粗苯加氫工藝的安全防范設施

1苯加氫技術(shù)。產(chǎn)品的產(chǎn)近年來，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國對焦化焦碳的需求迅速增加，導致粗苯等資源資源產(chǎn)品的產(chǎn)量不斷提高。但是,在煤化工行業(yè),粗苯傳統(tǒng)的加工方式是酸洗法,產(chǎn)品為酸洗苯。該工藝存在技術(shù)落后,生產(chǎn)能力小,環(huán)境污染嚴重等問題。而苯加氫工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠達到石油級質(zhì)量要求,產(chǎn)品應用范圍廣闊,環(huán)保效應突出,能夠有效提升煤化工行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。上海寶鋼化工有限公司現(xiàn)有3套粗苯加工裝置,分別是3萬t/a酸洗苯裝置、6.4萬t/aLitol法中溫加氫裝置和5萬t/aK.K法低溫氣相加氫N-甲酰嗎啉氣液相萃取蒸餾裝置。在建2套粗苯加工裝置,分別是10萬t/aAxens法低溫氣液相加氫環(huán)丁砜氣液相萃取蒸餾裝置和10萬t/aK.K法低溫氣相加氫N-甲酰嗎啉氣液相萃取蒸餾裝置。上海寶鋼化工有限公司擁有多年苯加氫建設、操作、運行的經(jīng)驗。以下是筆者在苯加氫建設和操作中的心得,愿與同行共享。2要點與結(jié)論2.1防火間距的要求火炬作為苯加氫裝置的主要安全防范設施是必不可少的。火炬根據(jù)其外形形式,可大致分為高架火炬和地面火炬,高架火炬與地面火炬系統(tǒng)比較見表1。根據(jù)《石油化工企業(yè)總平面布置的防火間距》的規(guī)定,高架火炬的防火間距為90m,對主裝置總平面的布置帶來不少困難。地面火炬在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)完全封閉式火焰燃燒,看不見火光,無光污染,沒有熱輻射,操作時無煙、低噪音。地面火炬作為明火設備可以靠近裝置邊緣附近設置,且地面火炬具有高度大于3m的鋼筋混凝土實體防護墻(防風、消音、隔爆),根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》GB50160-92(1999版)甲類工藝裝置防火間距為30m,可以較方便地布置在裝置附近。地面火炬造價相對高架火炬較高,但在苯加氫建設總投資中所占比例很小,在土地報批日漸困難的情況下,強烈建議同行盡量選用地面火炬,以合理、高效使用土地。2.2ni-mo系催化劑加氫系統(tǒng)的核心內(nèi)容為反應器催化劑的選擇,無論采取何種低溫加氫技術(shù),催化劑一般都采用以Al低溫加氫催化劑長期被國外廠商(主要是德國BASF)壟斷市場,國內(nèi)各科研院校多年來致力于國產(chǎn)催化劑的研究開發(fā),已經(jīng)取得了長足的進展。中國科學院山西煤炭化學研究所和上海寶鋼化工有限公司經(jīng)過兩年的合作研究,成功研制出Ni-Mo系預加氫催化劑602-1和主加氫催化劑602-2。表2、表3為煤化所研制載體、催化劑和進口BASF催化劑在組成方面的對比數(shù)據(jù)。表4、表5為煤化所研制載體、催化劑和進口BASF催化劑在主要物化指標方面的對比數(shù)據(jù)。山西煤化所、華東理工大學和上海寶鋼化工有限公司三方合作,對上述催化劑進行了模擬工業(yè)裝置的長期運轉(zhuǎn)評價和性能考察測試,作出聯(lián)合聲明,認為該催化劑的活性、強度、選擇性、穩(wěn)定性、可再生性、使用壽命均等同于或優(yōu)于進口BASF催化劑。建議國內(nèi)同行對國際、國內(nèi)催化劑市場價格、功效指標、交貨期等進行充分的調(diào)研,根據(jù)自身情況做出合適的選擇。2.3分離組分的質(zhì)量控制目前國外常用催化加氫法轉(zhuǎn)化苯中微量硫化物和烯烴,再用萃取精餾法除去微量烷烴。在工業(yè)上有使用價值的萃取精餾溶劑應該具有下列特性:(1)選擇性好。加入溶劑后,必須使待分離組分的相對揮發(fā)度提高,且用量少。(2)溶解性好。萃取溶劑應是分離組分的良好溶劑,在精餾時不會產(chǎn)生相分裂,也不與其形成共沸物。(3)沸點高。以便于用精餾法回收溶劑,循環(huán)使用。(4)熱穩(wěn)定性好,無腐蝕性和毒性,不與分離組分反應。(5)價廉易得。目前在萃取工藝中應用最為廣泛的溶劑有環(huán)丁砜和N-甲酰嗎啉。筆者就使用環(huán)丁砜或N-甲酰嗎啉進行粗略對比。2.3.1苯和甲苯的萃取采用N-甲酰嗎啉氣液相萃取蒸餾工藝,由于N-甲酰嗎啉具有遇水分解成甲酸和嗎啉的性質(zhì),不可避免地存在甲苯偏堿性,純苯偏酸性的質(zhì)量問題,同時造成苯和甲苯的全氮含量相對較高。參見TDI級甲苯質(zhì)量標準(ASTM-D5606),苯的主要下游高端用戶苯乙烯生產(chǎn)工藝和甲苯的下游高端用戶異二氰酸酯(TDI)生產(chǎn)工藝恰恰對苯和甲苯的全氮含量要求很高。使用N-甲酰嗎啉作為萃取劑就不可避免地提高了苯和甲苯進入苯乙烯和TDI應用市場的難度。采用環(huán)丁砜氣液相萃取蒸餾工藝,加入少量水作為助溶劑提高萃取選擇性,加入單乙醇胺調(diào)節(jié)循環(huán)溶劑的pH值。相對而言,工藝流程較為煩瑣,對自動化控制、操作維護的要求較高,但同時產(chǎn)品質(zhì)量明顯更高,尤其是苯和甲苯的酸堿性、全氮含量將明顯改善。根據(jù)筆者統(tǒng)計,使用環(huán)丁砜或者N-甲酰嗎啉作為萃取劑,對產(chǎn)品收率的影響并不是很大,環(huán)丁砜稍勝一籌。2.3.2n-甲酰嗎啉與環(huán)丁的制備比較環(huán)丁砜與N-甲酰嗎啉是目前世界上粗苯加氫工藝中常用的萃取劑,二者都具有相同的優(yōu)點,都可以很好地改變非芳烴和芳烴之間的相對揮發(fā)度,使芳烴的分離更容易,苯純度可以達到99.9%以上,無毒、無腐蝕和化學穩(wěn)定性好,對設備和環(huán)境影響較小。N-甲酰嗎啉分解使得產(chǎn)品質(zhì)量稍遜,環(huán)丁砜在這一點上則優(yōu)于N-甲酰嗎啉。建議國內(nèi)同行綜合考慮企業(yè)既定產(chǎn)品市場方案,盡量做好加氫工藝和萃取工藝的兼容問題,合理選用萃取劑,做到產(chǎn)品質(zhì)量、投資等性價比的最優(yōu)化。2.4有組織排放的污染物加氫法替代酸洗法處理粗苯,并不能將三廢排放降低至零,必須采取有效環(huán)保措施,或建設相應配套的環(huán)保裝置,達到最終達標排放的目的。建議國內(nèi)同行建設低溫粗苯加氫裝置工程時執(zhí)行如下標準:加熱爐、導熱油爐、火炬系統(tǒng)等有組織排放的大氣污染物執(zhí)行《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》(GB9078—1996)中的三級標準;外排廢水執(zhí)行《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準》(GB13456—92)表3中的焦化行業(yè)一級排放標準;廠區(qū)邊界噪聲執(zhí)行《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準》(GB12348—90)中的Ⅲ類標準;廠區(qū)邊界惡臭污染物執(zhí)行《惡臭污染物排放標準》(GB14554—93)表1中的三級新擴改標準;廢渣則主要參照《建設項目環(huán)境保護設計規(guī)定》中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。2.4.1污染物排放情況低溫法粗苯加氫裝置主要污染源為排污槽和穩(wěn)定塔等排氣管、導熱油爐和反應器加熱爐煙囪、真空泵、安全閥、汽車、火車裝車處和苯類貯槽等,排放的污染物主要為苯和SO采取上述措施后的污染物排放情況見表7(以10萬t/a粗苯處理規(guī)模進行估算)。采取上述措施后,10萬t/a粗苯低溫加氫工程生產(chǎn)系統(tǒng)排放的烴約10t/a,SO2.4.2廢水處理生產(chǎn)廢水分為生產(chǎn)凈廢水和生產(chǎn)污水。2.4.2.1.廢水處理生產(chǎn)凈廢水凈循環(huán)水系統(tǒng)的排污水,其水質(zhì)除含有少量懸浮物外,其他污染物含量較少。建議將其直接排入雨水排水管網(wǎng)。2.4.2.污水生產(chǎn)污水主要為苯加氫分離水槽排出分離水、穩(wěn)定塔和純苯塔、甲苯塔和二甲苯塔回流槽排出的污水、洗罐站清洗水、地坪沖洗水、生產(chǎn)系統(tǒng)的15min初期雨水等,一般含有較高濃度的COD、BOD、揮發(fā)酚、氰化物、石油類等污染物。2.4.2.污水預處理為了減少生產(chǎn)廢水外排量及污染物濃度,建議同行采取以下控制措施:1)將苯加氫分離水槽排出分離水、穩(wěn)定塔和純苯塔、甲苯塔和二甲苯塔回流槽排出的污水等先集中送油庫油水分離器進行兩級控制分離,充分除油后,然后送至機械化氨水澄清槽,再進行蒸氨后送至酚氰廢水處理站處理。2)地坪沖洗水和洗罐站清洗水經(jīng)收集后送至酚氰廢水處理站處理。3)建議建設初期雨水收集裝置,將生產(chǎn)系統(tǒng)的15min初期雨水收集后送酚氰廢水處理站處理。4)建議酚氰廢水處理站采用AAOO生物脫氮處理工藝,污水經(jīng)均和、稀釋等一系列預處理過程后,送至生物處理系統(tǒng),進一步去除污水中所含的揮發(fā)酚、氰化物、COD、氨氮、石油類等污染物。5)建議裝置內(nèi)部設置地坪、污水井、地溝、地坑及設置必要的防滲結(jié)構(gòu)層,防止污染地下水。采取以上控制措施后,工程外排的生產(chǎn)凈廢水水質(zhì)可滿足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準》(GB13456—92)表3中的焦化行業(yè)一級排放標準要求。2.4.3保證廢水處理環(huán)境工程產(chǎn)生的固體廢棄物主要為廢催化劑、溶劑的再生殘液、白土罐產(chǎn)生的廢白土。工程產(chǎn)生的廢渣主要特性見表8。為了防止廢渣污染環(huán)境,建議采取的處理辦法如下:1)廢Co-Mo催化劑和廢Ni-Mo催化劑根據(jù)活性狀況定期更換,其中廢Co-Mo催化劑由催化劑生產(chǎn)廠回收,廢Ni-Mo催化劑委托有危險廢物處理資質(zhì)的單位處理。2)白土罐產(chǎn)生的廢白土定期更換,進行安全填埋處理。3)溶劑的再生殘液建議配入煉焦煤中,不外排。2.4.4試驗設備工程產(chǎn)生的主要噪聲源有:氫氣壓縮機、空壓機、通風機及各種泵類等。采取的主要噪聲控制措施如下:1)在滿足工藝設計的前提下,盡量選用低噪聲產(chǎn)品。2)氫氣壓縮機、真空泵設置單獨基礎和減振設施。振動較大的設備與管道連接采用柔性連接方式,各類高噪聲設備均設置于室內(nèi)隔聲,可防止噪聲的擴散與傳播。3)在總圖布置時考慮地形、廠房、聲源方向性、車間噪聲強弱、綠化植物吸收噪聲的作用等因素進行合理布局,以降低工廠邊界噪聲。經(jīng)采取上述措施后,工程環(huán)境噪聲強度將大為降低,各高噪聲設備產(chǎn)生的噪聲得到控制,廠區(qū)邊界噪聲晝夜預計可分別低于65dB(A)和55dB(A),符合《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準》(GB12348—90)中的Ⅲ類標準限值。2.4.5綜合利用,綜合治理工程應抓住工藝污染源頭的治理及管理,以大幅度減少末端污染源,達到綜合利用、綜合治理的目的。同時加強對工程全過程的環(huán)境管理,包括施工階段、開工試生產(chǎn)階段、正常生產(chǎn)過程的環(huán)境管理、監(jiān)控及應急措施,以最大限度地減輕工程對環(huán)境的影響。2.5節(jié)能減排法的實現(xiàn)2.5.1內(nèi)浮頂槽的設置內(nèi)浮頂槽在石化行業(yè)廣泛應用,而在焦化行業(yè)還是以傳統(tǒng)拱頂槽為主,根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標準《(內(nèi))浮頂槽設計規(guī)范》(SH3046-92)和《石油庫節(jié)能設計導則》(SH/T3002-2000)的要求,苯加氫裝置中的儲槽均可設為內(nèi)浮頂槽,可以大幅降低苯類輕質(zhì)油在大氣中的損失,建議同行積極考慮。2.5.2利用熱量薄量的確定粗苯加氫反應器屬于固定床氣相反應器,其主要發(fā)生脫硫反應,約有30~50℃的溫升,如何利用這些熱量,是考核工藝先進性的重要指標。根據(jù)我們的成功經(jīng)驗,建議同行結(jié)合工藝,利用成熟化工計算軟件,加強工藝熱量的綜合利用,可以大幅降低生產(chǎn)投入,節(jié)能減排。2.5.3加熱方案確定根據(jù)原有自身供輔情況和工藝所需最高溫度及熱負荷,在苯加氫供熱方式的選擇上,一般有中壓蒸汽加熱和導熱油加熱兩種方案,如果選擇了導熱油加熱,那么提高導熱油爐熱效率是節(jié)能減排的方向。提高加熱爐熱效率的方法有很多種,根據(jù)我們的成功經(jīng)驗,加熱爐燒嘴形式的改造也許是一種最有效的做法。2.6粗苯中各組分含量的控制粗苯的組成比較復雜,主要由苯、甲苯、二甲苯與三甲苯等苯烴化合物所組成。另外,還有較多的不飽和化合物與少量的含硫、含氧、含氮的環(huán)狀化合物。雖然各焦化廠生產(chǎn)的粗苯質(zhì)量180℃前的餾出量基本都大于90%,但其中各組分的含量往往相差很大,常因配煤質(zhì)量或煉焦工藝條件的不同而有較大的波動。粗苯中的雜質(zhì),我們一般把硫、氮列為主要考慮對象,在這里,筆者提醒同行,必須重視對粗苯中氯含量的管理。原因如下:1)有機氯加氫后會生成氯化氫,造成對設備的腐蝕。2)粗苯中同時含有氨類物質(zhì)。如果粗苯含氯過高,加氫后生成大量氯化銨等銨鹽類物質(zhì),造成對加氫換熱器的堵塞,提高氫壓機出口背壓,增