Проблемы нормирования и контроля выбросов загрязняющих

Проблемы нормирования и
контроля выбросов
загрязняющих веществ от
сжигания попутного газа
Костылева Наталья Валерьевна
к.т.н, нач. отдела прикладной экологии
ФГУ УралНИИ «Экология»
Состав попутных нефтяных газов
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
- этан;
- пропан;
- н-бутан и изо-бутан;
- н-пентан и изо-пентан;
- н-гексан и изо-гексан;
- октан, нонан, декан;
моноциклические (нафтеновые) углеводороды (циклоалканы) : циклогексан,
циклопентан;
- ароматические углеводороды (арены): бензол, толуол, ксилол, этилбензол,
бутилбензол;
- серосодержащие органические соединения: метилмеркаптан, этилмеркаптан,
бутилмеркаптан, диметилсульфид;
- фенолы;
- полициклические ароматические углеводороды: аценафтилен, аценафтен,
антрацен, флуорен, фенантрен, флуорантен, пирен, бенз(а)пирен,
бенз(в)флуорантен, бенз(h)флуорантен, бенз(ghi)перилен, дибенз(a,h)антрацен,
хризен, индено(1,2,3-cd)пирен, бенз(а)антрацен, нафталин др.;
- азот и оксиды неметаллов: диоксид углерода, сероводород;
- оксиды металлов и металлы: оксид железа, оксид марганца, ванадий, свинец,
медь, цинк, кобальт и др.
Средний химический состав попутного газа, сжигаемого
на факелах одного месторождения по данным проекта
ПДВ, (% объема)
кислород
азот
двуокись
углерода
метан
этан
пропан
и-бутан
н-бутан
и-пентан н-пентан
гексаны
гептаны
Факела высокого давления
0,084 1,326
0,490 84,896
4,182
4,976
1,419
1,586
0,303
0,656
0,509
0,380
1,801
1,545
0,759
0,205
1,528
1,684
1,249
0,790
Факела низкого давления
0,131 1,002
0,819 55,194 10,361 16,720
5,991
7,546
Совмещенный факел
0,127 1,096
1,091 62,442
7,959 12,761
4,689
4,944
Основные загрязняющие вещества, образующиеся
при сжигании попутного газа на факеле
• ПОЛНОЕ ОКИСЛЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ: оксиды углерода, азота
и серы.
• ПРОДУКТЫ НЕПОЛНОГО ОКИСЛЕНИЯ и ТРАНСФОРМАЦИИ,
ФОРМИРУЮЩИЕ ВТОРИЧНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ:
– насыщенные углеводороды (алканы);
– ненасыщенные углеводороды (алкены): этилен, пропилен, изобутилен,
бутилен, гексен, гептен и другие;
– спирты: метанол, этанол, пропанол, бутанол, пентанол и другие;
– альдегиды: формальдегид и другие;
– кетоны: ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, циклогексанон,
ацетофенон;
– карбоновые кислоты (смеси карбоновых кислот (С1-С6): акриловая,
метакриловая и другие;
– полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и
полициклические ароматические соединения с атомами азота, серы и
кислорода – приоритетные загрязнители окружающей среды с
выраженной канцерогенной активностью.
• Большая часть указанных органических веществ входит в перечень
летучих органических соединений.
Перечень нормируемых веществ в соответствии с
«Методикой расчета выбросов вредных веществ в
атмосферу при сжигании попутного нефтяного газа на
факельных установках», НИИ АТМОСФЕРА, 1997 г.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
- азот (IV) оксид (азота диоксид);
- азот (II) оксид (азота оксид);
- углерод (сажа);
- сера диоксид (ангидрид сернистый);
- сероводород;
- углерод оксид;
- углерод диоксид;
- смесь углеводородов предельных С1-С5;
- смесь углеводородов предельных С6-С10;
- бенз(а)пирен.
•
Для оценок мощности выбросов оксида углерода, оксидов азота (в
пересчете на диоксид азота), а также сажи в случае невыполнения
условия бессажевого сжигания используются опытные значения
удельных выбросов на единицу массы сжигаемого газа [С.Л.
Беренблюм, Э.М. Ривин. Методы расчета вредных выбросов в
атмосферу из нефтехимического оборудования. Обзорная
информация серии: Охрана окружающей среды. ЦНИИТЭ-Нефтехим,
М., 1991 ], представленные в нижеследующей таблице:
• Таблица 6.1
Удельные выбросы
(кг/кг)
Бессажевое
сжигание
Сжигание с
выделением сажи
qco
2*10-2
0,25 (35%)
qNOx
3*10-3
2*10-3 (0,3%)
qсажи
-----
3*10-2 (4%)
Бенз/а/пирен
2*10-11
8*10-11
Выброс сажи от факелов сжигания газа попутного газа на
одном из месторождений (по данным проекта ПДВ) за 2008 г.)
Выброс сажи
Расход
м3/сек
г/сек
т/год
Удельный
выброс, г/м3
1. Факел высокого давления
5,5
154,3
4662,1
28,1
2. Факел низкого давления
2,9
87,6
2761,1
30,2
3. Факел низкого давления
0,128
5,3
167,3
41,4
4. Факел низкого давления
0,163
6,7
209,9
41,1
5. Факел низкого давления
0,394
18,3
576,0
46,4
6. Факел низкого давления
0,276
12,6
397,6
45,7
7. Факел низкого давления
1,284
54,7
1722,6
42,6
8. Факел низкого давления
0,043
1,9
62,9
44,2
Факел
Выброс сажи от факелов сжигания газа нефтедобывающих
предприятий
(по фактическим данным за 2008 г.)
Удельный выброс сажи, г/м3
50
45
40
44,2
35
45,7
41,4
46,4
42,6
41,1
30
30,2
25
20
28,1
15
10
5
0
0,043
0,128
0,163
0,276
0,394
1,284
Расход сжигаемого ПНГ, м3/с
2,9
5,5
Выбросы от дополнительного
оборудования на факеле
Дополнительное
оборудование на факеле
Емкость дренажная
для конденсата
Насосы для
емкости
Запорнорегулирующая
арматура (ЗРА)
Расчетная методика
определения выбросов
загрязняющих веществ
Расчет согласно «Методике
расчета вредных выбросов в
атмосферу из
нефтехимического
оборудования. РМ 62-91-90.
Воронеж, 1990 г. п.п.3.1. «Расчет
вредных выбросов через
«воздушку»
Расчёт по методике расчёта
выбросов вредных веществ в
окружающую среду от
неорганизованных источников
нефтегазового оборудования. РД
39-142-00. Краснодар, 2001 г.
Технология расчета
1.Определение значения
массы выброса
углеводородов в целом с
учетом концентрации
нефтяной составляющей
в конденсате
2.Разбивка значения массы
выброса на отдельные
углеводороды с учетом
состава нефти на :
Смесь предельных
углеводородов С1-С5
72,52 %
Смесь предельных
углеводородов С6-С10
26,80 %
Бензол
0,35 %
Ксилол
0,11 %
Толуол
0,22 %
Действующие нормативные документы по нормированию и
контролю выбросов от предприятий нефтедобычи
• Письмо № 01/9793-9-32 от 13.07.2009 г.Федеральной службы по
защите прав потребителей и благополучия человека:
гигиенические нормативы смеси углеводородов предельных C1C5, смеси углеводородов предельных C6-C10 закончили свое
действие и предложено проводить контроль и нормирование
выбросов по веществам: метан, бутан, пентан и гексан.
• Письмо ОАО НИИ «Атмосфера» № 07-2-409/10-0 от 05.05.2010
г. нормировать и контролировать углеводороды С1-С5, а также
метан, этан, пропан, бутан и пентан при невозможности их
раздельного определения по метану, углеводороды С6-С10 –по
гексану.
МЕТОДИКА
расчета выбросов вредных веществ в атмосферу
при сжигании попутного нефтяного газа на факельных
установках
• 6.4 Проверка выполнения условий бессажевого горения
попутного нефтяного газа на факельной установке.
• 6.4.1. Расчет скорости распространения звука в
сжигаемой газовой смеси (м/с)
(формула 1 Приложения Г или графики 1-4 Приложения Г).
• 6.4.2. Проверка выполнения условия бессажевого
горения:
•(6.1)
Приложение Г
Расчет скорости распространения звука в сжигаемой газовой смеси
Uзв (м/c) (п.6.4)
•
Скорость распространения звука в сжигаемой газовой смеси (м/с)
рассчитывается по формуле:
• ,
•
•
•
•
где , °С - температура ПНГ;
- условная молекулярная масса сжигаемой газовой смеси;
K - показатель адиабаты для сжигаемой газовой смеси или
определяется по графикам на рис. 2-3 Приложения Г, где расчеты
произведены для четырех значений и
Показатель адиабаты К для ПНГ рассчитывается по значениям
показателям адиабаты Кi для компонентов (таблица 1 Приложения В1)
как средневзвешенное
• ;
•
(1)
где (% об.) - объемная доля i-го компонента ПНГ.
(2)