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①當代煉油工業(yè)面臨的挑戰(zhàn),一是原油組分越來越重,含硫量越來越多;二是環(huán)保要求越來越嚴苛,對清潔生產的要求也越來越迫切。在原油中,硫的存在形式有很多種,大部分為硫化物,少部分為單質硫和硫化氫。主要形式為烷基亞砜、噻吩、環(huán)狀硫化物、烷基硫酸酯、磺酸、磺酸鹽、硫醇、硫醚等。目前裝置中所使用的原油主要是含硫原油和高含硫原油,含硫質量分數大于2.0%。對主要石油產品而言,國家標準要求含硫量越來越低。以車用汽油為例,國Ⅴ標準要求含硫質量分數不大于10×10-6。在生產過程中,原油中所含硫的流向自然成為關注焦點。硫平衡能很好地對硫進行監(jiān)控,明確硫的流動方向。硫平衡就是應用質量守恒定律計算出單元操作、生產裝置乃至整個石油化工企業(yè)硫的進出平衡。評價環(huán)境影響時以入方和出方形式來描述硫的流向,入方指的是原油來料、加熱用瓦斯等,出方主要指加工后生成的各種餾分油、酸性氣、含硫污水等。
2常減壓蒸餾裝置的硫平衡
2.1入方
原油巴士拉原油,含硫質量分數為2.62%,加工量為33kt/d。外購輕烴將重整等裝置副產的汽提輕烴輸送至常減壓蒸餾裝置回煉。石腦油將重整裝置副產的抽提石腦油輸送至常減壓蒸餾裝置回煉。管網瓦斯脫硫瓦斯與天然氣的混合物。電脫鹽注水酸性水汽提裝置副產的凈化水。常壓塔頂注水酸性水汽提裝置副產的凈化水。減壓塔頂注水催化裂化裝置副產的含硫污水。
2.2出方
出方主要由常壓塔頂干氣、減壓塔頂瓦斯、石腦油、液化氣、常一線油、常二線油、常三線油、減壓塔頂油、減一線油、減二線油、減三線油、減壓塔底渣油、含鹽污水、含硫污水和煙氣組成。
2.3計算結果
未將瓦斯計入入方的主要原因是瓦斯作為燃料使用的,燃燒后隨煙氣帶走,并未進入常減壓蒸餾裝置的物料系統(tǒng)中;另一個原因是瓦斯的使用量較小。將含硫量很低的含鹽污水與初餾塔頂污水、常壓塔頂污水、減壓塔頂污水、穩(wěn)定塔污水合并,統(tǒng)稱為含硫污水。常減壓蒸餾裝置的總硫分布情況如表1所列。由表1可以看出,在常減壓蒸餾裝置中,硫遵循著餾分越重硫含量越高的規(guī)律分布,原油所含的硫絕大部分分布于常壓或減壓渣油中,減壓塔側線抽出油也是硫的主要流向場所。雖然石腦油中的硫占總硫的0.57%,但這部分硫中活性硫的含量較高,所以對設備的腐蝕性很強,嚴重影響著設備的長周期運行。常壓塔頂部是重點腐蝕監(jiān)控部位,生產實際也證實常壓塔頂部是腐蝕工作的重點和難點。
2.4硫平衡示意圖
常減壓蒸餾裝置的總硫分布情況如圖1所示。
3延遲焦化裝置的硫平衡
3.1入方
入方主要由焦化原料、管網瓦斯、外來輕烴和外來氣體組成。焦化原料為減壓渣油,含硫質量分數為4.63%,加工量為350t/h。管網瓦斯由脫硫干氣和天然氣組成。外來輕烴為自重整和加氫裝置汽提部分來的輕烴,被輸送至延遲焦化裝置回煉。外來氣體為自重整等裝置來的氣體和火炬氣,被輸送至延遲焦化裝置回煉。
3.2出方
出方主要由焦化干氣、焦化液化氣、焦化汽油、焦化柴油、焦化蠟油、焦化石油焦、含硫污水和焦化煙氣組成。
3.3計算結果
對單套焦化裝置而言,瓦斯燃料在加熱過程中隨加熱爐煙氣排走,其內的硫并未進入油品中而發(fā)生硫遷移現象,再考慮到瓦斯用量較小,所以計算時未將瓦斯計入。延遲焦化裝置的總硫平衡如表2所列。由表2可以看出,在延遲焦化裝置中,硫主要分布于干氣、液化氣和焦炭中,液態(tài)產物(汽油、柴油和蠟油)中所含的硫只占總硫的18.92%。需要說明的是,核算用延遲焦化裝置設有外來氣體回收流程,這部分氣體分別自分餾塔頂分液罐和壓縮機二段入口注入,對干氣、液化氣和汽油中硫的含量有所影響,這一點與國內其他同類裝置的總硫分布有一定差異。
3.4硫平衡示意圖
延遲焦化裝置的總硫分布情況如圖2所示。
4硫平衡的應用及意義
4.1設備防腐
物料中的硫會對設備造成嚴重腐蝕。無論硫以何種形式存在,無論是活性硫還是非活性硫,均會在不同溫度下對設備產生腐蝕作用。例如,無論是在低溫下的露點腐蝕,還是在高溫下的硫化腐蝕,對設備而言硫均是巨大腐蝕隱患。研究硫在原材料、中間產物、目標產物、副產物等中的分布情況,可明確硫的主要去向,以便提前對與高硫濃度物料接觸相關設備的防腐工作予以預防和關注,甚至在設計初期就能夠對這些部位材料的材質進行升級[3]。含硫物料對設備的腐蝕與物料中硫的濃度沒有精確對應關系,而是取決于硫化合物的種類、含量和穩(wěn)定性。一般來說,如果硫的存在形式在一定條件下易于從非活性硫轉化為活性硫,那么即使硫的含量很低,也會對設備產生較大腐蝕作用。常減壓蒸餾裝置總硫分布衡算結果顯示,常壓塔頂是防腐的重要而關鍵部位。常壓塔頂物料組成復雜且溫度較低,容易產生露點腐蝕現象。常壓塔頂物料包括常壓塔頂氣、常壓塔頂石腦油等。石腦油中的硫是游離態(tài)硫,腐蝕性較強。在實際生產中,常壓塔頂石腦油對設備產生的腐蝕是十分明顯的。常壓塔頂空冷器泄露、常壓塔頂管線管壁減薄、常壓塔頂及焦化分餾塔塔頂循環(huán)系統(tǒng)管壁因腐蝕而減薄等,這些均是硫腐蝕的嚴重后果。另外,與常壓塔、減壓塔、焦化分餾塔下部等部位接觸的物料,不僅含硫量較高,而且溫度較高,可產生高溫硫化物腐蝕,也是日常防腐工作關注的焦點之一。
4.2清潔生產
項目全過程的硫平衡可直觀地顯示出各種產品的來源和含硫量,以便為工藝過程和產品的清潔生產提供相關數據和技術依據。在常減壓蒸餾裝置,硫大部分集中在減壓部分。減壓蒸餾單元生產的產品是蠟油加氫處理裝置和延遲焦化裝置所用的原料。大量硫進入相關裝置,會對下游裝置產生較大沖擊。從健康、安全、環(huán)保(HSE)工作來說,防護硫化氫是現場監(jiān)管的重點。由常減壓蒸餾裝置總硫分布可以看出,常壓塔塔頂和減壓塔塔頂氣體壓縮機處、穩(wěn)定塔區(qū)域、延遲焦化裝置的壓縮機平臺、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)區(qū)域、焦炭塔區(qū)域和焦化焦池處均是硫化氫密集分布的地方,在這些區(qū)域作業(yè)時一定要對硫化氫進行必要防護。從環(huán)保角度考慮,隨著國家對環(huán)境重視程度的不斷提高,對石油化工行業(yè)排放標準的要求也相應提高。從工廠整體的總硫分布可以看出,硫磺回收裝置可將約73%的硫回收,循環(huán)流化床鍋爐(CFB,CirculatingFluidizedBedBoiler)爐渣及產品中約含有25%硫,剩余約2%硫會以各裝置加熱爐煙氣排放、催化裂化再生煙氣排放、硫磺煙氣排放等方式進入環(huán)境中。如何降低進入環(huán)境中硫的量,需要明確硫的來源,從源頭進行脫硫處理。以催化裂化再生煙氣為例,常減壓蒸餾裝置和延遲焦化裝置生產的蠟油先進入蠟油加氫裝置,處理后獲得的加氫蠟油作為催化裂化裝置的生產原料使用。加氫蠟油在反應器中反應時會在催化劑表面生成焦炭,經過再生過程將催化劑表面的焦炭燒掉,產生的再生煙氣排入大氣。減少再生煙氣中SO2含量的關鍵是降低催化裂化裝置所用原料中硫的含量,這就需要蠟油加氫處理裝置能夠生產出硫含量足夠低的蠟油。
4.3平衡全廠生產
中國石化青島煉油化工有限責任公司(簡稱青島煉化公司,下同)總硫平衡情況分別如表3所列和圖3所示。在表3和圖3中,重整煙氣包括重整加熱爐、制氫加熱爐、循環(huán)苯加熱爐和熱載體加熱爐煙氣。加氫煙氣包括柴油加氫、加氫處理加熱爐煙氣。其他形式硫包括動力鍋爐煙道氣的脫硫爐渣,以及在污水和管道輸送過程中損失的各種硫。產品攜帶的硫比國內同類裝置高,主要原因是產品包括了石油焦,青島煉化公司生產的石油焦不僅用作CFB燃料,部分還對外銷售。由表3和圖3可以看出,硫磺回收裝置是回收原油中硫的主要場所,硫回收率約為總硫的73%,CFB爐渣中的硫約為10%,產品攜帶的硫約為15%(主要分布于外銷石油焦中),約2%硫通過排放或者其他形式進入周圍環(huán)境。SO2排放濃度是硫磺回收裝置和催化裂化裝置的重點環(huán)保監(jiān)控指標。在SO2排放濃度達標的情況下,可根據最大設計生產能力,先推算出青島煉化公司硫磺回收裝置的最大硫處理量,然后根據最大處理量占總硫的比率,大致倒推出原油中允許攜帶的最大硫含量,最后與實際生產擬采用原油的含硫量予以比對,可很清楚地測算出現有裝置是否適宜以指定處理能力加工這樣的原油。如果不適宜,可根據實際生產需要進行協(xié)調。如果能將這個思路與現代信息技術相結合,可嘗試開發(fā)出相應模擬軟件,使之成為生產調整的得力助手。
5結束語
1.1廢水的水質情況
某企業(yè)主要從事焦炭生產、苯加氫及粗焦油加工,建有完整的污水處理系統(tǒng)和生化處理裝置,綜合生化處理前的水質要求為:COD≤3500mg/L、氨氮≤100mg/L;廢水主要源自煤高溫干餾煤氣冷卻、粗苯分離、粗焦油加工和苯加氫等生產過程,10t/h的廢水中有2t/h是高濃度有機廢水,由于有機物含量嚴重超標,可生化性較差,需要經過單獨的處理,以降低COD和氨氮的含量,確保滿足綜合生化處理的水質要求。高濃度有機廢水的水質分析結果:COD104100mg/L,NH3-N19000mg/L,揮發(fā)酚2600mg/L,CN-110mg/L,硫化物110mg/L,石油類400mg/L。
1.2廢水的主要成分及危害
高濃度廢水的組成很復雜,其中所含氨氮污染物主要以無機銨鹽的形式存在,有機污染物中除了占80%多的酚類化合物以外,還含有脂肪族、雜環(huán)類和多環(huán)芳烴等化合物;此類廢水COD和氨氮的含量太高,其中難降解的物質較多,會對生化處理系統(tǒng)造成危害。
2實驗方法及技術原理
2.1實驗用主要試劑和儀器
硫酸汞(HgSO4)、重鉻酸鉀(K2Cr2O7)、六水合硫酸亞鐵銨〔(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O〕等均為分析純(上海化學試劑廠);濃硫酸(H2SO4)、鹽酸(HCl)、2%穩(wěn)定性二氧化氯溶液(鄭州化學試劑廠),自制催化劑。UV-1750紫外分光光度計,日本島津;精密pH計,北京分析儀器廠;微波閉式CODTNTP消解儀,WXJ-Ⅲ/WMX-Ⅲ-B型,上海分析儀器廠;消解罐、蒸餾瓶、氨吸收瓶,天津玻璃儀器廠;UV光源,天津工業(yè)光源有限公司。
2.2技術原理
工藝采用ClO2氧化與光催化相結合(ClO2/UV)方式,即在氧化消解塔中增加波長為0.01~0.38mm的紫外燈作為催化光源,加入微量催化劑,通過ClO2進行氧化消解,實現了對氨氮和有機物的高效去除。由于ClO2的氧化能力遠遠高于次氯酸鈉和氯氣,特別是對苯環(huán)、酚類等具有不飽和鍵結構有機物的氧化消解效果最好〔2〕,所以該企業(yè)高濃度廢水處理選用ClO2/UV工藝方法,具有一舉兩得的效果:一是由于廢水中含有高濃度的無機氨氮采用氯折點法去除,這是脫氨氮工藝中常用的方法,尤其是排量較少的廢水脫氨氮有很多工藝無法實施,而ClO2脫氨氮則沒有限制性條件,只要達到合適的pH即可;二是ClO2氧化消解有機污染物比較徹底,對廢水的pH適應范圍比較廣泛,并且ClO2還能與絕大多數著色官能團反應,具有良好的脫色作用;另外增設催化光源和微量催化劑,處理效率較單獨使用ClO2有很大提高。
2.3工藝流程
工藝流程如圖1所示。
2.4工藝流程簡介
2.4.1焦油處理
由于廢水焦油含量過高,必須進行除油預處理,以免造成蒸氨裝置堵塞。工藝選用隔油池、氣浮裝置將廢水中的輕重油以及浮渣,經油水分離器去除,處理后的污水流入廢水儲存池。
2.4.2廢水儲池
由于高濃度有機廢水量較少(2t/h),從實際情況考慮,采用間歇處理方式,以24h為一個處理單元(即48t),每天處理約5h,廢水以10t/h的量進入處理裝置。
2.4.3蒸氨裝置
蒸氨工藝要求溫度在60~70℃左右,在廢水儲池內部安裝蒸汽盤管,由泵提升至蒸氨塔,進行蒸氨處理。蒸氨裝置采用焦油廢水處理廣泛采用的空氣吹脫法去除氨氮,該工藝具有處理裝置簡單,處理效果穩(wěn)定,投資少和運行費較低等優(yōu)點。
2.4.4ClO2/UV
多級氧化消解經過蒸氨之后,廢水溫度在60~70℃左右,正好滿足氧化塔進水溫度50~60℃的要求,不需要添加蒸汽加熱裝置,當廢水流滿氧化反應塔后,啟動循環(huán)泵和ClO2發(fā)生器,水泵從塔內抽取廢水與ClO2混合后再送到塔內,塔內裝有陶瓷接觸介質,為有機物和ClO2提供反應接觸界面;此外,塔內增設的紫外催化光源,能提高COD和氨氮的去除率〔3〕;并可根據不同的水質情況設置多級氧化反應塔,使COD和氨氮的含量達到預期指標。
3實驗結果與討論
用自制催化劑和穩(wěn)定性ClO2溶液為氧化劑,對廢水進行氧化消解,同時引入紫外催化光源。實驗條件:取廢水250mL,調節(jié)pH為2,在紫外燈照射下,投加35mL2%的ClO2溶液和3g催化劑,隨著反應時間的延長,廢水中有機物和COD去除情況如圖2所示。方式反洗前后濾料表面油量變化明顯。反沖洗前核桃殼濾料表面黏附較多油類、濾料相互黏結、呈流淌性光澤。反沖洗后核桃殼濾料表面呈現棕色、濾料顆粒分散、濾料表面呈不規(guī)則光澤。
4結論
化工企業(yè)的發(fā)展,意味著企業(yè)業(yè)務擴展,企業(yè)人員隊伍擴大,化工企業(yè)應建立完善的安全生產管理制度,提高員工安全防范意識,明確員工安全生產職責。化工企業(yè)員工要正確認識安全生產管理工作,將安全生產管理放在化工企業(yè)的第一位,真正將安全生產管理落實在化工企業(yè)日常工作。確保化工企業(yè)在工作中,營造安全生產工作氛圍,在國家法律法規(guī)基礎上,制定完善的安全生產管理制度,在企業(yè)中建立安全生產管理體系,明確各級工作人員權責利,加強對安全生產管理的考核獎懲,在工作中做到逐級管理,定期考核各級安全生產管理工作,結合各級工作制定相應的安全生產目標責任書,在各級管理中實施責任追究制,真正做到化工企業(yè)安全生產管理。
二、加強生產設備維護
化工企業(yè)的工作環(huán)境和工藝流程使得生產設備受到腐蝕損壞,非常容易引起化工企業(yè)安全生產事故。尤其在化學氣體環(huán)境下,化工企業(yè)的生產設備在復雜的工藝流程中,極易導致安全生產事故。在長期的生產運行狀態(tài)下,化工企業(yè)生產設備的安全裝置以及生產設備的零部件遭受腐蝕磨損,并且老化的生產設備也會發(fā)生不確定性失效故障。所以,化工企業(yè)要加強對生產設備的維護管理,針對不同的生產設備配置相應的維護方案,確保生產設備的有效運行。不同的化工企業(yè)生產設備制定不同的檢修方案、檢修周期,技術人員及時檢查記錄生產設備狀況,確保化工企業(yè)生產設備安全生產工作,促進化工企業(yè)安全生產管理;另外,技術人員要加強對生產設備的運行狀況進行監(jiān)測,定期對生產設備巡視檢修,發(fā)現問題及時維護,最快速度響應生產設備安全問題,降低安全生產事故發(fā)生頻率。
三、加強安全管理培訓工作
化工企業(yè)安全生產管理要加強安全管理培訓工作,確保企業(yè)各級在生產中切實做好安全生產管理責任,讓所有員工參與到安全生產管理工作。針對化工企業(yè)不同級別的工作人員開展不同內容的培訓工作,領導層的安全培訓要加強安全管理意識,轉變領導層安全管理觀念,做出正確的安全生產管理決策,加大化工企業(yè)對安全管理的資金支持,有效實施安全生產管理工作;中層領導的安全培訓要加強對自身促進安全生產管理的作用認知,以管理核心力量引導員工做好安全生產管理的具體工作;普通員工的安全生產管理培訓要加強安全生產管理意識培訓,做好安全生產管理工作宣傳,充分認識化工企業(yè)安全生產管理要求,按照安全生產操作流程工作,保證化工企業(yè)安全生產,降低安全事故發(fā)生。