книги / Экология производства химических продуктов из углеводородов нефти и газа

действия на поверхности материалов, жизнедеятельность выс­ ших растений. Большие концентрации его могут вызвать фи­ зиологические и патологические изменения, а также смерть. Это токсичный газ, вызывающий головную боль, головокруже­ ние, рвоту, одышку, замедленное дыхание, судорогу, гибель. Поэтому установлены его жесткие предельно допустимые кон­ центрации в воздухе: рабочих помещений — 20 мг/м3, населен­ ных пунктов — 3 мг/м3 максимально разовая, 1 мг/м3 средне­ суточная. Оксид углерода, соединяясь с гемоглобином, образу­ ет карбоксигемоглобин СОНЬ. Сродство гемоглобина с оксидом углерода примерно в 210 раз выше его сродства с кислородом. Процесс образования в крови СОНЬ — обратимый. Оксид угле­ рода после прекращения его вдыхания постепенно выделяется, и кровь человека очищается от него наполовину за каждые 3— 4 ч. Прямое воздействие карбоксигемоглобина состоит в умень­ шении способности крови переносить кислород. Кроме того, он

у человека соответствует 1—3-10-2 мг/м3. При 4 мг/м3 ощу­ щается значительный запах, при концентрации 6 мг/м3 и пе­ риоде вдыхания 4 ч возникают головная боль и боль в глазах. При вдыхании сероводорода в концентрации 103 мг/м3 отрав­ ление развивается почти мгновенно: судороги и потеря созна­ ния оканчиваются смертью от остановки дыхания. Индикато­ ром на повышение концентрации сероводорода являются глаза (жжение, покраснение, опухание век). Кроме того, сероводо­ род обладает высокой коррозионной агрессивностью.

Азотная и серная кислоты наиболее важные предшествен­ ники кислотных дождей; они образуются соответственно из оксидов азота и серы с участием гидроксильного радикала по реакциям:

Возможно также образование азотной кислоты по реакции диоксида азота с озоном:

участвуют в основном летучие органические соединения, олефи­ ны и оксиды азота, образуются также органические кислоты, главным образом муравьиная и уксусная, которые также яв­ ляются предшественниками кислотных дождей.

Формирование кислотного дождя зависит от скорости по­ глощения загрязнений аэрозольными частицами.

Образовавшиеся кислоты, выпадая с осадками на земную поверхность, приводят к гибели лесов: снижается масса корне­ вой системы, сильно сокращается скорость роста молодых по­ бегов, наблюдается общее увядание саженцев ели, у большин­ ства хвойных и лиственных пород при pH 2,6 наблюдается по­ вреждение клеток (лист, хвоя).

Выпадение кислотных дождей приводит к повышению кис­ лотности почвы и, как следствие этого, -к снижению активности почвенных микроорганизмов, участвующих в переработке лес­ ной подстилки, улучшении структуры почвы, переводе органи­ ческих соединений в усвояемые формы. Это особенно опасно для высокогорных лесов с большим годовым количеством осадков.

Кислотные дожди могут отрицательно влиять на урожай­ ность сельскохозяйственных культур, особенно в период их начального роста. При pH 2,6 наблюдается снижение урожай­ ности таких культур, как люцерна, ячмень, капуста, кукуруза, огурцы, соя. Однако возможно и положительное воздействие кислотных дождей на урожайность растений. Так, при pH 3,3— 4,0 повышается скорость роста стеблей у пшеницы, снижение pH с 4,5 до 3,5 (т. е. рост кислотности) приводит к повыше­ нию урожайности апельсиновых деревьев.

Известны случаи снижения урожайности при промежуточ­ ной кислотности (pH 4—4,5) и ее увеличение при более высо­ кой (pH 3,0). Урожайность овса, картофеля, бобов не изменя­ ется при повышении кислотности до pH 2,4—4,6, а при обра­ ботке трав отрицательных последствий не наблюдается вплоть до pH 1,8.

Такие внешне противоречивые данные экспериментальных исследований обусловлены физиологией растений; чувствитель­ ность растений к кислотности дождей в значительной степени определяется их генотипом. Кроме того, урожайность растений зависит не только от кислотности дождя, но и от его" химиче­ ского состава. Например, при повышенном содержании азот­ ной кислоты по сравнению с содержанием серной урожайность снижается значительнее.

Разрушающее действие кислотные дожди оказывают на кон­ струкционные материалы, что приводит, в частности, к значи­ тельным повреждениям и гибели памятников истории и куль­ туры. Основные повреждающие вещества — катион водорода, диоксид серы, оксиды азота, формальдегид, озон, пероксид во­ дорода. Степень воздействия кислотных дождей на конструк­ ционные материалы зависит от многих факторов: вида мате­

действие кислотных дождей испытывают металлические соору­ жения, скорость коррозии во многом определяется температу­ рой и влажностью воздуха, скоростью ветра, концентрацией диоксида серы, общим количеством и кислотностью осадков.

Выпадение кислотных дождей отрицательно отражается на здоровье людей, в первую очередь они сильно влияют на ды­ хательную систему. Попадая в легкие, диоксиды серы и азота растворяются в крови и распространяются по кровеносной си­ стеме. Диоксид серы вызывает бронхиоспазм, активизирует слизеотделение; основная его детоксикация протекает в пече­ ни под действием ферментов. Диоксид азота, будучи сильным окислителем, способен непосредственно поражать легочные ткани.

Корродирование под действием кислотных дождей металли­ ческих водопроводных сетей может привести к повышению со­ держания в питьевой воде различных токсичных веществ (же­ леза, свинца, меди, ртути, кадмия и др.), что также отрицатель­ но влияет на здоровье человека.

1.2.3. Углеводороды и их производные

Главный источник этих загрязнителей — выхлопные газы дви­ гателей внутреннего сгорания, химические продукты неполного сгорания нефтяного и газового топлива. В нефтеперерабатыва­ ющей и нефтехимической промышленности одним из источни­ ков выбросов углеводородов в атмосферу являются открытые-

технологические установки. Вредные вещества, выделяющиеся через неплотности оборудования, не отводятся через трубы или шахты в верхнюю часть приземного слоя, а попадают непо­ средственно в зону, где находятся рабочие, загрязняя ее.

При неблагоприятном состоянии атмосферы (штиль, инвер­ сия) резко увеличивается загрязнение воздуха в приземном слое. Через неплотности оборудования в атмосферу могут по­ падать не только углеводороды, но и продукты нефтехимиче­ ских производств — оазличные кислородсодержащие органиче­ ские соединения. Низкомолекулярные кислородсодержащие органические соединения могут выбрасываться также в атмо­ сферу с отработанным воздухом.

Выбросы характеризуются многообразием соединений. Об­ щее их число составляет десятки тысяч наименований. По дан­ ным США, выбросы летучих органических примесей при перера­ ботке нефти и в химических производствах достигают 44,2% от общего объема выбросов. В СССР на нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия приходится около 40% таких выбросов.

Нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия являются источником выделения в атмосферу полиядерных аро­ матических углеводородов. Особенно это характерно для кре­ кинга высококипящих продуктов, производства кокса и сажи.

Самый крупный источник загрязнения воздуха углеводоро­ дами— заводские резервуары для нефти и нефтепродуктов. Утечки происходят через специальные дыхательные клапаны, люки, неплотности, при заполнении резервуаров.

Количество выбросов углеводородов в процессах перера­ ботки нефти при производительности по нефти-сырцу 32 млн. л/день показано ниже (в кг/день):

Углеводороды не представляют существенной опасности для материалов. Только этилен вредно воздействует на раститель­ ность, сдерживая их рост. Прямого вредного воздействия газо­ образных углеводородов, содержащихся в окружающем возду­ хе, на здоровье человека не обнаружено.

Углеводороды и их производные, содержащиеся в атмосфе­ ре, опасны прежде всего как промежуточные продукты процес­ сов образования окислителей, участвующих в „химических ре­ акциях, например озона и пероксиацетилнитрата (ПАН).Всвя-

зи с этим Агентство по охране окружающей среды США разде­ ляет углеводороды по их реакционной способности на три клас­

окружающей среды США в настоящее время относит винил­ хлорид и бензол.

В химической и нефтехимической промышленности на осно­ ве бензола получают этилбензол и стирол, изопропилбензол и фенол, циклогексан, малеиновый ангидрид и др. Его использу­ ют для получения моющих средств, пестицидов, синтетических волокон.

Винилхлорид может вызвать ангиосаркому печени и другие формы рака, нарушение деятельности печени и ряд других за­ болеваний, может участвовать в фотохимических реакциях, от­ ветственных за образование смога. Около 90% выбросов ви­ нилхлорида в атмосферу образуется в производстве поливинил­ хлорида.

Галогенпроизводные метана, этана и пропана, хлоралкеньц хлорсодержащие ароматические соединения, некоторые газооб­ разные кислород- и азотсодержащие соединения являются по­ тенциальными мутагенами и канцерогенами (табл. 5).

1.3. ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИИ В АТМОСФЕРЕ

Загрязнения, попадающие в атмосферу, претерпевают ряд хи­ мических превращений, приводящих к образованию нежела­ тельных продуктов, вызывающих, в частности, фотохимический смог. Для атмосферных реакций, обычно протекающих при до­ вольно низких температурах, важным фактором активации мо­ лекул является солнечный свет. Бимолекулярные взаимодейст­ вия кванта света с молекулой и вызываемые им последующие физические и химические изменения называются фотохимиче­ ской реакцией. Солнечный свет — обязательное условие фото­ химических процессов.

Ионизирующее излучение (гамма- и рентгеновские лучи) обладает такой энергией, что способно выбить из молекулы электроны с образованием ионов. Инфракрасное излучение об­ ладает низкой энергией и при взаимодействии с молекулами вызывает колебательные и вращательные эффекты. Электро­ магнитное излучение в близкой ультрафиолетовой и видимой областях спектра (240—700 нм) взаимодействует с электрона­ ми молекулы. Ниже 240 нм ультрафиолетовый участок спектра задерживается озоном на уровне 20—30 км от Земли. При по­ глощении света с длиной волны менее 800 нм изменяется элек­ тронная, вращательная и колебательная энергия молекул, чта приводит к возбужденному состоянию молекул.