Рис. 3 - Крекинг нефти в лабораторных условиях
3.2 Охрана окружающей среды в коксохимическом производствеВ существующих технологических процессах подготовки и коксования угля, улавливания и переработки химических продуктов образуются отходы, количество которых составляет (в % от массы сухой угольной шихты): выбросы в атмосферу (пыль, углеводороды, оксиды углерода, серы и азота и т.п.) - 0,7-0,8; фенолсодержащие сточные воды - 30-40; отходы химических цехов (фусы, кислые смолки, кубовые остатки, полимеры) - 0,25-0,28. Кроме того, на углефабриках образуются отходы углеобогащения в количестве до 35-50% от массы готовой шихты.Вопросы организации бессточного коксохимического производства. На многих предприятиях пока сохраняется стадия мокрого тушения кокса. При этом испаряется 0,5-0,6 м3 воды на 1 т кокса. Таким образом, при подаче очищенной воды на тушение кокса коксохимическое производство становится бессточным. При этом можно утилизовать также продувочные воды системы производственно-технического водоснабжения коксохимического предприятия (рис. 4).Вывод продувочных вод из системы оборотного водоснабжения связан с необходимостью сокращения количества солей в оборотной воде, чтобы избежать образования накипей на поверхностях теплообмена.Как известно, переход на сухое тушение кокса является одним из наиболее важных мероприятий, позволяющих рационально использовать энергетические и водные ресурсы, сократить выбросы в атмосферу и улучшить качество кокса. При сухом тушении кокса прекращается химическое и тепловое загрязнение окружающей среды, достигается большая экономия энергетического топлива (чтобы получить то количество пара, которое производится на установках сухого тушения кокса - УСТК, обслуживающей коксовую батарею производительностью 1 млн. т/год, надо израсходовать с учетом теплового к.п.д. парогенератора более 100 тыс. т условного топлива). Однако при полном переходе на сухое тушение кокса возникает новая проблема - утилизация сточных вод (в количестве 0,5 м3/т кокса). Наибольший интерес представляет использование этих вод после биологической очистки в цикле оборотного водоснабжения.Рис. 4 - Расход сточной и технической вод (в м3/т кокса) при мокром тушении кокса без использования сточных вод в оборотном водоснабжении
Рассмотрим некоторые пути сокращения количества фенольных сточных вод.
1. Объем конденсата первичных газовых холодильников зависит от влажности исходного угля и количества пирогенетичсской влаги, на долю которой приходится менее 20% общего объема конденсата. При термоподготовке основная часть влаги угля удаляется при температурах 100-200°С, т.е. в условиях, исключающих разложение органической массы угля. Влага угля, выводимая из системы, практически свободна от токсичных веществ, т.е. на 0,06-0,07 м3/т шихты (или на 0,9-0,10 м3/т кокса) уменьшается балансовое количество загрязненных сточных вод.
2. Дополнительным источником сточных вод является принятая схема выделения аммиака из надсмольной воды при десорбции его острым паром. Расход пара на десорбцию аммиака составляет 20-25% объема перерабатываемой воды, или 40-45 т/т аммиака. Переход на обогрев аммиачных колонн глухим паром позволил бы уменьшить объем сточных вод на 0,03-0,07 м3/т кокса. Необходимо, чтобы коксохимическое предприятие возвращало на теплоэлектростанцию как можно больше конденсата глухого пара; в настоящее время значительная его часть поступает в сточные воды. Сокращение расхода острого пара и более полный возврат конденсата уменьшает не только объемы сточных вод, но и затраты на химическую водоочистку и водоподготовку в системе ТЭС.
3. Закрытие цикла конечного холодильника без улавливания в голове процесса несколько увеличивает объем сточных вод. В то же время переход к улавливанию цианистого водорода, сероводорода и аммиака в начале газового тракта делает ненужным узел конечного охлаждения и уменьшает объем сточных вод на 0,05 м3/т кокса [4,5].
3.3 Пути сокращения и утилизации газовых выбросовОдной из наиболее серьезных задач является организация бездымной загрузки шихты в печные камеры. На ряде предприятий используют инжекцию парогазовой смеси, образующейся в момент загрузки в стояки и газосборник. Этот прием создает благоприятную санитарную обстановку на коксовых печах, но приводит к увеличению уноса пыли в смолу и повышает содержание кислорода в газе.В РФ и за рубежом отрабатываются системы индивидуального отсоса газов загрузки и дожигания их в специальной установке, смонтированной на углезагрузочном вагоне.Крупный источник выбросов в атмосферу - градирня конечного охлаждения коксового газа.На ряде производств опасность представляют выбросы из воздушников. Отдельные виды выбросов попадают в коксовый газ. Так, на всасывающую линию нагнетателей подаются выбросы из воздушников пиридиновых установок. В этих выбросах содержатся токсичные цианистый водород и пиридиновые основания. В коксовый газ возвращают и легкую фракцию сырого бензола, которая не утилизируется на ряде предприятий. В пекококсовый газ подается отработанный газ после обработки пека воздухом.
Серьезную проблему представляли выбросы бензольных углеводородов из воздушников технологического оборудования и цехов ректификации сырого бензола. Потери составляли около 2% от массы сырого бензола. В настоящее время разработана двухступенчатая схема охлаждения парогазовой смеси с конденсацией продуктов и последующей абсорбцией бензольных углеводородов захоложенными сольвентами или ксилолами.
Существует несколько видов выбросов, содержащих пары ряда токсичных веществ, включая и полициклические ароматические углеводороды, которые не удается утилизировать. Возможным решением в этом случае является дожигание органических веществ, лучше - каталитическое. Для этой цели используют катализаторы - оксиды ванадия и меди, нанесенные на оксид алюминия. Температура каталитического процесса 400-500°С, объемная скорость 10-25 тыс. ч-1. Степень очистки составляет 97-100% при содержании углеводородов в исходной смеси 6-18 г/м3 (отбросные газы отделения пекоподготовки).
Рис. 5 - Схема дожигания теплоносителя в производстве формованного кокса: 1 - теплообменник; 2 - контактный аппарат с кипящим слоем катализатора; 3 - циклон
Метод каталитического дожигания успешно используется и для очистки избыточного газа-теплоносителя установок формованного кокса. Особенностью такого газа является низкое содержание кислорода - 0,3-0,7%. В газе кроме углеводородов содержится 3-8 г/м3 угольной пыли, загрязненной смолистыми веществами, пары воды и сероводород.
Для очистки (рис. 5) используется аппарат с кипящим слоем катализатора 2. Избыточный теплоноситель разбавляется воздухом до концентрации кислорода 4 об. % и поступает в реактор. Здесь окисляются все органические вещества, включая и смолу, адсорбированную на поверхности частиц пыли. Мелкодисперсные частицы пыли проходят через слой катализатора. Теплоноситель охлаждается в теплообменнике 1, очищается от пылинок в циклоне 3.или на металлокерамических фильтрах и выбрасывается в атмосферу.
3.4 Утилизация твердых и смолистых отходовНаиболее крупная проблема-комплексное использование отходов углеобогащения и охрана окружающей среды при работе углеобогатительных фабрик. Масштабность этой проблемы характеризуется тем, что уже в 1980 г. углеобогатительные фабрики страны ежегодно перерабатывали 300 млн. т угля, получая 50 млн. т твердых отходов. На ряде предприятий их широко используют при сооружении дамб, для дорожных покрытий, в производстве строительных материалов. В Подмосковном угольном бассейне на разрезе «Кимовский» действует безотходная фабрика по комплексному обогащению высокосернистого бурого угля с получением обогащенного энергетического угля, серного колчедана - сырья для получения серной кислоты, глины для изготовления кирпича.Представление о составе отходов дают характеристики промышленных отходов углеобогатительных фабрик Карагандинского угольного бассейна:Зольность, % | 68,5-70,5 | |
Содержание серы, % | 2,0-2,2 | |
Теплота сгорания, МДж/кг | 7,5-8,2 | |
Состав, % чистый уголь | 31,33 | |
сульфиды железа | 1,3 | |
глинистые материалы | 62-64 | |
карбонаты | 1-3 |
Химический состав золы, масс.
SiO2 | 53-58 | MgO | 1,3-1,8 | |
А12О3 | 25-28 | TiO2 | 0,7-1,2 | |
Fе2O3 | 5,5-6,5 | SO3 | 1,4-2,2- | |
СаО | 1,8-2,8 | CO2 | 0,2-0,4 |
Достоинством отходов углеобогатительных фабрик является высокая степень готовности к переработке (стабильный состав минеральной части, однородный гранулометрический состав). В РФ разработана прогрессивная технология получения из, отходов углеобогащения искусственного пористого заполнителя (аглопорита) для легких бетонов.
В настоящее время отходы углеобогащения можно использовать в качестве следующих материалов:
1) сырье для производства аглопорита, стеновых керамических изделий, вяжущих материалов, дренажных труб, керамической плитки и других строительных материалов;
2) материалы для строительства дорог и земляных сооружений (строительный щебень, дорожные основания дамб, балластировка железных дорог);
3) сырье для сернокислотного производства-серный колчедан;
4) материалы для закладки выработанного пространства» шахт и планировки поверхности, нарушенной горными работами;
5) сырье для производства удобрений;
6) сырье для получения кремнеалюминиевых сплавов, материалов на основе карбида кремния, глинозема, сульфата алюминия и др.
Наибольшее значение имеют два первых направления.
Строительные материалы на основе отходов добычи и обогащения углей дешевле по сравнению с приготовленными из традиционного сырья: аглопорит - на 28%, кирпич - на 16%. При этом не полностью учтена экономия капитальных затрат на организацию добычи традиционного сырья.
Существуют, однако, организационные трудности, определяющиеся необходимостью сооружения самостоятельных производств строительных материалов, соответствующих по мощности углеобогатительным фабрикам. Трудной и не полностью решенной проблемой остаются переработка и утилизация отходов флотации углей, так как в этом случае необходимо не только тщательное механическое обезвоживание этих отходов,, но и уничтожение органических флотореагентов, уносимых вместе с углем.
Своеобразным твердым отходом становится сульфат аммония - низкосортное удобрение, на изготовление которого используют значительные количества дефицитной серной кислоты.
Крупным достижением коксохимической промышленности явилась утилизация смолистых отходов производства - фусов, кислых смолок сульфатных цехов и цехов по переработке сырого бензола и нафталина. Количество фусов составляет 0,15-0,18% от сухой шихты, кислой смолки цехов улавливания - 0,05%; столько же кислой смолки получают и при очистке сырого бензола.
Была разработана схема утилизации фусов, возвращаемых в угольную шихту, а также технология совместной утилизации кислых смолок, масел с очистных сооружений, кубовых остатков от ректификации бензола, полимеров, сильно загрязненных сточных вод, которая предполагает приготовление водно-масляной эмульсии из смеси отходов. Эту смесь затем дозируют в шихту. При этом эмульгаторами служат полимерные продукты, содержащиеся в отходах. В настоящее время эмульсионный способ утилизации практически всех образующихся химических отходов (кислых и щелочных, органических и неорганических) ' внедрен на большинстве коксохимических предприятий востока и центра РФ.
ГЛАВА 4. УРОКИ
Урок на тему: Переработка нефти и природного газа
I. Нефть - это сложная смесь насыщенных (алканов), ароматических углеводородов и циклоалканов с примесью неорганических веществ.
Различают нефти:
· парафиновые,
· нафтеновые,
· ароматические.
Нефть - маслянистая жидкость от светло-бурого до чёрного цвета, с характерным запахом, в воде не растворяется, поэтому образует на её поверхности плёнку, не пропускающую воздух (одна из экологических проблем).
II. Переработка нефти
Цель переработки нефти: получение бензина и сырья для нефтехимии.
Виды переработки нефти:
а) перегонка (физический процесс) - первичная переработка нефти - выход не более 20%,
б) крекинг (химический процесс) - вторичная переработка - выход до 80%.
а) Перегонка нефти.
Фракция - смесь УВ, кипящих в определённом температурном интервале.
Продукты первичной переработки:
Фракции нефти | Углеводороды | Температура кипения фракции в _С | Применение | ||
1 | Бензин | С5 - С11 | 20-200 | Автомобильный бензин, авиационный бензин | |
2 | Лигроин | С8 - С14 | 150-250 | Горючее для автотракторной техники | |
3 | Керосин | С12 - С18 | 180-300 | Топливо для самолётов и ракет | |
4 | Газойль | С18 - С24 | 275-400 | Топливо для дизельных двигателей | |
5 | Мазут | С19 - С53 | Более 400 | Подвергают вторичной переработке, часть мазута используют в качестве топлива |
Прямая перегонка нефти
· устройство ректификационной колонны (Н = 50 - 60 м, Д = 3 м);
· сущность перегонки нефти;
· продукты перегонки (фракции):
1. Бензиновая - С5 - С12, tє кипения = 40 - 200о С - состав бензина
2. Лигроиновая - С8 - С14, tє кипения = 150 - 250о С - горючее для тракторов
3. Керосиновая - С12 - С18, tє кипения = 180 - 300оС - горючее для тракторов, ракет
4. Дизельная - С12 - С18, tє кипения = 180 - 350оС - дизельное топливо
5. Гудрон - асфальт
Главный недостаток перегонки нефти - малый выход бензина (20 - 30%).
Крекинг термический - 470 - 550о С, р = 2-6 Мпа
С16Н34 -- С8Н18 + С8Н16
С8Н18 -- С4Н10 + С4Н8
С4Н10 -- С2Н6 - С2Н4
Состав бензина - разветвленные углеводороды, непредельные (но их меньше, чем в бензине термического крекинга).
Пиролиз - высокотемпературный крекинг - 650 - 700о С. Получают непредельные углеводороды.
Риформинг - получение ароматических углеводородов (ароматизация нефти)
Химическая переработка углеводородов нефти позволяет получать не только горюче смазочные материалы, но и целый ряд органических веществ (схема).
Виды крекинга:
а) каталитический:
б) термический.
Реформинг (ароматизация) - превращение предельных углеводородов в ароматические, что улучшает качество бензина. Сущность риформинга - дегидрирование в присутствии катализатора - платины.
Природный газ
· состав природного газа;
· применение метана и его соединений.
Таблица 1 - Состав природного и попутного нефтяных газов (в объёмных процентах)
Компоненты газов | Природный газ Уренгойского месторождения | Попутный газ Суторминского месторождения | Попутный газ Пограничного месторождения | |
Метан | 95,16 | 63,4 | 85,85 | |
Этан | 1,00 | 10,5 | 0,12 | |
Пропан | 0,33 | 11,1 | 4,75 | |
Бутан и изобутан | 0,07 | 2,8 1,2 | 1,4 и выше | |
Пентан и др. | 0,03 | 2,0 | 0,72 | |
Азот и редкие газы | 3,009 | 9,0 | 1,74 | |
Углекислый газ | 0,40 | - | - |
Свойства нефти:
Плотность. Измеряется в кг/м3, по плотности нефти можно судить о её составе, применение нефти зависит от её состава. В нефти с небольшой плотностью меньше тяжелых углеводородов: асфальтенов, битумов, её легче отделить от воды и механических примесей.
Вязкость - свойство нефти оказывать при передвижении сопротивление перемещению частиц относительно друг друга, чем меньше вязкость, тем легче нефть передвигается по трубам при транспортировке, легче поддается переработке.
Газовый фактор - количество газа на 1 тонну нефти, газ отделяется на месторождении, либо подается потребителю, либо подается на факел
Виды нефти:
По составу углеводородов:
· метановые,
· нафтеновые,
· ароматические,
· смешанные.
По плотности:
· лёгкие - плотность 0,65- 0,87%
· средние - плотность 0,871-0,910%
· тяжёлые - плотность 0,910-1,05 г/см3
По содержанию серы:
· малосернистые до 0,5%
· сернистые 0,5-2%
· высокосернистые свыше 2%
По содержанию твёрдых парафинов, растворённых в нефти (нефтяной парафин):
· высокопарафиновые - до 25%
· парафинистые или парафиновые - более 1,5%-6%
· малопарафиновые менее 1,5%
Нефть - это очень ценное полезное ископаемое, но неправильное использование и нарушение технологии добычи нефти приводят к серьёзным последствиям.
Следует отметить основные экологические проблемы:
1. Загрязнение воздуха.
Основными загрязнителями являются:
предприятия нефтегазового комплекса, теплоэлектроцентрали;
транспорт.
2.Загрязнение поверхностных вод.
Основными источниками загрязнений водоёмов являются стоки от буровых скважин, транспортных средств. Химические реагенты, нефть, нефтепродукты, фенолы, тяжёлые металлы являются основными загрязнителями, попадающими в водоёмы. Тяжёлые фракции нефти, оседая на дно рек, способствуют хроническому загрязнению и вызывают гибель данной фауны
3. Нарушение почвенно-растительного покрова.
Почвы подвергаются химическому загрязнению в районах месторождений нефти и газа. В районах пробуренных скважин отмечается повышенное содержание в почве цинка, свинца, никеля, хрома, бора, стронция. Вечная мерзлота способствует накоплению загрязняющих веществ в почве и длительному хранению. В условиях низких температур растительный покров развивается чрезвычайно медленно, поэтому природа более ранима. Чем в других районах планеты.
Длительность восстановления ландшафтов составляет от 15 до 100 лет, но основная их часть вообще не восстанавливается. Из-за бездумного освоения нефтегазовых ресурсов Ямала выведено из оборота 60тыс. км2 оленьих пастбищ, в 1990 году сгорело 14 тыс. км2 ягельников. При существующей практике экосистемы разрушены на 20-30%.
Вопрос: «Что такое парафин, который применяется для изготовления свечей, с химической точки зрения?»
Ответ:
Парафин - это воскоподобное вещество, смесь предельных углеводородов состава С18Н38 - С35Н72, t плавления = 40-600С, получают из нефти. Применяют для приготовления парафинистой бумаги, пропитки древесины в спичечном и карандашном производствах, как изоляционный материал, химическое сырьё и т.д. В медицине используют для парафинолечения.
Вопрос:Что такое асфальт?И правда ли, что асфальт встречается в природеОтвет: Асфальты и битумы - это природные минералы, образуются в результате окисления нефти. Асфальт был известен ещё в древности. Асфальт (от греческого asphaltеs - горная смола).Различают асфальты:· природные (60-70% битумов): образуются при выветривании нефти в природеискусственные - производят из нефти и используют для дорожного покрытия дорог, это смесь битумов -13-60% и песка, гравия, щебня.
В природе встречаются асфальтовые озёра, например, озеро на острове Тринидад - редкостное природное образование. По нему можно ходить, даже проложена узкоколейная железная дорога для вывоза асфальта. Но асфальт в озере находится в постоянном движении и такие озёра - настоящий капкан для животных. Птицы, привлекаемые обманчивым блеском поверхности, садятся на озеро и больше уже не взлетают.· Что такое этилированный бензин?
· В нашем городе есть компрессорная станция КС-1. Поясните, пожалуйста, чем занимаются компрессорные станции?
· Почему во многих учебниках написано, что метан, этан - это газы без запаха; а газ, который применяется в быту, обладает сильным неприятным запахом?
· Что означают марки бензина, например: А-76, АИ-92, АИ-96, АИ- 96 и др?
· На каком топливе работают самолёты?
· Нефть это вещество, или смесь веществ?
· Какие вещества входят в её состав?
· Чем отличаются по составу попутный и природный нефтяные газы?
· Какой газ природный или попутный имеет больше возможностей для нефтехимии?
· Перегонка это физический или химический процесс? На каком свойстве веществ основана перегонка?
· Крекинг это физический или химический процесс?
· Какой бензин более качественный:
бензин, полученный прямой перегонкой, термическим или каталитическим крекингом?
· Как вы понимаете слова Д.И.Менделеева «Нефть - не топливо, топить можно и ассигнациями»?
Задачи с экологическим содержанием
1. Рассчитайте объем СО2, возвращенного в круговорот углерода в результате деятельности метанокисляющих бактерий, если ими было утилизировано из воздуха 4,8 т СН4. Процесс биологического окисления метана идет ступенчато:
СН4 ? СН3ОН ? НСНО ? НСООН ? СО2.
Масса СН4 в атмосфере равна 4,3*108 т, а общая масса СО2 - 2,3*1012 т.
2. Один из способов очистки коксового газа от оксидов азота(II) - использование метана.
Какой объем СН4 расходуется в час на взаимодействие с NO на установке по очистке коксового газа производительностью 130 тыс. м3/ч, если в 1 м3 коксового газа содержится 6 см3 NO?
3. На нефтеперерабатывающем заводе негерметичное соединение коммуникаций приводит к утечке бензина или другого нефтепродукта. Например, при утечке одной капли бензина в секунду потери топлива в месяц составляют 130 л, а в год - 1560 л. Сколько километров мог бы пройти автомобиль в месяц и в год, если его расход составляет 15 л на 100 км? Какой вред могут принести окружающей среде потери нефти и нефтепродуктов в нефтеперерабатывающей промышленности?
4. В настоящее время муравьиную кислоту получают из природного газа путем каталитического окисления содержащегося в нем метана. Вычислите объем природного газа (н. у.), необходимого для получения муравьиной кислоты массой 69 т, если объемная доля метана в нем равна 0,95. Определите преимущества данной технологии по сравнению с методом получения муравьиной кислоты путем разложения формиата натрия серной кислотой при охлаждении раствора.
Литература
Борисов И.Н. Об изучении химических производств, жури. «Химия в школе», 1954, № 1.
Шаповаленко С.Г. Вопросы политехнического обучения в процессе преподавания химии, журн. «Химия в школе», 1953, № 2.
Цветков Л.А., ред. Сборник «Производственные экскурсии по химии в школе, 1953.
Павлов Б.А. и др. Технология неорганических веществ. Пособие для учителей средней школы, 1954.
Вольфкович С.И. и др. Общая химическая технология, т. I, 1952.
Борисев М.И. Методика преподавания химии, т. 2, 1954.
Цветков Л.А, Химические опыты при изучении каучука и нефти, М.: «Химия в школе», 1953, № 6.
Терпогосова К.А. Нефть и продукты её переработки, 1952.
9.. Барковский Е.В., Врублевский А.И. Тесты по химии, Минск, 2002.
Страницы: 1, 2
