Порядок виконання розрахунків та вихідні данні

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

РОЗРАХУНОК ВИКИДІВ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН В АТМОСФЕРУ ПРИ ВІЛЬНОМУ ГОРІННІ НАФТИ І НАФТОПРОДУКТІВ

Мета роботи – ознайомитись зі складовими частинами нафти та процесом горіння нафти та нафтопродуктів, методами визначення маси забруднюючих речовин, які виділяються при горінні нафти в коморах, на поверхності ґрунтів та водних об’єктів тощо.

Теоретичні відомості

Нафта – це масляниста, найчастіше темно-коричнева рідина. Розрізняють легкі та важкі види нафти. Дуже рідко нафта буває щільною напівтвердою, в якій багато парафінів (Карпатські родовища). З легкої нафти отримують бензин, гас; з важкої – різні мастильні матеріали, дизельне паливо, бітум, мазут. Легкі нафти добувають насосами чи фонтанним способом, а важкі – навіть шахтним. На відміну від інших корисних копалин нафта й гас не утворюють самостійних пластів, вони заповнюють порожнини в породах.

За своїм складом сира нафта є сумішшю кількості хімічних сполук, більшу частину яких складають вуглеводні (понад 75%), сполуки сульфуру (до 5%), нітрогену (до 1%), оксигену (до 1%), солі лужних і лужноземельних металів, які утворюють попіл. Вуглеводнева частина нафти включає парафіни (20–25%), шіклопарафіни (5–30%), ароматичні (моно-, ди- та поліциклічні) вуглеводні (до 5%), нафтеноароматичні (5–30%), залишкові (10–60%).

Парафінові(С_nН_2n+2).В звичних умовах парафіни до С₄Н₁₀ - гази, від С₅Н₁₂ до С₁₅Н₃₂ - рідини, що входять до складу моторних палив, С₁₆Н₃₄ і вище - тверді речовини, парафіни.

Нафтенові–циклопарафінові (циклани) С_nН_2n.

Ароматичні (арени)С_nН_2n-6 - цінне сире для нафтохімічної промисловості й отримання високооктанових бензинів.

Неграничні (олефінови)С_nН_2n в нафтах не містяться, а утворюються при переробці й є цінною сировиною для отримання поліетилену і поліпропілену тощо.

За вмістом парафіну нафти підрозділяються на малопарафінисті (1,5%); парафінисті (від 1,5 до 6%) і високопарафінисті (>6%). Іноді зустрічаються нафти зі вмістом парафіну до 30%. Шкідливими домішками нафти є сірчисті сполуки до 8% (сірководень, сульфіди, меркаптани, елементарна сірка і пірофірні похідні). Кисень (до 2%) присутній у вигляді нафтенових і жирних кислот, фенолів і асфальтенів. Окрім цього в нафті містяться вуглекислий газ, хлор, йод, фосфор, миш'як, калій, натрій, азот і багато інших елементи таблиці Д.І.Менделєєва, а також пластова вода.

Густина нафти 750-950 кг/м³. Нафти густиною до 900 кг/м³ називають легкими, а більше 900 кг/м³ - важкими. Густина бензину 720-780 кг/м³, дизельне паливо - 840-900, масел - 890-940. Під густиною розуміють відношення маси речовини при температурі 20^оС до займаного об'єму.

Питома теплотворна здатність нафти як палива складає 37,6-49,3 МДж/кг (чим менше щільність, тим більша теплотворна здатність). У сирому вигляді нафту майже не використовують. Після очищення від води та шкідливих домішок нафту за допомогою термічної перегонки розділяють на фракції. При нагріванні до 40-180°С виділяють пари авіабензину, при 200-300°С – гасу, 270-350°С – газойлю. Після світлих нафтопродуктів виділяють спочатку мазут, потім гудрон. Всього з нафти виробляють більше 560 різних нафтопродуктів. Нафта широко використовується в хімічній промисловості при виробництві пластмас, синтетичного каучуку, синтетичних волокон, жирів, спирту, органічних кислот, розчинників, мастильних матеріалів тощо.

Процес горіння нафти і нафтопродуктів може виникати при аваріях, а також при спалюванні некондиційних продуктів або аварійних розливів. Процес горіння нафти супроводжується утворенням різних продуктів горіння. Склад продуктів згоряння залежить від складу нафти і коефіцієнта надлишку повітря.

Основним продуктом згоряння вуглеводнів є діоксид вуглецю (СО₂), але оскільки горіння дифузійне і повітря недостатньо, то утворюються оксид вуглецю (СО), продукти неповного згоряння - вуглеводні різної будови (формальдегід, органічні кислоти, бенз(а)пірен тощо), сажа (С).

У процесі горіння бере участь азот, що входить до складу повітря. При високих температурах він здатний окислюватися з утворенням оксидів азоту (NO, NO₂ тощо). Якщо до складу нафти входять сполуки сірки (сірководень, меркаптани, сульфіди тощо), то в процесі горіння утворюються оксиди сірки (SO₂ і SO₃).

Підприємства нафтодобувної галузі здійснюють вплив на навколишнє середовище в таких проявах:

· вилучення земельних ресурсів для об'єктів нафтодобування;

· порушення та забруднення земель;

· викиди забруднюючих речовин в атмосферу, скиди в поверхневі та підземні води, а також на підстилаючу поверхню;

· вилучення з нафтою високомінералізованих супутніх вод;

· поховання відходів буріння;

· аварійні розливи нафти (з наступним випаровуванням).

Основний негативний вплив підприємства нафтодобувної галузі здійснюють на атмосферне повітря. Щорічно галуззю викидається в атмосферу шкідливих викидів до 1650 тис.т. Основна частка викидів (98%) припадає на рідкі та газоподібні речовини. Характерними забруднюючими речовинами, які утворюються в процесі добування нафти є вуглеводні (48% сумарного викиду в атмосферу), оксиди карбону (33%), тверді речовини (20%). Галузь незадовільно використовує супутні гази, які вилучаються при добуванні нафти. Щорічно втрачається та спалюється до 7,1 млрд.м³ на­фтового газу (біля 20% вилученого). Додаткового збитку навколишньому середовищу завдають аварії на бурових установках і платформах, а також на магістральних газо- та нафтопроводах, які є найтиповішими причина­ми забруднення поверхневих вод (основною причиною є корозія обладнання до 90,5%).

Найбільші екологічні проблеми виникають не на стадії видобування і транспортування нафти або газу, а при їх використанні в промисловості.

Найчастіше забруднення здійснюється в результаті діяльності промисловості з переробки нафти. Це первинні забруднення, які під дією водяної пари, кисню, світла та інших чинників утворюють вторинні забруднювачі такі як сульфати, озон, нітрати і органічні сполуки.

Порядок виконання розрахунків та вихідні данні

Завдання:

1. Розрахувати П для кожної забруднюючої речовини (кг/год).

П= К ⋅ m ⋅ S_ср, кг/год, (2.1)

де П - маса забруднюючої речовини, яка викинута в атмосферу за одиницю часу, кг/годину; (викид забруднюючої речовини);

К - питомий викид забруднюючої речовини на одиницю маси згорілого нафтопродукту (нафти), кг(речовини)/кг (нафти);

m - швидкість вигоряння нафтопродукту, кг/(м²⋅год);

S_сp- середня поверхня дзеркала рідини, м².

2. Розрахувати масу викиду за формулою M_в=П⋅t_ґ(кг).

де t_ґ - час горіння нафти від початку до загасання, год;

3. Розрахувати М_гр. для кожної речовини

М_гр=0,6 ⋅ k ⋅ k_н ⋅ ρ ⋅ b ⋅ S_ґ , (кг).

де k - питомий викид, кг/кг;

k_н - коефіцієнт нафтоємності ґрунту (табл. 2.3);

ρ_н - густина нафти, кг/м³;

b - товщина просоченого нафтопродуктом шару ґрунту, м;

S_ґ - площа нафтової плями на ґрунті, м² ;

0,6 - прийнятий коефіцієнт повноти згоряння нафтопродукту.

4. Розрахунки занести до таблиці.

Дані 2 варіанта:

Руйнування резервуару. Нафта горить в межах обваловки.

S _обв.=200м²;

t_ґ =10 год;

ρ_н=0,78т/м³

b=10 см ;

пісок, вологість 40%, S_ср = S_r

Завдання 1.

Нафта

П_СО2=1⋅108⋅200=21600 кг/год

П_СО=0,084⋅108⋅200=1814,4 кг/год

П_С=0,17⋅108⋅200=3672 кг/год

П_NO2=0,0069⋅108⋅200=149,04 кг/год

П_Н2S=0,001⋅108⋅200=21,6 кг/год

П_SO2=0,0278⋅108⋅200=600,48 кг/год

П_HCN=0,001⋅108⋅200=21,6 кг/год

П_НCHO=0,001⋅108⋅200=21,6 кг/год

П_CH3COOH=0,015⋅108⋅200=324 кг/год

Дизельне паливо

П_СО2=1⋅198⋅200=39600 кг/год

П_СО=0,0071⋅198⋅200=281,16 кг/год

П_С=0,0129⋅198⋅200=510,84 кг/год

П_NO2=0,0261⋅198⋅200=1033,56 кг/год

П_Н2S=0,001⋅198⋅200=39,6 кг/год

П_SO2=0,0047⋅198⋅200=186,12 кг/год

П_HCN=0,001⋅198⋅200=39,6 кг/год

П_НCHO=0,0011⋅198⋅200=43,56 кг/год

П_CH3COOH=0,0036⋅198⋅200=142,56 кг/год

Бензин

П_СО2=1⋅190,8⋅200=38160кг/год

П_СО=0,311⋅190,8⋅200=11867,76 кг/год

П_С=0,0015⋅190,8⋅200=57,24 кг/год

П_NO2=0,0151⋅190,8⋅200=576,216 кг/год

П_Н2S=0,001⋅190,8⋅200=38,16 кг/год

П_SO2=0,0012⋅190,8⋅200=45,79 кг/год

П_HCN=0,001⋅190,8⋅200=38,16 кг/год

П_НCHO=0,0005⋅190,8⋅200=19,08 кг/год

П_CH3COOH=0,0005⋅190,8⋅200=19,08 кг/год

Завдання 2

Нафта

M_вCO2=21600⋅10=216000 кг

M_вCO=1814,4⋅10=18144 кг

M_вC=3672⋅10=36720 кг

M_вNO2=149,04⋅10=1490,4 кг

M_вH2S=21,6⋅10=216 кг

M_вSO2=600,48⋅10=6004,8 кг

M_вHCN=21,6⋅10=216 кг

M_вHCHO=21,6⋅10=216 кг

M_вCHCOOH=324⋅10=3240 кг

Дизельне паливо

M_вCO2=39600⋅10=396000 кг

M_вCO=281,16⋅10=2811,6 кг

M_вC=510,84⋅10=5108,4 кг

M_вNO2=1033,56⋅10=10335,6 кг

M_вH2S=39,6⋅10=396 кг

M_вSO2=186,12⋅10=1861,2 кг

M_вHCN=39,6⋅10=396 кг

M_вHCHO=43,56⋅10=435,6 кг

M_вCHCOOH=142,56⋅10=1425,6 кг

Бензин

M_вCO2=38160⋅10=381600 кг

M_вCO=11867,76⋅10=118677,6 кг

M_вC=57,24⋅10=572,4 кг

M_вNO2=576,216⋅10=5762,16 кг

M_вH2S=38,16⋅10=381,6 кг

M_вSO2=45,79⋅10=457,9 кг

M_вHCN=38,16⋅10=381,6 кг

M_вHCHO=19,08⋅10=190,8 кг

M_вCHCOOH=19,08⋅10=190,8 кг

Завдання 3

Нафта

М_грСО2=0.1⋅1⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.168 кг

М_грСО=0.6⋅0.084⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.014 кг

М_грС=0.6⋅0.17⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.028 кг

М_грNO2=0.6⋅0.0069⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.0012 кг

М_грH2S=0.6⋅0.001⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00017 кг

М_грSО2=0.6⋅0.0278⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.0047 кг

М_грHCN=0.6⋅0.001⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00017 кг

М_грHCNO=0.6⋅0.001⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00017 кг

М_грCH3COOH=0.6⋅0.015⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.0021 кг

Дизельне паливо

М_грСО2=0.1⋅1⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.168 кг

М_грСО=0.6⋅0.0071⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.0012 кг

М_грС=0.6⋅0.0129⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00022 кг

М_грNO2=0.6⋅0.0261⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.0044 кг

М_грH2S=0.6⋅0.001⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00017 кг

М_грSО2=0.6⋅0.0047⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00079 кг

М_грHCN=0.6⋅0.001⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00017 кг

М_грHCNO=0.6⋅0.001⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00017 кг

М_грCH3COOH=0.6⋅0.0036⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.0006 кг

Бензин

М_грСО2=0.1⋅1⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.168 кг

М_грСО=0.6⋅0.311⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.052 кг

М_грС=0.6⋅0.0015⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00025 кг

М_грNO2=0.6⋅0.0151⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.0025 кг

М_грH2S=0.6⋅0,001⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00016 кг

М_грSО2=0.6⋅0.0012⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.0002 кг

М_грHCN=0.6⋅0.001⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00017 кг

М_грHCNO=0.6⋅0.0005⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00008 кг

М_грCH3COOH=0.6⋅0.0005⋅0.18⋅0.78⋅0.1⋅200/10=0.00008 кг

Завдання 4.

Результати розрахунків

Поиск по сайту: