石油化工工艺学(邹长军) 第9章

石油化工工艺学第9章车间生产管理与绿色化学工艺石油化工工艺学目录工艺流程组合原则车间生产管理方法绿色化学工艺石油化工工艺学第一节工艺流程组合原则任何一个石油化工生产装置都是由若干个生产工序组合而成，要充分发挥生产装置的作用，达到安全、稳定、长周期、满负荷、节能和低排放等生产操作，关键是科学的生产管理。石油化工工艺学1.1石化装置规划与设计指导思想发展循环经济、建设资源节约型社会、坚持可持续的科学发展观是我们进行现代化建设的指导思想。石油化工产业发展规划必须坚持树立和落实科学发展观，不能单纯地追求经济效益，更看重的是增长方式的转变和资源的节约、环境的保护，更看重的是民生的改善。石油化工工艺学1.2石油化工生产工艺路线选择生产方法的技术经济指标：产量、质量、原材料与能量消耗、产值利税率、装备更新周期等。技术的先进性与可靠性：先进与可靠两者必须同时考虑。经济技术比较：设备投资、消耗定额、产品成本等。三废处理：措施是否具体可行，能否达到国家标准。石油化工工艺学生产需用的主要原材料一般都应尽量做到立足国内，立足本地区，努力达到自给。如能利用本厂联副产品或其它装置的下脚料，则应首先考虑利用。在对各种原材料的经济指标进行比较时，还要考虑运输等条件。生产规模包括主产品和各种副产品的年产量。一个装置生产规模的大小，一方面要考虑原材料资源情况、国家计划安排以及市场容量，同时还要考虑单位产品成本和能耗多少、企业经营管理水平等。1.3原材料来源与生产规模确定石油化工工艺学1.4能量回收与利用废蒸汽的利用：如将高压蒸汽去供压力较低的设备使用，或去加热其它冷介质，形成二次蒸汽，三次蒸汽阶梯形分级使用，可合理利用热量。冷热物料交叉换热：可充分利用冷热物料本身自相换热，以节约蒸汽和冷却水。废热利用：通过废热锅炉产生高压蒸汽等。石油化工工艺学1.5三废处理与综合利用三废治理工作首先应考虑改革不合理工艺，使三废少产生或不产生，把三废消灭在生产过程中。对于生产工艺中不能解决的三废问题，要开展综合利用，化害为利，变废为宝。对不能综合利用的三废，也要有切实可行的治理措施。三废的处理方法主要有化学法、生物法和物理法等。石油化工工艺学第二节车间生产管理方法车间管理主要包括生产过程的组织与管理、产品质量管理、成本、物耗与能耗计算和管理及技术革新、技术改造等工作程序。石油化工工艺学2.1生产过程的组织与管理（1）基本生产过程：指直接把原材料、半成品加工成为本企业主要产品的互相关联的过程，在企业中居于首要地位。（2）辅助生产过程：辅助生产过程是指为完成基本生产过程所必须的辅助性工作的过程。（3）附属生产过程：如包装材料的制造，废料的加工利用等生产过程。石油化工工艺学2.2产品质量管理人：人的因素是第一位的。原材料：是否合乎质量标准，能否及时而稳定地正常供应。设备：先进、可靠、安全和便于操作。方法：先进合理。环境：包括工作场所的温度、湿度、噪音、绿化、环境卫生和秩序等。检测：生产过程中的计量检测方法、工具和仪表等是否完备、准确、及时。直接给出反应过程的情况和产品质量。石油化工工艺学2.3成本、物耗与能耗计算和管理产品成本指在进行生产产品过程中，有劳动消耗的货币表现，包括物化劳动和活劳动。产品成本与价格的构成及其各个项目之间的相互关系如图9-2所示。直接费用原材料燃料和动力生产工人工资及附加费减去副产品收入间接费用车间费用企业管理费营业外损失生产成本工厂成本投资利润出厂价格图9-2产品成本与价格构成石油化工工艺学降低产品成本的方法和途径一般有如下几种：节约原材料、燃料和动力等物质的消耗、要尽量使用本地材料以减少运输费用和运输、装卸过程中的损耗。加强设备维修以减少跑、冒、滴、漏，合理组织修旧利废，综合利用等。提高产品质量，减少以至消灭废次品的产生。合理组织生产过程，提高设备的利用率并增加产品产量。采用合理的劳动组织和工资奖励制度。采用现代化管理技术，提高工作效率。石油化工工艺学物耗指生产某种产品消耗掉的原材料及辅助材料的数量。能耗指的是生产某种产品消耗掉的各种能量之和。如燃料、水、电、汽、气等动力消耗。原材料消耗总量原材料消耗量=产品生产量生产用能量总量单位产品能量消耗=产品生产量石油化工工艺学2.4技术革新、技术改造工作程序技术革新、技术改造的重点和方向应是节约能源和原材料，合理利用资源；提高产品产量、产品收率和产品质量；降低成本、消耗，综合利用；改善劳动环境，提高机械化、自动化水平。石油化工工艺学技术改造决策的基本程序如图9-3所示。调查技术现状、发现问题提出技术改造目标形式与情况分析技术改造方案的选择与比较分析评价（可行性研究）方案决策是外部环境内部条件否图9-3技术改造决策的基本程序石油化工工艺学第三节绿色化学工艺过程绿色化化绿色化学工艺原料绿色化产品绿色化过程绿色化·采用原子经济性反应·采用绿色催化剂·采用绿色溶剂·过程强化－外场强化－流程集约化－装备微型化原料绿色化·采用无毒无害原料·采用可再生资源（生物质）产品绿色化·设计安全的化学品·设计可降解的化学品图9-4绿色化学工艺的原则和方法石油化工工艺学3.1绿色化学12条原则防止废物产生，而不是待废物产生后再处理；合理设计化学反应和过程，尽可能提高反应的原子经济性；尽可能少使用、不生成对人类健康和环境有毒有害的物质；设计高功效低毒害的化学品；尽可能不使用溶剂和助剂，必须用时则采用安全溶剂和助剂；采用低能耗的合成路线；石油化工工艺学采用可再生的物质为原料；尽可能避免不必要的衍生反应（如屏蔽基、保护/脱保护）；采用性能优良的催化剂；设计可降解为无害物质的化学品；开发在线分析监测和控制有毒有害物质的方法；采用性能安全的化学物质以尽可能减少化学事故的发生。石油化工工艺学3.2绿色化学工艺原料图9-5由废物生产化工原料选择原料时不仅要考虑生产过程的效率，还需要考虑它对人和环境是否无害，是否具有发生意外事故的可能性以及其他的不友好的性质等。从绿色生产的角度看，以植物为主的生物质资源是很好的化石类资源的替代品。废材料牛皮纸，炭黑，清液羟基酸乙醛过氧乙酸木质素蒽醌土豆废物可发酵的糖乳酸酯丙烯酸过氧酸酯石油化工工艺学采用生物质原料具有如下优点。由生物质衍生所得物质常常已是氧化产物，无需再通过氧化反应引入氧。而由原油的结构单元衍生所得物质没有含氧基团，需经氧化反应引入含氧基团。使用生物质可减少大气中二氧化碳浓度的增加，从而减缓温室效应。生物质的结构单元比原油的结构单元复杂，如能在最终产品中利用这种结构单元的复杂性，则可减少副产物的生成。可解决其他环境污染问题。例如以城市废物为原料可同时解决这些废物的处理问题。石油化工工艺学3.3绿色化学过程合理设计反应路线，尽量采用加成反应等高原子经济性反应、避免采用消除反应等原子经济性低的反应；采用高效绿色催化剂提高反应的选择性，减少副产物的生成量；采用绿色化溶剂，减少工艺过程中有毒有害物质对环境的影响；采用过程强化技术提高单位时间单位设备体积的物料处理能力；采用集约化的工艺流程和微型化的设备，使能量消耗最小化。石油化工工艺学绿色催化剂固体酸催化剂：有无机固体酸，包括简单和混合氧化物、杂多酸、分子筛、金属硫酸盐和磷酸盐、负载型无机酸等；有机酸，主要是离子交换树脂。两相催化技术：指在某个液相或液液两相界面发生的催化反应。广泛研究的两相催化体系包括水/有机两相催化体系和氟/有机两相体系。仿生催化剂：根据天然酶的结构和催化原理，来设计合成既能表现酶功能，模拟酶对反应底物的识别、结合及催化作用，合成人工仿酶型催化剂来代替传统的催化剂。石油化工工艺学反应前有机相水相催化剂反应物有机相水相催化剂反应物有机相水相催化剂反应中反应后产物产物催化剂回收图9-6非温控型水/有机两相催化体系石油化工工艺学S有机相C水相TpS有机相C水相C水相P有机相P有机相C水相有机相水相SCP温度反应进程图9-7温控型水/有机两相催化体系S－反应物；C－催化剂；P－产物；Tp－浊点石油化工工艺学有机相催化剂反应物有机相催化剂产物催化剂回收加热冷却氟相氟相均相图9-8氟/有机两相催化体系石油化工工艺学目前备受关注的绿色溶剂是水、超临界流体和离子液体。水是地球上自然丰度最高的溶剂，价廉易得，无毒无害，不燃不爆，其优势不言而喻。但水对大部分有机物的溶解能力较差，许多场合都不能用水代替挥发性有机溶剂，因此下面重点介绍超临界流体和离子液体的性能和应用。绿色化溶剂石油化工工艺学超临界流体的密度接近于液体，具有与液体相当的溶解能力，可溶解大多数有机物；黏度和扩散系数类似于气体，可提高溶质的传递速率。性质气体超临界流体液体密度/g·cm-3扩散系数/cm-2·s-1黏度/Pa·s(0.6-2.0)×10-30.1-0.4(1-3)×10-50.2-0.9(0.2-0.7)×10-3(1-9)×10-50.6-1.6(0.2-2.0)×10-5(0.2-0.3)×10-3表9-3气体、液体和超临界流体的典型性质比较石油化工工艺学超临界流体反应具有常规条件下所不具备的许多特性。可通过调节温度或压力改变反应的选择性，或改变反应体系的相态，使催化剂和反应产物的分离变得简单；对有机物的溶解能力强，可溶解导致催化剂失活的有机大分子，延长催化剂寿命；超临界流体的低黏度、高气体溶解度和高扩散系数，可改善传递性质，对扩散控制和有气体反应物参与的反应及分离过程十分有利。具有代表性的超临界流体有CO2、H2O、CH4、C2H6、CH3OH及CHF3。理想的可用作溶剂的是超临界二氧化碳和水。石油化工工艺学离子液体作溶剂的优点：离子液体无味、不燃，其蒸气压极低，因此可用在高真空体系中，同时可减少因挥发而产生的环境污染问题；离子液体对有机和无机物都有良好的溶解性能，可使反应在均相条件下进行，同时可减少设备体积；可操作温度范围宽（-40-300℃），具有良好的热稳定性和化学稳定性，易与其他物质分离，可循环利用；表现出Brǒnsted、Lewis、Franklin酸的酸性，且酸强度可调。石油化工工艺学过程强化过程方法强化主要是化工过程集成化，包括化学反应与物理分离集成技术；组合分离过程（吸附精馏、萃取精馏、熔融结晶、精馏结晶，以及膜分离技术与传统分离技术的组合，如膜吸收、膜精馏、膜萃取等）；替代能源和非定态（周期性）操作等新技术。过程强化设备强化方法强化反应器微型化单元操作微型化过程集约化替代能源非定态操作图9-9过程强化结构石油化工工艺学3.4绿色化工产品产品绿色化包括两个层次，第一个层次是化学产品该对人类健康和环境无毒害，这是对一个绿色化学产品最起码的要求；第二个层次是当化学产品的功能使命完成后，应以无毒害的降解物形式存在，而不应该“原封不动”地留在环境中。因此，按照绿色化学的原则，设计者应该在追求产品功能最大化的同时，使其内在危害最小化。石油化工工艺学全课程结束1.在化工技术不断变革的今天，希望在学习中借鉴现有工艺技术经验发现问题、解决问题。2.养成终身学习意识，了解新工艺、新技术和新产品，改进和创新化工工艺过程。