Введение
В даннойработе освящается тема загрязнение нефтепродуктов. Какое влияние это оказываетна различные сферы и отрасли хозяйства. Рассмотрим проблемы сохранения качестванефтепродуктов во время хранения и доставки потребителю. Исходя даже изкраткого содержания материала, можно теоретически понять на каких этапахпроисходит ухудшения качества, уже готовых нефтепродуктов и других производныхнефти. Существующие системы контроля, требуют усовершенствования, так как немогут учесть все влияющие факторы загрязнения нефтепродуктов.
Невозможнооставить без внимания, какое отрицательное влияние, моральный и материальныйущерб от загрязнения нефтепродуктов, несем мы сами потребители.
Например:ситуация встречающаяся в повседневной жизни с которой мы сталкиваемся,некачественное топливо (бензин) на АЗС. Нельзя сказать, что производительотпускает некачественную продукцию, но в результате транспортировки, контакта свнешней средой, загрязненной тарой, качество уже произведенной продукциисущественно ухудшается.
В болеемасштабном рассмотрении ситуации, тоже происходит и с другими наименованияминефтепродукции.
1. Нефтепродукты
Нефтепродуктыпредставляют собой смесь углеводородов, различающихся размером молекул. Также кнефтепродуктам относят отдельные химические вещества, которые могут бытьполучены при переработке нефти и сопутствующего газа. Среди нефтепродуктоввыделяют виды топлива, такие как дизельное топливо, сжиженный нефтяной газ,бензин и керосин, а также некоторые другие вещества, которые могутиспользоваться в качестве топлива, растворители, смазочные материалы, сырье дляхимической промышленности. Продуктами нефтепереработки также являются асфальт,парафин, вазелин, гудрон, мазут и пластмассы. Нефтепродукты получают в процессеперегонки нефти, когда, в зависимости от температуры, от нефти отделяютсямолекулы углеводородов, имеющие определенный вес и размер, переходя в пар.
2. Источникизагрязнения
Прежде чем изучать отдельные источникиполучения низко- и высокомолекулярных парафиновых углеводородов, остановимся наважнейших физических константах этих углеводородов.
Особенно важную роль играют этиисточники получения газообразных парафинов в странах, где отсутствуютсколько-нибудь значительные нефтяные месторождения, но имеются большие запасыископаемых углей и крупные гидрогенизационные установки. Так как эти условиясуществуют в Германии, необходимо несколько подробнее рассмотреть указанныепроцессы.
ФРГ. До 1953 года промышленностьорганического синтеза ФРГ базировалась почти исключительно на углехимии.Развитие производства синтетических материалов заставило западногерманскуюхимическую промышленность исследовать новые источники получения алифатических иароматических соединений, которые уже не могли быть получены в достаточномколичестве из углехимического сырья.
Образование насыщенных циклическихуглеводородов нефти протекало, видимо, двумя путями. Один из этих путей несопровождался слишком глубокими преобразованиями молекул нефтематеринскоговещества. В результате из органических соединений, содержащих функциональные,благодаря процессам перераспределения водорода, образовались насыщенныеуглеводороды, имеющие так называемый «реликтовый характер», т.е. образовалисьводороды, сохранившие характерные черты строения веществ. Действительно,источники получения таких родов, как холестан, лупан, фриделан, гаммацеран ит.д., достаточно сами по себе ясны, и химизм образования этих соединений особойсложности не представляет. Наиболее яркий реликтового происхождения нефтяныхуглеводородов отметить среди углеводородов алифатического ряда, где семействоалканов изопреноидного типа состава изготавливалось из непредельного спирта – фитола.
Результаты спектрального определенияэлементарного состава механических примесей, выделенных из различных бензинов,позволяют установить основные источники загрязнения бензинов.
Рассмотрим, какое влияние может оказатьприменение альтернативных топлив на содержание токсичных компонентов вотработавших газах автомобиля. При использовании синтетических жидких продуктовиз угля, сланцев и природных битумов содержание вредных веществ в отработавшихгазах двигателя будет на уровне нефтяных аналогов. Экологические последствияприменения топлив, как правило, оцениваются по удельным выбросам СО, и NO*.Однако для более объективной оценки этих топлив необходимо принимать вовнимание все источники загрязнения окружающей среды, что в ряде случаев можетизменить картину. Например, при использовании спиртовых топлив наряду соснижением выбросов СО и NO* отмечается повышенный выброс альдегидов иуглеводородов.
Для уменьшения загрязнения нефтепродуктов продуктами коррозиивсе резервуары, трубопроводы и арматура складов и баз должны быть изготовленыиз коррозионно-устойчивых материалов и иметь антикоррозионное покрытие. Дляувеличения эффективности фильтрования и уменьшения загрязнения топлив и маселвсе резервуары должны быть оборудованы воздушными фильтрами на дыхательныхустройствах, отстойниками и устройствами для слива воды и грязи, плавающимитопливозаборниками и другой вспомогательной арматурой. Топлива в перспективнойсхеме целесообразно выдавать из расходных резервуаров закрытым способом черезсепараторы для отделения нерастворенной воды и фильтры с тонкостью фильтрации 5мкм. Дыхательные клапаны автотопливозаправщиков должны быть оборудованывоздушными фильтрами. Технику заправлять необходимо закрытым способом черезфильтры с тонкостью фильтрации 5 мкм. Перспективная схема фильтрования должнабыть применена в первую очередь для авиационных топлив, в дальнейшем еенеобходимо распространить для бензинов, дизельных топлив и некоторых другихпродуктов.
Большое значение для предотвращения загрязнениянефтепродуктов имеет своевременная зачистка резервуаров, трубопроводов,цистерн, танкеров и других технических средств, поскольку она значительноповышает чистоту хранимых нефтепродуктов. Порядок зачистки резервуаровопределен соответствующими инструкциями и руководствами. Резервуары зачищают впорядке планового обслуживания, а также при подготовке к ремонту и консервации,подготовке к заполнению нефтепродуктом более высокого сорта по сравнению сранее хранившимся, после полного освобождения при наличии в них загрязненныхостатков или продуктов коррозии. Работы по зачистке резервуаров выполняютсябригадой из трех человек: оператора, шофера-моториста, кочегара-слесаря. Кработам по зачистке резервуаров допускаются лица, сдавшие зачеты по правиламтехники безопасности.
Особое внимание необходимо уделять предотвращению загрязнениянефтепродуктов при транспортировании танкерами.
При нагревании нефтепродуктов в резервуарах и при пониженииатмосферного давления происходит расширение жидкой фазы и паровоздушной смеси ипри определенном перепаде давления паровоздушная смесь выходит в атмосферу! Вэтом цикле загрязнения нефтепродуктов не происходит. Загрязнение пыльюнаблюдается при «вдохе» резервуара, когда температура продукта понизится илиповысится атмосферное давление. В этом случае загрязненный воздух (еслиотсутствует фильтрация) поступает внутрь резервуара.
Нефтепродукты загрязняются в результате попадания пыли игрязи из атмосферы, плохой зачистки емкостей и других технических средств, врезультате процессов коррозии и окисления. Следовательно, загрязнение топлив имасел можно уменьшить ограничением или устранением этих процессов. Дляпредотвращения загрязнения нефтепродуктов из атмосферы их прием, выдачу, перекачкунеобходимо вести таким образом, чтобы в резервуары попадал воздух, лишенныйэтих примесей. Больше всего воздуха.
Со времени получения до применения нефтепродукты многократноперекачиваются, перевозятся различными видами транспорта, иногда длительноевремя хранятся в различных условиях на складах, базах, автозаправочных станциях(АЗС). При хранении, транспортировании и перекачке нефтепродукты контактируют свнешней средой: воздухом, влагой и техническими средствами (резервуарами,насосами, трубопроводами и др.) – и неизбежно загрязняются.
Основные источники и причины загрязнениянефтепродуктов
При хранении нефти и тяжелых нефтепродуктов иногда применяютспециальные методы, предотвращающие выпадение отложений на дно резервуара. Одиниз методов заключается в механическом перемешивании. Перемешивание осуществляютобычно пропеллерными, турбинными, винтовыми мешалками. Иногда, особенно зарубежом, применяют мешалки специальных типов. В процессе работы мешалкисоздается вихревой поток, взмучивающий накопившийся осадок. После длительнойработы осадок распределяется равномерно по всему продукту, а затем удаляетсявместе с ним. Для предотвращения образования осадков применяют и специальныеразмывочные машины, с помощью которых в процессе подачи размывается осадок на днерезервуаров. Для предотвращения выпадения на дно резервуаров осадков, парафинаи смолистых веществ применяют специальные присадки, которые не позволяюткоагулировать мелким частицам в более крупные. Но эти методы не решаютпринципиальной задачи предотвращения загрязнения нефтепродуктов. Присутствующиев нефти и тяжелых нефтепродуктах загрязнения остаются в их составе и следуютдальше по пути применения. Бесспорно, одними из самых эффективных физическихметодов предотвращения накопления загрязнений в нефтепродуктах являютсяфильтрация, центрифугирование и предварительный отстой. Химические методыпредотвращения загрязнения нефтепродуктов сводятся к введению антиокислительныхи антикоррозионных присадок, а также к подбору соответствующего химическогосостава, топлив и масел.
3. Загрязнениянефтепродуктов
Парафиннизкотемпературной гидрогенизации. При каталитической гидрогенизации смолышвелевания бурых углей на стационарном сульфидном никель-вольфрамовомкатализаторе под давлением водорода 300 ат происходит деструктивнаягидрогенизация кислородных и сернистых компонентов смолы. При этом битумы,смолы и другие высокомолекулярные сернистые и кислородные соединенияпревращаются в углеводороды. Эти реакции необходимо проводить при более мягкихтемпературных условиях, в противном случае, возможно, что в результатетермического разложения асфальтены и смолы будут отлагаться на катализаторе ещедо того, как произойдет их восстановительное разложение. Это создает опасностьнеобратимого загрязнения катализатора и постепенного падения его активности.
Следует иметьв виду, что по мере углубления отбора солярового дестиллата при вакуумнойперегонке мазута коксуемость дестиллата увеличивается; кроме того, в немповышается концентрация соединений, понижающих активность катализатора.Загрязняя катализатор, эти металлы оказывают неблагоприятное влияние на егосвойства. С увеличением загрязнения катализатора примесями уменьшается выход бензина,и повышаются выход кокса и количество водорода в газах крекинга.
При вакуумнойперегонке мазутов и гудронов часть содержащих металл соединений сырья попадаетв соляровый дистиллят. По мере накопления металлов на поверхности катализатораактивность и избирательность его ухудшаются, выход бензина падает, а легкихгазов и кокса возрастает; плотность крекинг-газов при этом уменьшается из-заобразования повышенных количеств водорода и метана. Поэтому нередко о степенизагрязнения катализатора судят на основании анализов легкой, метан-водороднойчасти крекинг-газов.
Молибденовыекатализаторы, особенно переведенные в сульфидную форму, весьма активны вреакциях гидрогенолиза сернистых соединений. Катализатор загружают в реактор вокисной форме, которая переводится в сульфидную под действием сырья илициркулирующего газа. Поэтому активность первоначально возрастает, а затемстабилизируется. Скорость падения активности катализатора после достижениястабильного уровня определяется скоростью загрязнения катализатора. Последняя,в свою очередь, зависит от скорости полноты гидрирования коксообразующих компонентов,присутствующих в исходном сырье или образующихся из промежуточных продуктовреакции, особенно если процесс проводится в условиях, затрудняющих протеканиереакций гидрирования.
Суммарныйтемпературный коэффициент скорости реакции гидрирования положительный. Сповышением температуры жесткость гидроочистки возрастает пропорционально,приводя к снижению содержания серы, азота, кислорода и металлов в очищенномпотоке. Расход водорода увеличивается, иногда достигает максимума, а затемможет снижаться вследствие протекания реакций дегидрирования. Однако приповышении температуры до области, в которой возможно протекание нерегулируемыхреакций гидрокрекинга, расход водорода возрастает до чрезвычайно большихвеличин. Образование кокса на катализаторе обнаруживает отчетливую зависимостьот температуры процесса. Поэтому температуру необходимо всегда поддерживать, возможно,низкой, насколько это совместимо с требуемым качеством продукта, чтобы свестидо минимума скорость загрязнения катализатора. Если стремятся предотвратитьинтенсивное протекание гидрокрекинга, то температуру процесса поддерживают впределах 260–415° С. В области температур 400–455° С реакции гидрокрекингастановятся преобладающими.
Высокаяначальная гидрирующая активность большинства свежих катализаторов уменьшаетсяпо мере отработки катализатора и стабилизируется на приблизительно постоянномуровне. Но некоторые катализаторы в начальный период работы переходят всульфидную форму, и активность их возрастает. Скорость падения активности последостижения стабильного уровня определяется скоростью загрязнения катализатора,которая в свою очередь зависит от полноты гидрирования коксообразующихкомпонентов. Эти коксообразующие компоненты могут присутствовать в исходномсырье или могут образоваться из промежуточных продуктов реакции, если процесспроводится в условиях, затрудняющих протекание гидрирования.
Почти любаянефтяная фракция, находящаяся при температуре крекинга в газообразном илижидком состоянии, может подвергаться воздействию катализаторов крекинга. Иногдас целью уменьшения содержания непредельных углеводородов и понижениямолекулярного веса переработке подвергается даже бензин. Керосины, легкие итяжелые газойли, кипящие в интервале температур 200–500°, являются обычнымсырьем каталитического крекинга. На установках с псевдоожиженным или движущимсяслоем катализатора иногда перерабатывают тяжелые нефтяные остатки, однако из-завысокого коксообразования и возможности загрязнения катализатора раствореннымив остатке металлами такой процесс экономически маловыгоден.
Суммарныйтемпературный коэффициент скорости реакции гидрирования положительный. Сповышением температуры жесткость гидроочистки возрастает пропорционально,приводя к снижению содержания серы, азота, кислорода и металлов в очищенномпотоке. Расход водорода увеличивается, иногда достигает максимума, а затемможет снижаться вследствие протекания реакций дегидрирования. Однако приповышении температуры до области, в которой возможно протекание нерегулируемыхреакций гидрокрекинга, расход водорода возрастает до чрезвычайно большихвеличин. Образование кокса на катализаторе обнаруживает отчетливую зависимостьот температуры процесса. Поэтому температуру необходимо всегда поддерживать возможно,низкой, насколько это совместимо с требуемым качеством продукта, чтобы свестидо минимума скорость загрязнения катализатора. Если стремятся предотвратитьинтенсивное протекание гидрокрекинга, то температуру процесса поддерживают впределах 260–415° С. В области температур 400–455° С реакции гидрокрекингастановятся преобладающими.
Высокаяначальная гидрирующая активность большинства свежих катализаторов уменьшаетсяпо мере отработки катализатора и стабилизируется на приблизительно постоянномуровне. Но некоторые катализаторы в начальный период работы переходят всульфидную форму, и активность их возрастает. Скорость падения активности последостижения стабильного уровня определяется скоростью загрязнения катализатора,которая в свою очередь зависит от полноты гидрирования коксообразующихкомпонентов. Эти коксообразующие компоненты могут присутствовать в исходномсырье или могут образоваться из промежуточных продуктов реакции, если процесспроводится в условиях, затрудняющих протекание гидрирования.
По сравнениюс почти постоянным выходом дебутанизированного бензина с концом кипения 204 °Симели место колебания выходов легкого и тяжелого бензинов. Однако это неявляется результатом загрязнения катализатора и последующего восстановленияактивности катализатора после регенерации.
Причины иисточники загрязнения нефтепродуктов механическими примесями
Со времениполучения до применения нефтепродукты многократно перекачиваются, перевозятсяразличными видами транспорта, иногда длительное время хранятся в различныхусловиях на складах, базах, автозаправочных станциях. При хранении,транспортировании и перекачке нефтепродукты контактируют с внешней средой:воздухом, влагой и техническими средствами – и неизбежно загрязняются.
Основныеисточники и причины загрязнения нефтепродуктов:
Принагревании нефтепродуктов в резервуарах и при понижении атмосферного давленияпроисходит расширение жидкой фазы и паровоздушной смеси и при определенномперепаде давления паровоздушная смесь выходит в атмосферу! В этом циклезагрязнения нефтепродуктов не происходит. Загрязнение пылью наблюдается при«вдохе» резервуара, когда температура продукта понизится или повыситсяатмосферное давление. В этом случае загрязненный воздух поступает внутрьрезервуара.
4. Предотвращение загрязнениянефтепродуктов
Нефтепродукты загрязняются в результатепопадания пыли и грязи из атмосферы, плохой зачистки емкостей и другихтехнических средств, в результате процессов коррозии и окисления.Следовательно, загрязнение топлив и масел можно уменьшить ограничением илиустранением этих процессов. Для предотвращения загрязнения нефтепродуктов изатмосферы их прием, выдачу, перекачку необходимо вести таким образом, чтобы врезервуары попадал воздух, лишенный этих примесей. Больше всего воздуха
Особое внимание необходимо уделятьпредотвращению загрязнения нефтепродуктов при транспортировании танкерами.
Большое значение для предотвращениязагрязнения нефтепродуктов имеет своевременная зачистка резервуаров,трубопроводов, цистерн, танкеров и других технических средств, поскольку оназначительно повышает чистоту хранимых нефтепродуктов. Порядок зачисткирезервуаров определен соответствующими инструкциями и руководствами. Резервуарызачищают в порядке планового обслуживания, а также при подготовке к ремонту иконсервации, подготовке к заполнению нефтепродуктом более высокого сорта посравнению с ранее хранившимся, после полного освобождения при наличии в нихзагрязненных остатков или продуктов коррозии. Работы по зачистке резервуароввыполняются бригадой из трех человек: оператора, шофера-моториста,кочегара-слесаря. К работам по зачистке резервуаров допускаются лица, сдавшиезачеты по правилам техники безопасности.
При хранении нефти и тяжелыхнефтепродуктов иногда применяют специальные методы, предотвращающие выпадениеотложений на дно резервуара. Один из методов заключается в механическомперемешивании. Перемешивание осуществляют обычно пропеллерными, турбинными,винтовыми мешалками. Иногда, особенно за рубежом, применяют мешалки специальныхтипов. В процессе работы мешалки создается вихревой поток, взмучивающий накопившийсяосадок. После длительной работы осадок распределяется равномерно по всемупродукту, а затем удаляется вместе с ним. Для предотвращения образованияосадков применяют и специальные размывочные машины, с помощью которых впроцессе подачи размывается осадок на дне резервуаров. Для предотвращениявыпадения на дно резервуаров осадков, парафина и смолистых веществ применяютспециальные присадки, которые не позволяют коагулировать мелким частицам вболее крупные. Но эти методы не решают принципиальной задачи предотвращениязагрязнения нефтепродуктов. Присутствующие в нефти и тяжелых нефтепродуктахзагрязнения остаются в их составе и следуют дальше по пути применения.Бесспорно, одними из самых эффективных физических методов предотвращениянакопления загрязнений в нефтепродуктах являются фильтрация, центрифугированиеи предварительный отстой. Химические методы предотвращения загрязнениянефтепродуктов сводятся к введению антиокислительных и антикоррозионныхприсадок, а также к подбору соответствующего химического состава, топлив имасел.
Для уменьшения загрязнениянефтепродуктов продуктами коррозии все резервуары, трубопроводы и арматураскладов и баз должны быть изготовлены из коррозионно-устойчивых материалов ииметь антикоррозионное покрытие. Для увеличения эффективности фильтрования иуменьшения загрязнения топлив и масел все резервуары должны быть оборудованывоздушными фильтрами на дыхательных устройствах, отстойниками и устройствамидля слива воды и грязи, плавающими топливозаборниками и другой вспомогательнойарматурой. Топлива в перспективной схеме целесообразно выдавать из расходныхрезервуаров закрытым способом через сепараторы для отделения нераствореннойводы и фильтры с тонкостью фильтрации 5 мкм. Дыхательные клапаныавтотопливозаправщиков должны быть оборудованы воздушными фильтрами. Техникузаправлять необходимо закрытым способом через фильтры с тонкостью фильтрации 5мкм. Перспективная схема фильтрования должна быть применена в первую очередьдля авиационных топлив, в дальнейшем ее необходимо распространить для бензинов,дизельных топлив и некоторых других продуктов.
Заключение
Мы кратко рассмотрели основные причины ипроцессы изменения физико-химических свойств нефтепродуктов и основные способывосстановления их качества. Работы по восстановлению свойств топлив и маселзначительно упростятся, если будет правильно организовано сохранение ихкачества на всех этапах хранения и применения.
Сохранение качества нефтепродуктовследует рассматривать как сложную организационную систему, которая в свою очередьявляется подсистемой в системе применения топлив и масел.
Исходной посылкой для образования иначала функционирования системы сохранения качества нефтепродуктов являются:
– принятие принципиального решения поструктуре и порядку функционирования системы организации сохранения;
– четкое планирование работ поорганизации технического обеспечения сохранения качества;
– организация надежного управления иконтроля работы всех элементов системы;
– организация и проведение научных работпо проблемам сохранения качества нефтепродуктов.
При приеме нефтепродуктов на базызагрязнения в резервуары могут попасть и из недостаточно зачищенныхжелезнодорожных цистерн, танкеров, автоцистерн и магистральных трубопроводов.
На сегодняшний день, этой проблеменачали уделять внимания, ведутся разработки новых методов сохранения чистотынефтепродуктов, создаются и производятся более соответствующие современномувремени средства и машины для транспортировки нефтепродуктов.
Список использованнойлитературы
1. Большаков Г.Ф. Химическийсостав нефтей Западной Сибири, 1988
2. Большаков Г.Ф. Экспрессметоды определения загрязненности нефтепродуктов, 1977
3. Большаков Г.Ф. Восстановлениеи контроль качества нефтепродуктов, 1982
4. Боровая М.С. Лаборантнефтяной и газовой лаборатории, 1968
5. Ботнева Т.А. Генетическиеосновы классификации нефтей, 1987
6. Бочавер Н.З. Расчетныеметоды оценки качественных показателей нефтей и нефтепродуктов, 1982