Тема: Охрана окружающей среды в нефтегазовом комплексе. Контроль состояния воздушной среды, в том числе на территории объектов нефтегазовой отрасли, с использованием средств газового анализа (переносных газоанализаторов)

Процесс добычи нефти, несмотря на ее выгодный экономический эффект, оказывает вредное воздействие на окружающую среду. Например, сжигание факелов природного газа, являясь обычным явлением в истории разведки нефти и газа загрязняет атмосферу сульфидами и оксидами азота [1]. Загрязнение происходит так, что в радиусе 250 метров вокруг исчезает вся флора. Это не единственное вредное воздействие процесса получения нефти на окружающую среду.
В Каспийском регионе количество разлитой нефти достигает почти 5 миллионов тонн. Общая площадь загрязненных почв составляет более 19 тысяч гектаров. Верхний слой почвы пропитывается маслом, начиная с глубины от десяти сантиметров. Данный регион территориально близко располагается с РФ. Экологическая безопасность предприятий нефтегазового комплекса остается одной из важнейших направлений деятельности государственных органов и компаний, добывающих газ и углеводороды. В этой связи многие предприятия нефтегазового комплекса сталкиваются с необходимостью разработки инновационных технологий снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Данный подход требует определенных финансовых усилий и стратегий НИОКР.
В настоящее время основные разработки в области нефтегазовых технологий сосредоточены на выявлении дополнительных запасов углеводородов за счет эффективного доступа к их резервам [2]. Данный цикл определенно сопровождается негативным воздействием на экосистему.
Проект коммерциализации инновационных технологий по снижению содержания выбросов в окружающую среду должен представлять комплексную программу общенациональной стратегии развития и управления охраной окружающей среды на всех этапах производственного цикла предприятия [27]. Преимуществами таких проектов являются возможность управления охраной окружающей среды на стадии «зарождения идеи» инновационного развития предприятия в области защиты охраны окружающей среды, до стадии впуска и реализации готовой продукции. В данном контексте происходит стимулирование новых конкурентоспособных технологий с доказанным эффектом снижения негативного воздействия на окружающую среду.
Вблизи лежащие территории, которые подвергаются негативному воздействию от деятельности предприятий нефтегазового комплекса выделяются как отдельные ООПТ. Данное действие направлено на сохранение биоразнообразия территории, борьбу с опустыниванием и изменением климата.
В настоящее время развитие межотраслевых секторов экологических НПО определяется вовлечением большего числа организаций, которые стремятся участвовать в принятии экологических решений, в том числе через сотрудничество с государственными органами и международными организациями [15].
На протяжении десятилетий современное общество пытается остановить глобальное потепление климата за счет сокращения выбросов газообразных загрязняющих веществ и твердых частиц в атмосферу. Для сохранения устойчивого развития РФ, актуальным вектором является предотвращение ухудшения состояния экологической системы вследствие скопления продуктов функционирования промышленных предприятий. Основными источниками загрязняющих атмосферу веществ являются: угольные электростанции, предприятия тяжелой промышленности (цементные, алюминиевые заводы, нефте- и газохимические комплексы), выбросы автотранспортных средств и многое другое [28].
Нефтегазовая отрасль относится к одному из ключевых предприятий экономики РФ. Однако, ее развитие и расширение привело к ряду экологических проблем, в том числе загрязнение воздушных и водных объектов.
Для минимизации экологического воздействия на окружающую природную среду и совершенствования экологической политики перерабатывающих и нефтедобывающих предприятий, необходимо в первую очередь рассмотреть и внедрить системы и инструменты управления охраной окружающей среды, сформировать и обеспечить траекторию экологического развития, разработать алгоритмы минимизации риска нанесения ущерба окружающей среде. При таком подходе актуальны новые направления минимизации негативного воздействия на окружающую среду промышленных предприятий, в том числе при помощи современных и эффективных научных исследований с определённой доказательной базой [21].
В процессе устойчивого развития современного мира решение проблем обеспечения экологической безопасности на территории нефтегазового комплекса рассматривается как важный фактор сохранения экосистемы.
Для снижения выбросов вредных веществ в атмосферу, с целью сохранения озонового слоя и биоразнообразия окружающей среды необходимо продолжение регионального и международного сотрудничества по разработке международных директив защиты объектов биосферы.
Если рассматривать загрязнения воздушной среды на территории нефтегазового комплекса, нельзя не отметить, что в ходе реализации технологического цикла при сжигании в факелах образуются вторичные продукты, загрязняющие атмосферу. К ним как правило относят: аэрозольные твердые частицы, сажу, парниковые газы (метан, диоксид углерода, оксид азота и другие).
Выбросы загрязняющих атмосферу веществ на территории нефтедобывающих предприятий могут иметь экотоксикологические последствия. Анализ содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны на территории нефтегазового комплекса затруднен в связи с высокими погрешностями и процессом обнаружения максимального количество ЛОС в воздушной среде в связи с их физико-химическими свойствами и принципами работы аналитических инструментов при помощи которых проводится их идентификация [29].
Регулярный контроль за состоянием и анализ воздушной среды в нефтегазовом комплексе при помощи современных аналитических инструментов (газовых анализаторов) является одним из актуальных направлений обеспечения экологической безопасности и охраны окружающей среды.
В связи с вышесказанным актуальным направлением в области контроля состояния и своевременного обнаружения вредных веществ - ЛОС в воздухе рабочей зоны на территории нефтегазового комплекса является разработка универсального (портативного) устройства газового анализатора, который в режиме реального времени способен идентифицировать до 10 ЛОС, что в свою очередь будет способствовать повышению эффективности и безопасности функционирования опасного промышленного объекта с точки зрения воздействия на окружающую среду.
Амурский государственный университет, согласно заключенному договору о целевом обучении с 2019 года выпускает высококвалифицированных кадров для АО «Газпром»: специалистов по охране труда, окружающей среды и химической технологии природных энергоносителей и углеродных материалов. На базе университета совместно с АО «Газпром» создан НОЦ «Химия и химическая технология». Деятельность НОЦ направлена на создание инновационных разработок, которые апробируются на территории АО «Газпром». Результаты комплексных исследований НОЦ также успешно внедряются в учебный процесс Амурского государственного университета.
Объектом исследования в работе явилась: воздушная среда АО «Газпром» г. Свободный Амурской области.
Предметом исследования в работе явились: ЛОС, идентифицированные при помощи переносного газового хроматографа, разработанного совместно с НОЦ «Химия и химическая технология» Амурского государственного университета.
Цель исследования - исследование состояния воздушной среды при помощи разработанного переносного газового хроматографа на территории АО «Г азпром» г. Свободный Амурской области.
Гипотеза исследования состоит в том, что если использовать переносной газовый хроматограф для идентификации ЛОС на территории нефтегазового комплекса, то повысится скрининг и возможность координации процесса выброса ЛОС в воздушную среду.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- проанализировать основные аспекты охраны окружающей среды в нефтегазовом комплексе;
- разработать переносной газовый анализатор для портативного использования на территории нефтегазового комплекса;
- исследовать состояние воздушной среды на территории объектов нефтегазовой отрасли при помощи переносного газового анализатора;
- разработать комплекс мероприятий по снижению вредных выбросов производственной деятельности в нефтегазовом комплексе.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: фундаментальные и научно-технические исследования состояния воздушной среды в нефтегазовом комплексе, отраженные в работах отечественных и зарубежных исследователей (Абдрахманова Н. Х., Будникова Б. О., Емельянчикова В. И., Елисеенко Ю.Ю., Capuano A., Creasy Kenneth E. и другие).
Базовыми для настоящего исследования явились также: законы химического перехода и разрушения ЛОС в воздушной среде.
Методы исследования: в ходе работы над теоретической частью диссертации были использованы следующие методы: наблюдение и сравнение, систематизация данных, анализ.
В практической части исследования был использован контроль состояния воздушной при помощи переносного газового анализатора.
Опытно-экспериментальная база исследования: Научно¬
образовательный центр «Химия и химическая технология» ФГБОУ ВО «Амурский государственный университет», воздушная среда АО «Газпром» г. Свободный Амурской области.
Научная новизна исследования заключается в разработке переносного газового анализатора, который состоит из двух модифицированных приборов: микрохроматографа (p-CG) и масс-спектрометра (МС), который может служить альтернативой компактного анализатора для обнаружения ЛОС на территории нефтегазовой отрасли, обладающий возможностью обнаруживать от 6 до 10 их видов.
Теоретическая значимость исследования заключается в: анализе состояния воздушной среды на территории объектов нефтегазовой отрасли, с использованием средств газового анализа (переносного газоанализатора) и разработке мероприятий по улучшению состояния воздушной среды на территории АО «Газпром» г. Свободный Амурской области.
Практическая значимость исследования заключается в возможности использования результатов собственных исследований на территории АО «Газпром» г. Свободный Амурской области и их внедрении.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались:
- основные положения и выводы диссертации подкреплены фактическими данными, представленными в табличных формах и рисунках;
- материалы диссертации апробировались на региональных и международных конференциях.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в выполнении теоретических и экспериментальных исследований, проводимых в рамках темы магистерской диссертации, а также разработке портативного устройства (переносного газового анализатора) для контроля состояния воздушной среды на территории нефтегазовой отрасли.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях:
- VII международной научно-практической конференции «Инновации в природоустройстве и защите в чрезвычайных ситуациях», состоявшаяся 17-19 марта 2020 года, в городе Саратов;
- XXI международной научно-практической конференции «Экология
и безопасность жизнедеятельности», состоявшаяся 13-14 декабря
2021 года, в городе Пенза;
- III международной научно-практической конференции
«Безопасность и ресурсосбережение в техносфере», состоявшаяся 29 апреля 2021 года, в городе Краснодар.
На защиту выносятся:
- результаты контроля состояния воздушной среды и охраны окружающей среды в нефтегазовом комплексе;
- портативное устройство на основе микрохроматографа (p-CG) и масс-спектрометра (МС), для эффективного анализа состояния воздушной среды в нефтегазовом комплексе;
- комплекс мероприятий по снижению вредных выбросов производственной деятельности в нефтегазовом комплексе.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, содержит 17 рисунков, 8 таблиц, список использованной литературы (55 источников). Основной текст работы изложен на 73 страницах.

Купить

Основы государственной политики в области экологического развития России на период до 2030 года определили стандарты, направленные на сокращение выбросов ЛОС в атмосферу. Для мониторинга воздушной среды необходимы высокопроизводительные аналитические инструменты в виде портативных приборов с большим диапазоном измерений. Классический метод определения ЛОС в воздухе основан на заборе исследуемого материала в так называемых «полевых условиях» на открытом воздухе. Использование лабораторного инструментария во время забора имеет ряд недостатков, который, заключается в необходимости транспортировки образца, увеличивая риски изменения качественного состава, а также продолжительность анализа.
Определение концентраций ЛОС в воздухе до сих пор остается одной из главных задач, стоящих перед службами экологического мониторинга. Методы анализа при помощи газовых анализаторов воздуха способны дать результат, имеют ряд преимуществ по сравнению с классическими методами лабораторного анализа. Рассмотренные портативные в работе анализаторы, безусловно, имеют ряд преимуществ в использовании при идентификации ЛОС. Однако, ограниченный диапазон их измерений в качественном соотношении ЛОС (от 3 до 5) способствует необходимости использования нескольких анализаторов одновременно в конкретных точках объекта для расширения спектра ЛОС.
В разделе 1 рассмотрены особенности технологического процесса нефтегазового и химического комплекса и его влияние на состояние окружающей среды еще раз подчеркивают важность интеграции уже существующих направлений в области экологической безопасности с системой экологического менеджмента. Установлено, что для регулярного контроля выбросов на территории нефтегазового и химического комплекса необходимо использование современного аналитического оборудования,
обладающего явными преимуществами уже существующих средств контроля.
В разделе 2 представлены семь основных газовых анализаторов, используемых на территории ПАО «Газпром». Установлено, что данные портативные анализаторы имеют ограниченный диапазон измерений качественного состава ЛОС (от 3 до 5), что безусловно ставит задачу разработки портативного газового анализатора расширенного спектра действия в области обнаружения максимального количества ЛОС.
В разделе 3 разработан переносной газовый анализатор для контроля состояния воздушной среды ПАО «Газпром», работа которого основана на соединении приборов микрохроматографа Agilent 3000 и масс-спектрометр Agilent 5973. На территории предприятия идентифицированы ацетон, ацетат дифенил, тетрагидрофуран, толуол. Предложены мероприятия по контролю состояния воздушной среды на территории ПАО «Газпром». Экономическая эффективность предложенных мероприятий по идентификации и снижению выбросов ЛОС в воздушную среду на территории нефтегазового комплекса составит 89,4 %.
В ходе выполнения задач диссертационного исследования были получены следующие результаты:
- проанализированы основные аспекты охраны окружающей среды в нефтегазовом комплексе и выявлены основные выбросы ЛОС в воздушную среду (монооксидуглерод, оксиды азота, оксиды серы, озон, свинец и другие);
- разработан переносной газовый анализатор для портативного использования на территории нефтегазового комплекса, основу которого составляют анализатор (соединение ц-TD / ц-CG / SM микрохроматографа Agilent 3000 и масс-спектрометра Agilent 5973);
- на территории нефтегазового комплекса (в исследуемом участке) при помощи разработанного переносного газового анализатора были обнаружены ацетон, ацетат дифенил, тетрагидрофуран, толуол;
- разработаны комплексные мероприятия по контролю состояния воздушной среды на территории нефтегазового комплекса: использование онлайн и автоматизированных технологий контроля и утилизации выбросов; определение состава шлейфа с помощью современных средств газового анализа; поиск утечек / техническое обслуживание;
- экономическая эффективность предложенных мероприятий по идентификации и снижению выбросов ЛОС в воздушную среду на территории нефтегазового комплекса составит 89,4 %.
Таким образом, выдвинутая в работе гипотеза подтверждена: если использовать переносной газовый хроматограф (разработанный нами портативный газовый анализатор) для идентификации ЛОС на территории нефтегазового комплекса, то повысится скрининг и возможность координации процесса выброса ЛОС в воздушную среду.

Купить