Методическая разработка для проведения практических работ по теме: "Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу при свободном горении нефти и нефтепродуктов"
методическая разработка

Тема: Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу при свободном горении нефти и нефтепродуктов

Цель занятия:

Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу при горении нефти и нефтепродуктов

Основные понятия:

Нефть – это смесь различных углеводородов: предельных – парафиновых СnH2n+2 (алканы), нафтеновых – циклопарафиновых CnH2n (цикланы), ароматических CnH2n-6 (арены). Содержание углеводородов в нефти колеблется в пределах 82-87%, водорода – 11-14%, остальное – примеси. Непредельные СnH2n (олефиновые) в нефти не содержатся, а образуются при переработке и являются ценным сырьем для получения полиэтилена и полипропилена и др.

Вредными примесями нефти являются сернистые соединения до 8% (сероводород, сульфиды, меркаптаны, элементарная сера и пирофорные производные). Кислород (до 2%) присутствует в виде нафтеновых и жирных кислот, фенолов и асфальтенов. Кроме этого в нефти содержатся углекислый газ, хлор, йод, фосфор, калий, натрий, азот и др., а также пластовая вода.

Плотность нефти 750-950 кг/м3. Нефть плотностью до 900 кг/м3 называют легкими, а более 900 кг/м3 – тяжелыми. Под плотностью понимают отношение массы вещества при температуре 200С к занимаемому объему.

Процесс горения нефти и нефтепродуктов может возникать при авариях, а также при сжигании некондиционных продуктов или аварийных разливов. Процесс горения нефти сопровождается образованием различных продуктов горения, состав которых зависит от состава нефти и коэффициента избытка воздуха.

Основным продуктом сгорания углеводородов является диоксид углерода СО2, но так как горение диффузионное и воздуха недостаточно, то образуются оксид углерода СО, продукты неполного сгорания – углеводороды различного строения (формальдегид, органические кислоты, бенз(а)пирен и др.), сажа С.

В процессе горения участвует азот, входящий в состав воздуха. При высоких температурах он способен окисляться с образованием оксидов NO, NO2 и др.

Если в состав нефти входят соединения серы (сероводород, меркаптаны, сульфиды и др.), то в процессе горения образуются оксиды серы (SO2, SO3).

Предлагаемый метод расчета выбросов вредных веществ в атмосферу при свободном горении нефти и нефтепродуктов применяется для определения массы вредных веществ, выделяющихся в атмосферу при горении нефти в амбарах, резервуарах, обваловках на водной поверхности и так далее.

Исходные данные:

- тяжелая нефть

 - фонтанирующая нефтяная скважина

- супесь

- загрязняющие вещества:

Диоксид углерода СО2

Оксид углерода СО

Сажа С

Оксиды азота (в пересчете на NO2)

Сероводород H2S

Оксиды серы (в пересчете на SO2)

Синильная кислота HCN

Формальдегид НСНО

Орг. кислоты (в пересчете на СН3СООН)

1. Определить массы вредных веществ, выделяющихся в атмосферу при горении нефти по формуле (1):

         П= К · m · Sср, кг/час,                                        (1)              

где П - масса загрязняющего вещества, выброшенного в атмосферу в единицу времени, кг/час; (выброс загрязняющего вещества);

К - удельный выброс загрязняющего вещества на единицу массы сгоревшего нефтепродукта (нефти), кг (вещества)/ кг (нефти);

m- скорость выгорания нефтепродукта, кг/(м2·час);

Sсp- средняя поверхность зеркала жидкости, м2.

Величина К определяется при температуре горения меньше либо равной 1300°С и избытке воздуха σ=0.93, что соответствует реальным условиям свободному горению нефти (по Приложению 1).

Скорость выгорания m является практически постоянной величиной для нефти определяется как средняя массовая скорость горения с единицы поверхности зеркала в единицу времени.

Для фонтанирующих скважин:

Scp= 0,7 Q/(с · L) (м2),                                        (2)

где Q- дебит скважины ( производительность скважины по нефти), кг/ч;

с - плотность нефти, т/м3;

L - линейная скорость выгорания нефти, м/ч

Scp=

Рассчитать массу вещества П для каждого загрязняющего вещества (кг/час).

2. Рассчитать массу выброса по формуле:

 M=П · t1 (кг)                                                        (3)

Если время t = 1ч, то М = П (кг).

3. Для расчета выбросов вредных веществ, образующихся при сгорании нефти на открытом грунте используется следующая формула (2) (кг/час):

Мгр = 0,6 ( K · kн ·с · b · S ) / t                                     (4)

где K - удельный выброс, кг/кг (Приложение 1);

kн - коэффициент нефтеемкости грунта  при влажности 20 г/м3;

с - плотность нефти, кг/м3;

b - толщина пропитанного нефтепродуктом слоя почвы, м;

S - площадь нефтяного пятна на почве, м2;

t - время горения нефти от начала до затухания, час;

0,6 - принятый коэффициент полноты сгорания нефтепродукта.

Рассчитать Мгр для каждого загрязняющего вещества.

1. Расчетные величины свести в таблицу:

Сделать вывод.

Приложение 1

Величина удельного выброса загрязняющего вещества на единицу массы сгоревшего нефтепродукта (нефти), кг (вещества)/ кг (нефти)

Исходные данные для расчетов

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой нефть?

2. Какую нефть называют легкой, а какую тяжелой?

3. Назовите основные продукты горения нефти.

4. Как рассчитывать выброс загрязняющего вещества в амбарах, резервуарах?

5. Как происходит горение нефти?

Рекомендуемые источники

1. Тимонин, А.С. Инженерно-экологический справочник. Т.1./А.С. Тимонин. -  Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2013. – 884 с. ISBN 5-89552-073-1
2. Тимонин, А.С. Инженерно-экологический справочник. Т.2. / А.С. Тимонин. -  Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2013. – 884 с. ISBN 5-89552-072-3
3. Тимонин, А.С. Инженерно-экологический справочник. Т.3. / А.С. Тимонин. -  Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2013. – 884 с. ISBN 5-89552-077-34
4. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении/А.М. Когановский  [и др.]. – М.: Химия, 2013. – 288 с.
5. Родионов, А.И. Технологические процессы экологической безопасности: учеб./ А.И. Родионов, В.Н. Клушин, В.Г. Систер. – Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2013. – 884 с. ISBN 5-89552-013-8
6. Внуков, А.К. Защита атмосферы от выбросов энергообъектов: Справ./А.К. Внуков. – М.: Энергоатомиздат, 2012. – 176 с.: ил. ISBN 5-283-00105-9
7. Рабинович, В.А. Краткий химический справочник: Справ./В.А. Рабинович, З.Я. Хавин; под ред. А.А. Потехина, А.И. Ефимова. – Л.: Химия, 2011. – 432 с. ISBN 5-7245-0703-Х
8. ГН 2.1.5.689-98. ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бутового водопользования. – Утв. 04.03.98 № 9. [www.lawrussia.ru]. – Режим доступа: http:// lawrussia.ru/bigtexts/law_1070/index.htm
9. ГН 1.1.725-98. Перечень веществ, продуктов, производственных процессов, бытовых и природных факторов. – Утв. 23.12.98 № 32.– Режим доступа: http:// www.ekoinvest.ru/content/view/53/91/
10. ГН 2.2.5.686-98. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны. – Утв. 04.02.98.– Режим доступа: http:// www.ekoinvest.ru/content/view/53/91/
11. Расчет выброса вредных веществ в атмосферу при свободном горении нефти и нефтепродуктов: методика. – Самара : Самарский областной комитет охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, 2006.