индустриально-городское и транспортное (автомобильное, железно­дорожное, трубопроводное) строительство, а также строительство водохранилищ, эрозия, засоление, заболачивание, опустынивание и другие негативные результаты хозяйственной деятельности человека.

Из вышеприведенного краткого обзора следует вывод о том, что уже сегодня, а не в далекой перспективе, возникла и продолжает уси­ливаться глобальная экологическая опасность перед всем человече­ством. Это обстоятельство — следствие нашей безответственности,

642

бесхозяйственности, некомпетентности и низкой экологической куль­туры. Беспечное отношение к окружающей среде приводит к увели­чению заболеваемости, генетическим отклонениям, климатическим изменениям, ухудшению плодородия почвы, исчезновению запасов питьевой воды, гибели животных и материальных ценностей и др.

Экологизация химической технологии. Наиболее традиционно применяемый сегодня подход при организации борьбы против заг­рязнения окружающей среды - строительство очистных сооружений. Однако это целесообразно лишь для приспособления существующих производств к новым требованиям экологии, поскольку приводит к значительному увеличению капитальных и эксплуатационных зат­рат и мало снижает реальные отходы. Главным направлением реше­ния проблемы экологической безопасности следует считать эколо­гизацию химических производств, то есть создание экологически чистых безотходных, точнее, малоотходных технологических про­изводств, в которых наиболее рационально и комплексно использу­ются все компоненты сырья и энергии и не нарушаются нормальное функционирование окружающей среды и природное равновесие.

Можно выделить следующие основные направления в осуществ­лении экологически чистых технологических процессов, в том числе нефтехимических:

1. комплексное использование и глубокая переработка сырья. Производство должно быть как можно менее ресурсоемким (ресур­сосберегающие технологии), осуществляться с минимумом затрат сырья и реагентов на единицу продукции. Образующиеся полуфаб­рикаты должны передаваться в качестве сырья другим производствам и полностью перерабатываться. Пример такого подхода - техноло­гия глубокой переработки нефти;

2. оптимальное использование энергии и топлива. Производство должно осуществляться при минимальных затратах энергии и топ­лива на единицу продукции (энергосберегающие технологии) и, сле­довательно, тепловые загрязнения окружающей среды также мини­мальны. Энергосбережению способствуют: укрупнение и энерготех­нологическое комбинирование процессов; переход на непрерывные технологии; совершенствование процессов разделения; применение активных и селективных катализаторов, позволяющих проводить процессы при пониженных температурах и давлениях; рациональ­ная организация и оптимизация тепловых схем и схем рекуперации

21*

643

энергетического потенциала отходящих потоков; снижение гидрав­лического сопротивления в системах и потерь тепла в окружающую среду и т.д. Нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприя­тия являются крупными потребителями топлива и энергии. В их энер­гетическом балансе на долю прямого топлива приходится 43 - 45 %, тепловой энергии - 40 - 42 % и электрической - 13-15 %. Полезное использование энергетических ресурсов не превышает 40 - 42 %, что приводит к перерасходу топлива и образованию тепловых выбросов в окружающую среду;

3. создание принципиально новых малоотходных технологичес­ких процессов. Этого можно добиться совершенствованием катали­заторов, техники и технологии производств. Малоотходные процес­сы более эффективны, чем процессы с дорогостоящими очистными сооружениями. Экономичнее получать небольшое количество силь­но концентрированных отходов, которые можно перерабатывать или ликвидировать по специальной технологии, чем большой объем силь­но разбавленных отходов, сбрасываемых в биосферу;

4. создание и внедрение замкнутых систем водопользования, включающих (или сводящих к минимуму) потребление свежей воды и сброс сточных вод в водоемы;

5. обеспечение высокой эксплуатационной надежности, герме­тичности и долговечности функционирования оборудования и всех систем производств. Сведение к минимуму или исключение вероят­ности аварий, взрывов, пожаров и выбросов отравляющих веществ в окружающую среду. Разработка автоматизированных систем обес­печения экологической безопасности производств и комплексов;

6. обеспечение высокого качества целевых продуктов, использу­емых в народном хозяйстве. Экологически чистыми должны быть не только сами технологические процессы, но и выпускаемые в них то­варные продукты. Так, моторные топлива должны удовлетворять возросшим экологическим требованиям по содержанию сернистых соединений, ароматических углеводородов, вредных присадок, на­пример, этиловой жидкости и т.д.;

7. использование новых экологически чистых продуктов из аль­тернативных источников сырья, например, нефтяного и природных газов, кислородсодержащих углеводородов (спиртов, эфиров) и во­дорода в автомобильном транспорте. Перевод части автотранспорта на альтернативные топлива рассматривается во многих странах мира как радикальная мера снижения вредных выбросов автомобиля, оз-

644

доровления воздушного бассейна больших городов, позволяющая одновременно значительно расширить ресурсы моторных топлив. Мировой парк автомобилей, работающих в настоящее время только на газовых топливах, превысил 4,5 млн единиц и растет исключи­тельно быстрыми темпами.

Кроме того, оздоровлению окружающей среды способствуют так­же конструктивное совершенствование и экологизация мобильной техники. Так, применительно к автотранспорту это означает:

• дизелизацию, то есть преимущественное использование дизе­лей, по сравнению с бензиновыми автомобилями;

• усовершенствование электромобилей;

• повышение топливной экономичности транспортных средств за счет снижения их тоннажности (преимущественный выпуск авто­мобилей малого и особо малого классов, мини-тракторов), примене­ния легких синтетических материалов взамен стали, кузовов с ма­лым аэродинамическим сопротивлением и т.д;

• снижение токсичности транспортных средств за счет совершен­ствования конструкции двигателей и улучшения процесса сгорания (двигатели с турбонаддувом, форкамерные, малотоксичный двига­тель Стирлинга, двигатели с отключением части цилиндров при ма­лых нагрузках, двухтопливные двигатели, установка каталитичес­ких зажигателей или нейтрализаторов выхлопных газов, электрон­ных зажигателей, использование компьютеров и т.д.).