Нефтехимическая промышленность, отходы и очистка
Нефтехимическая промышленность, отходы и очистка
Общая характеристика отрасли
Нефтехимическая промышленность представляет собой высокотехнологичную отрасль тяжелой индустрии, ориентированную на глубокую переработку углеводородного сырья. В отличие от нефтеперерабатывающей промышленности, задачей которой является первичная переработка сырой нефти и получение базовых топливных фракций (бензина, керосина, дизельного топлива), нефтехимия использует полученные нефтепродукты для синтеза сложных химических соединений. Фундаментальными технологическими процессами в данной сфере выступают пиролиз и каталитический риформинг. С их помощью предприятия отрасли производят этилен, пропилен, бутадиен, стирол, разнообразные полимерные материалы, фенолы, поверхностно-активные вещества, а также широкий спектр ароматических соединений.
Исторический контекст и структурное развитие
Масштабное формирование нефтехимического комплекса на постсоветском пространстве было инициировано в период шестидесятых и семидесятых годов двадцатого века. Исторически сложилась практика проектирования территориально-производственных комплексов, объединяющих мощности по первичной нефтепереработке и последующему нефтехимическому синтезу вблизи крупных месторождений. Наличие колоссальных запасов углеводородного сырья обусловило опережающие темпы развития нефтехимии по сравнению с другими химическими отраслями. Несмотря на исторически сложившуюся тенденцию к экспорту первичных нефтепродуктов для их последующей глубокой переработки за рубежом, в двадцать первом веке отрасль проходит этап активной модернизации, сопровождающийся обновлением производственных фондов и внедрением современных технологических линий.
Специфика загрязняющих веществ и промышленных отходов
Одной из ключевых экологических проблем нефтехимического производства является формирование значительных объемов высокотоксичных сточных вод. Главным объектом негативного воздействия предприятий нефтехимии выступает гидросфера. Базовый состав загрязнителей во многом аналогичен отходам нефтеперерабатывающих заводов и включает органические примеси, углеводороды, фенолы и сульфиды. Отличительной особенностью стоков глубокой нефтехимии является присутствие высоких концентраций соединений азота и фосфора, а также экстремальная засоленность воды, обусловленная применением в технологических циклах хлорида натрия и хлорида кальция.
Отходы производства полимерных материалов дополнительно характеризуются повышенной температурой, значительным содержанием взвешенных частиц (включая нерастворимые полимерные фракции) и присутствием летучих примесей. Согласно классификации Агентства по охране окружающей среды США, жидкие отходы нефтехимических комплексов могут содержать до ста тридцати высокотоксичных химических соединений. Наибольшую экологическую опасность представляют хлорированные алканы, бензол, толуол, этилбензол, полициклические ароматические углеводороды, нитрофенолы, хлорфенолы, а также способные к биоаккумуляции в живых организмах соли тяжелых металлов.
Технологии производства и экология на примере стирола и полимеров
Процесс получения стирола базируется на методе дегидрирования этилбензола, который предварительно синтезируется путем алкилирования бензола с использованием хлорида водорода и соединений алюминия в качестве катализаторов. Данный химический синтез сопровождается образованием широкого спектра побочных продуктов. Современные энерготехнологические схемы производства стирола предусматривают использование диоксида углерода для регенерации катализатора, а также интеграцию газовых турбин. Природный газ сжигается в печах, смешивается с технологическими газами и направляется в реактор-окислитель, после чего смесь поступает в турбину для выработки энергии. Газы с температурой около семисот пятидесяти градусов по Цельсию обеспечивают промежуточный подогрев реакционной смеси этилбензола в системе теплообменников.
Жидкие отходы производства стирола представляют собой сложные многокомпонентные системы. Первичная промывка генерирует сильнокислые воды, насыщенные солями, в то время как противоточная промывка образует щелочные стоки, содержащие бензол, этилбензол и иные ароматические углеводороды.
Процессы полимеризации, применяемые для получения полипропилена, осуществляются при температурных режимах около ста градусов по Цельсию с использованием растворителей (гексана, гептана, бензина). Отходы данных производств включают отработанные кислотные катализаторы, а также значительные объемы щелочных промывных вод, содержащих гидроксиды алюминия и натрия. Производство полистирола генерирует до пяти кубических метров высококислотных стоков на каждую тонну готовой продукции, загрязненных фосфорной кислотой и детергентами.
Системы комплексной очистки сточных вод
Водоочистные сооружения нефтехимических предприятий используют многоступенчатые схемы дифференцированной обработки различных типов стоков. Ввиду многообразия загрязнителей технологические регламенты предусматривают селективный подход к их обезвреживанию: Высококонцентрированные солевые растворы подвергаются упарке, после чего соли могут вторично использоваться в качестве коагулянтов. Из щелочных сточных вод ароматические углеводороды извлекаются посредством отгонки с водяным паром. Токсичные нитросоединения разрушаются с помощью озонирования или термического обезвреживания.
Универсальными методами физико-химической очистки являются использование сильных окислителей (пероксида водорода, озона) и жидкофазное окисление кислородом воздуха при повышенных давлении и температуре. Широкое применение находит метод адсорбции на активированном угле, реализуемый в колонных аппаратах. Процесс регенерации сорбента осуществляется путем термического воздействия или промывки водяным паром, что позволяет отгонять летучие фракции.
Завершающим этапом комплексной системы выступает биологическая очистка с использованием активного ила или пленочных биофильтров. Ей предшествуют процессы декантации, нейтрализации и флокуляции. Биоочистка позволяет эффективно элиминировать детергенты и существенно снизить концентрацию фосфатов, однако даже передовые очистные комплексы не обеспечивают нулевого уровня эмиссии загрязняющих веществ.
Современные природоохранные технологии и гидроочистка
С целью соблюдения жестких экологических стандартов качества моторных топлив внедряются технологии глубокой гидроочистки, ориентированные на переработку вакуумного газойля. Данный полупродукт, получаемый фракционированием нефти под вакуумом при температуре около пятисот градусов по Цельсию, содержит значительное количество серы, азота и тяжелых металлов, выступающих прекурсорами токсичных атмосферных выбросов.
Технология предусматривает каталитическое гидрирование сырья (смеси газойля и бензина) в многоярусных реакторах. Для контроля температурного режима экзотермических реакций между слоями катализатора осуществляется подача холодного водорода. В результате процесса происходит глубокая десульфуризация и деазотирование сырья, что позволяет получать стабильный экологически чистый бензин и дизельное топливо.
Для обеспечения установок гидроочистки водородом высокой степени чистоты применяются методы короткоцикловой адсорбции. Водород синтезируется из природного газа методом паровой конверсии метана. Предварительная очистка сырьевого газа от меркаптанов осуществляется с применением оксида цинка. Современные автоматизированные узлы короткоцикловой адсорбции используют систему твердых поглотителей и работают в безотходном циклическом режиме. Побочные продукты технологических процессов гидроочистки (сероводород, углеводородные газы, кислые воды и растворы аминов) направляются на регенерацию в абсорбционные и отпарные колонны, после чего очищенные газы интегрируются в топливную систему предприятия, формируя замкнутый технологический цикл малоотходного производства.