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(环境工程专业论文)氧化沥青项目环保工程的研究.pdf.pdf 免费下载
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江苏大学工程硕士学位论文 摘要 随着新型防水材料沥青玻纤瓦的不断发展,氧化沥青需求开 始不断加大,氧化沥青出现了大发展的商机。 空气吹制的沥青通称为氧化沥青,整个过程要产生一系列反应, 放出大量有毒有害尾气,如果不加处理而直接排放入大气中,将会造 成严重的大气污染,对环境造成严重的破坏。氧化沥青的生产过程中 还会产生噪声、废水以及固体废物等污染物,对当地的环境会造成一 定的影响。 为配合江阴工业园的产业发展,氧化沥青项目正式启动。如何确 定工艺、如何保证不污染环境、项目是否可行,就成为需要解决的重 要的课题。 论文首先从水、气、声以及固体废物几个方面,对氧化沥青生产 项目的环境影响进行了分析,并提出处理措施;其次,着重对沥青尾 气处理工艺进行研究,对项目的焚烧工艺、设备进行了选型:最后对 项目的经济性进行了评价,并对项目运行管理提出了建议。 关键词:氧化沥青,尾气,焚烧,环境,经济分析 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e ww a t e r p r o o f1 _ _ _ _ _ _ _ _ - 。a s p h a l ts h i n g l e sa n d i n c r e a s i n gr e q u i r e m e n tf o ro x i d a t e da s p h a l t ,o x i d a t e da s p h a l ti s f a c e d w i t hag o o de v o l u t i v eo p p o r t u n i t y o x i d a t e da s p h a l ti sm a d ef r o mo r d i n a r ya s p h a l tb yb l o w i n ga i r t h e r e a r eas e r i e so fr e a c t i o n si nt h eb l o w i n gp r o c e s sa n dal o to fp o i s o n o u se n d g a s e sg i v eo u t t h e s eg a s e sw i l lb r i n gs e r i o u sp o l l u t i o nt oe n v i r o n m e n t i f t h e ya r en o tt r e a t e dw i t h a tt h em e a nt i m es o m en o i s ea n dw a s t e w a t e r a n ds o l i dw a s t eo c c u ri nt h ep r o d u c i n gp r o c e s sw h i c hp a r t l yi n f l u e n c e s t h el o c a le n v i r o n m e n t o x i d a t e da s p h a l tp r o j e c th a sp u ti n t og e a ri no r d e rt op l a ya l o n gw i t h t h ed e v e l o p m e n to fj i a n g y i ni n d u s t r yz o n e i ti sap r o b l e mt h a th o wt o c o n f i r mt h et e c h n i c sa n dh o wt op r o t e c tt h ee n v i r o n m e n ta n dh o wt o j u d g et h ea v a i l a b i l i t yo f t h ep r o j e c t t h ea r t i c l ef i r s ta n a l y s e st h ei n f l u e n c eo f w a s t e w a t e ra n de n dg a s e s a n dn o i s ea n ds o l i dw a s t ei nt h ep r o d u c i n gp r o c e s so fo x i d a t e da s p h a l t , p u t sf o r w a r dt h et r e a t i n gm e t h o d s e c o n d l yt h ea r t i c l ep a y se m p h a s e so n t h es t u d ya b o u tt h ed i s p o s a lp r o c e s so fe n dg a s e s ,a n dt h ec h o i c eo ft h e b u r n i n gt e c h n i q u e a n de q u i p m e n t a tl a s tt h ea r t i c l ea n a l y s e st h e e c o n o m i cb e n e f i t ,a n dm a k e sap r o p o s a lt ot h ep r o j e c tm a n a g e m e n t k e y w o r d s :o x i d a t e da s p h a l t ,e n dg a s ,b u r n i n g ,e n v i r o n m e n t ,e c o n o m i c a n a l y s i s l i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存和汇编本学位论文。 保密口 本学位论文属于,在年我解密后适用本授权书。 不保密囱 学位论文作者签名v 扭飞 “年6 月f 日 指导教师签名:多硐奖 y 岫e 年e 只宝日 独创性申明 y 1 0 1 3 9 3 2 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外,本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名:也诵 日期:砷。6 年6 月r 日 江苏大学工程硕士学位论文 第一章引言 1 1 课题目的和意义 氧化沥青在上世纪八、九十年代达到一个发展高峰,当时主要应用在纸胎油 毡生产中。随着国家有关部门大量推广s b s 、a p p 改性油毡和限产、限用纸胎油 毡的政策出台,纸胎油毡的生产逐年减少,氧化沥青的应用市场也一度连年萎缩。 随着市场上防水产品的不断更新换代,尽管纸胎油毡逐步被淘汰,但新型防 水材料沥青玻纤瓦正处在产品发展初期,市场将越来越广阔,作为沥青瓦原 料的氧化沥青的需求也在随之增加。防水材料是建筑材料的重要组成部分,通过 防水材料的使用和施工,建筑物才能发挥使用功能和延长使用寿命。因此,防水 材料的发展在世界各国都受到重视,成为一个比较活跃的领域“1 。 江阴德阳新型建筑材料有限公司将在江阴开发区石庄工业区内,投资生产新 型防水密封用氧化沥青,项目占地2 0 0 0 0 平方米,共有员工3 0 人,项目建成后 将年产4 万吨新型防水密封用氧化沥青材料。 空气吹制而得的沥青通称为氧化沥青,整个过程要产生一系列反应,放出大 量有毒有害尾气,如果不加处理而直接排放入大气中,将会造成严重的大气污染, 对环境造成严重的破坏,对周边居民的生活和生产造成严重的困扰。 本项目在建设和运行过程中,除了产生尾气对当地大气环境造成影响外,还 会产生废水、废渣以及噪声的污染因素,对当地的环境造成影响。为了使本项目 对当地环境影响最小化,本项目需要进行环保设旖的投入,因此,对本项目环保 设旌实施过程中有关婀题开展研究,将有助于使本项目产生良好的经济和社会效 益。 1 2 国内外研究状况和进展 沥青是一种棕黑色固体,断裂处有光泽,为多组分混合物。由于沥青的来源 及加工方法不同,沥青的组成含量各不相同,一般含有2 6 1 - - 4 0 7 的游离酸, 其余为烃类及其衍生物。沥青在加热与燃烧时,均会产生沥青烟气,炼油厂用渣 江苏大学工程硕士学位论文 涟氧耗生产溺鬻滋氇要产生大激的废气,稼为氧俄沥青尾气【2 l 。 氧纯溺裔滗气是沥青生产避程中产生匏其鸯黪受气味静废气。炼漓厂豹渣灌 在2 6 0 - 2 8 0 c 下,与空气中的戴气反应生成氧化沥街。该反应在氧化簸内进行, 在生成的恳气中含有未氧化完的宅气中的氧、惰性气体、水蒸汽及多种有机化合 物,其中包援熬癌穆质苯并甏。 我国蠢、六十年霞对于滚蠢怒气多是塞接离黧鬟 歉,七年载寒方拜始研究 尾气的处理方法。为解决尾气对环境的污染,目前工业上采用了多种处理方法, 可有效地去除尾气中的有害环境成分,从而实现安全排放。 目前,瓴纯沥青尾气豹处建方法一般为热力燃烧,在燃烧前通常辫除去废气 孛静璃峦漕袋大耋瘩努,余下鹣裁、薅瞧气薄、鬣分子烃类纯台穆骧获笨并蓖等 致癌物质及宙氧、含硫等恶炱物质送焚烧炉处理,焚烧之前的处理称作预处理。 预处理的方法较多,有采用水吸收的水洗法( 包括水直接洗涤法、喷水循环法及 鼓泡吸收的憾和器法等) ,也有浆用柴油洗及馏出油循环洗的油洗法,或者冷凝 癸鬻窭镶窭溃籍送焚嶷炉,毽程攀经羧楚理壹接姆怒气送入焚浇妒燃烧戆方式。 氧仡簸稚如的尾气经预处趱詹,烃类含量不离,热值有限,故一般采用热力 燃烧法可以消除尾气中的污染物。 焚烧氧化沥青尾气的方法荫两种方式,一种是将尾气通入原工艺加热炉中作 燃耪,燕热氧傀釜凌渣灌,基投热篷;另一耱是建立专矮熬焚烧炉。麓簧熬霞点 是可颤回狡热傻,无需增趣专溺斡焚烧装置,缺点怒受原工艺撩燕炉驰限制,影 响焚烧效果。因为,工艺要求遴入氧化釜的原料只潜在加热炉加热到2 5 0 c ,因 此,一般工芑加热炉仅将燃烧溆度控制在5 0 0 6 0 0 c 。而尾气的焚烧最好应为 8 0 0 1 0 0 0 c 。就肄,疆辩搬热妒一般嚣积较小,傍餐对闽短,供氧不是,因两 氧证爨烧不究全,不毒效清滁怒气孛酶污染貔。专愆静焚烧装鬟露汉缀努解决 上述问题,獭然也要增加设备投资与辅助燃料的消耗。 尽管采用专门焚烧炉的方法,直接、效果好,但一个不足是能最消耗较大, 弱兹有国内辨肖两种方法可以解决:一是在炉内搬设原辩沥青的管邀或水管道, 穰焉尾气余热滋符蠡燕;二是慕瘸催纯燃烧霉戳变臌这一缺点,霆努瑟鸯这方瑟 的尝试,国肉尚无先例。但是,程较低的催化燃烧漱度下能否破坏苯并芘尚需研 究。 2 江苏大学工程硕士学位论文 此外,处理尾气也可以采用物理方法,即采取冷凝吸附的方法处理尾气,但 处理量和浓度要求都较小,不适合大规模生产。 对于工业污水处理工艺,通常要根据污水的利用或排放去向同时考虑水体的 自然净化以及污水在利用过程中的净化作用,确定废水的处理程度及相应的处理 工艺。污水处理分为三个级别,即一级处理( 机械处理) 、二级处理( 生物处理) 、 三级处理( 高级处理) 。级处理主要采用格栅、沉砂池、沉淀池等构筑物,去除 污水中不溶解的悬浮物等。二级处理主要去除一级沉淀池出水中的胶体和溶解性 有机物。典型设各是生物曝气池( 或生物滤池) 和二次沉淀池。三级处理主要去除 二级出水中营养物( 氮和磷) 及其他难降解物质。主要方法有絮凝、过滤、吸附、 离子交换等物化法。三级处理的目的是避免水体富营养化或回用水。一般以一级 处理为须处理二级处理为主体三级处理很少使用。 由于污水中的污染物主要是有机物,因此目前国内外大多采用生物法。也有 采用化学法的,但这种工艺的去除率不高,出水达不到国家规定的标准,只适用 于某些特定的对出水水质要求不高的地方。在生物法中,有活性污泥法和生物滤 池两大类,生物滤池的处理效率不高,卫生条件较差,我国只有少数几座生物滤 池城市污水处理厂,而活性污泥法占绝大多数。 本项目产生的废水不多,主要是生活污水,采取的方法是直接排往开发区的 污水处理厂统一处理后排放。 1 3 论文研究的主要内容 氧化沥青的生产,要经过系列的氧化、聚合、缩合及脱氢等反应过程,放 出水和少量的二氧化碳,并放出大量的热。 对于年产4 万氧化沥青项目来说,环保处理非常重要,这里最重要的就是尾 气的处理。本论文将从以下几个方面开展研究: ( 一) 在对项目生产工艺选取的基础上,对环境影响进行分析,并对污染物 处理技术进行研究; ( 二) 对尾气处理技术进行理论研究,并对年产4 万吨氧化沥青生产项目的 尾气处理工艺进行设计、对相关设备进行选型: ( 三) 对项目进行经济分析和运行管理研究。 江苏大学工程硕士学位论文 第二章氧化沥青概况与项目生产工艺 2 1 氧化沥青项目概况 随着建筑业的发展,多层、高层民用建筑和复杂工业建筑增多,建筑结构向 大板、条板、装配化施工以及框架轻板结构的方向发展,对防水材料除了保证不 渗漏、使用寿命长和质量保证期长等要求外,还提出了其它新的要求。防水材料 经历了传统的纸胎沥青油毡、改性沥青防水卷材阶段,正进入沥青瓦阶段。 玻纤沥青瓦在水泥结构和本质结构屋面上都可以使用,在国内建筑市场上, 主要用于水泥结构屋面,其防水方式主要为导水式。沥青玻纤瓦是目前城市的坡 型屋顶建筑首选的防水材料,它以自重轻、色彩鲜艳、施工简捷、防水性能好、 铺装成本低的优越性能,被广泛地选用在住宅、别墅、园林亭廊等异型建筑屋顶, 为都市环境增添了色彩的美感,提升了城市的品位。 氧化沥青是玻纤沥青瓦的主要原料,随着玻纤沥青瓦市场越来越广阔,对氧 化沥青的需求也随之增加,目前国内氧化沥青的用量不少于7 0 万吨年。 江阴市政府为加大经济发展力度,从2 0 0 5 年开始,计划在江阴建设全国一 流的建材基地。在此思路上,世界知名的沥青瓦生产商已进驻江阴开发园区,配 合国内的城市平改坡工程,开发国内沥青瓦防水材料市场。为配合沥青瓦厂的生 产,开发区安排建设4 万吨氧化沥青项目,成为建材基地建设的一个重要配套工 程。由于氧化沥青生产过程中会产生一定数量的污染物,因此需要根据氧化沥青 生产特点,研究污染物的产生、处理手段,规划合理的环保工艺,这对工程项目 的顺利进行,保护环境有着重要的意义。 2 1 1 地理位置 江苏省江阴市位于江苏省东南部,无锡市行政区北部。北枕长江,南邻无锡, 东连张家港、苏州、上海,西接常州、南京,地处中国经济最发达地区之一的长 江三角洲的几何中心。全市总面积9 8 3 k m 2 。它属太湖水系,长江与运河水道相接, 四条公路网贯穿,水陆交通发达、邮电通讯方便。 建设项目拟在江阴开发区石庄工业集中区内建设,位于工业集中区的西北 4 江苏大学工程硕士学位论文 角。江阴开发区石庄工业集中区地处江阴市西域,原石庄镇区北,东起新桃花港 河,西至常州界,南起澄西路,北至长江。 2 1 2 地形地貌 项目所在地属江苏省地层南区,地层发育齐全,基底未出露。中侏罗纪岩浆 活动,喷出物盖在老地层上和侵入各系岩层中;第四纪全新统现代沉积遍及全区: 泥翁纪有少量分布紫红色砂砾岩,石英砾岩,石英岩,向上渐变为砂岩与黑色页 岩的交替层,顶部砂质页岩含优质陶土层。 开发区四周有断续起伏的低丘陵围绕,区内大部分地势低平,平均海拔3 5 米,坡度在3 以下。土壤以黄棕壤、乌沙土、夹沙土为主。大部分地区地耐力 为l o t m 2 ,部分地区超过2 0 t m 2 。地震烈度为6 度。 2 1 3 水系水文 建设项目所在地主要河流为长江、新桃花港河。 ( 一) 长江 长江江腭段距长江入海口约2 0 0 多公里,属长江下游感潮河段。潮汐属非正 规半日浅海潮,每天有二涨二落过程。涨落潮历时不对称,平均落潮时间大大超 过涨潮历时。 石庄工业集中区所处河段潮流随着长江径流量和潮差的大小而变化,流态也 不同。一般而言,枯水期潮流界上朔到江阴上游,河段内呈现双向流态;丰水期, 潮流界位于江阴下游,河段呈现单向流态。全年平均落潮流量大于涨潮流量。 长江多年平均流量2 8 6 0 0 时s ,最大洪峰流量达9 2 6 0 0m 3 s ,最小枯水流量 4 6 2 0m v s 。 ( 二) 新桃花港河 额槐花港河北入长江,南接老桃花港河。河道长约6 公里,宽度8 一l o 米, 高程约l 米,河岸坡比1 :2 。 ( 三) 地下水 地下水属松散岩类孔隙含水岩组,潜水含水层岩性为泻湖亚粘土夹粉沙,水 温1 9 2 1 ,地耐力为8 l o t m 2 ,水质为地表水所淡化。 江苏大学工程硕士学位论文 2 1 4 气候特征 建设项目所在地区属亚热带湿 润性季风气候区,气候温暖,冬夏 较长,春秋较短,雨水充沛,日照 充足,无霜期长。常年气温1 5 1 , 年最高气温3 8 o ,最低气温一 1 4 2 c ;年平均降水量1 0 4 0 7 m m , 多集中在6 9 月份。常年主导风向 为s s e 。全年风玫瑰图见下图2 一l 。 目前项目的西部1 公里内有沥青瓦 厂和其他企业,环境质量要求高。 2 1 5 社会环境简况 n j d0 , 7 旷 1 江阴市隶属无锡市管辖,是我国经济、文化最发达的地区之一,是全国率先 进入小康的县市之一,经济条件好,具有相当的工农业实力。在开放浦东,发展 长江三角洲经济区的环境下,具有良好的发展前景。 江阴石庄工业集中区地处江阴市西域,原石庄镇区北,东起新桃花港河,西 至常州界,南起澄西路,北至长江,总规划用地1 4 8 3 k m 2 ,目前总人口6 3 7 0 人。 区内有3 公里的长江黄金岸线,已建有2 5 万吨级石化专用码头一个,进区企业 有南荣石化公司、澄星化工仓储、嘉盛化学品公司、技源科技公司等。 石庄工业集中区发展用地主要由居住用地、工业用地、港口码头用地、仓储 用地、道路广场用地、市政设施用地、绿地等组成。其中工业用地8 4 平方公里, 居住用地2 7 5 平方公里。整个区域定位为“南宿北工”的格局,其产业定位为: 化工、精细化工及化工仓储运输业、高新技术i t 产业、钢铁、纺织、新技术等 产业和配套的生活区,为个综合性的工业集中区。各区之间以绿化隔离带分隔, 生活区规划入口4 5 万人。区内基础设旌已经基本到位,石庄污水处理厂一期l 万t d 已建成运行,近期5 万t d 也于2 0 0 5 年1 2 月运行;石庄工业集中区热电 厂目前使用3 台1 5 t h 临时锅炉,而3 台1 3 0 t h 锅炉于2 0 0 5 年1 0 月完成建设 开始运行;滨江路与璜石路交角处1 所1l o k v 变电所,负荷石庄区一、二类工 6 江苏大学工程硕士学位论文 业,区内已达到“七通一平”。 2 2 氧化沥青生产工艺 2 2 1 氧化沥青氧化过程 氧化沥青是软化点低、针入度大及温度敏感性大的减压渣油或溶剂脱沥青或 他们的调和物,在一定的温度条件下通入空气,使其发生变化,软化点升高,针 入度及温度敏感性减小,从而达到沥青规格指标和使用性能要求。这个过程所发 生的不只是氧化反应,而是一个十分复杂的多种反应。从原料到氧化沥青,要经 过一系列的氧化、聚合、缩合和脱氢反应的过程,放出水和少量二氧化碳,并放 出大量的热。在反应过程中,和沥青反应的氧的主要部分出现在尾气中,其余的 氧则化合后进入吹制产品中,原料中的油份、胶质和沥青质也随着发生变化。【4 ,5 1 2 2 2 沥青在氧化过程中的化学变化 五十年代中期,戈培尔和诺特尼尔斯研究了渣油在氧化过程中所发生的反应 及其对沥青性质的影响,结果证明:所有与沥青结合的氧构成了羟基、羰基、羧 基和酯基,在这些官能团中酗基酯类占有吹制沥青中6 0 的氧,其余4 0 左右的 氧生成了0 h 基、c o o h 基和c = o 基等。此外,酯基还联接两个不同的分子生 成分子量更高的物质,使沥青中的沥青质的含量增加,也使沥青的胶合体结构和 化学组成及性质发生变化。除生成酯的反应外,也还有生成新c c 键的缩合反 应,而且这两种缩合反应的比例在很大程度上与吹制温度有关。 七十年代初期,中岛丰比古等人对沥青的吹风反应原理,开始进行比较系统 匏研究,饿们首先以软化点为4 8 5 c ,针入度( 2 5 ) 6 9 1 l o r m 的沥青为原料, 在实验室小型氧化装置上,在空气流量为8 升分时,进行了不同温度下的氧化 实验,分析了不同的氧化时间、不同氧化温度所得氧化沥青性质和化学组成的变 化。结果表明:随着氧化反应时间的延长针入度下降,软化点上升,脆点上升: 随着反应温度的升高,这种变化则更加显著:随氧化反应时间的延长油分和角质 几乎以相同的速度减少,而沥青质等重组分增加:在较低的温度下,油分和胶质 沥青质以直线的方式减少或增加,在2 7 0 时,反应1 2 小时左右,沥青质开始 不再直线增加,增加速度急剧缓慢下来,而苯不溶物开始增加,但是把苯不溶物 7 江苏大学工程硕士学位论文 和沥脊质加在一起合计的增加举也有减少的倾向。可见由于吹风氧化,部分油 窝获矮变成了溪毒鹱,涯毒震巍予爱嚣裹褒貔缭合终矮又变成了毫分子爨戆苯不 溶物。综合研究结果可以推断,由于吹风反威,在沥青中嫩成了相当数鬣的酮类 化合物。酮类是比较容易起缩会反应的化含物,随着吹风的进行,各种反应性化 台耪络会袋毫努予麓耱溪毒屡,镬溺毒蠢凝荻鍪l 转纯。 练上所述,吹风氧化反应绘沥青或渣油带来的变化为: ( 一) 从物理现象来看,欧风氧化可使沥青的软化点升嵩,针入度降低,脆 熹嚣藏,使溪毒交穰变硬。赉予空气静汽据佟麓,乐辩孛豹夺帮分较轻豹灌努被 馏出,助长了该现魏的发生。 ( - - ) 从化学缀成变化来群,吹风氧化w 使原料中的胶质,芳香烃和饱和烃 瓣总爨下簿,溪青震含量秀赛,这是造藏魏溅经震改交懿患葵原蠢。 ( 三) 从胶体状态的变化来着,由于沥青质和沥青胶翻量的增加,而被胶团 吸附的胶质数量减少了,作为胶团间相的油分的芳香性也降低了,于是使胶团的 荻添瞧箨低,网状络棱发达捷溺静更趋囱予驳凝纯。 2 2 3 潲青氧化过襁中的热反应 麓空气欢利嚣涟潺毒熬过穗跫令藏熬过纛,在欧裁过程孛,放出大豢戆熟。 在努力提高炼油厂热效率、降低能耗、节约能源和充分利用热能的今天,沥青氧 化反成热的利用已经引起人们的注意。例如在陋班牙的某炼油厂已经把沥青氧化 兹爱震煞瘸子发囊低篷蒸汽。 人们对沥青氯化时的热效戚可概括为: ( ) 渣油氧化的反应热随着渣油性质的不同而有较太差异; ( - - ) 反应邀学蕤漂菠对爱疲熬熬效瘦影穗较臻显,骧着夏应豹攘澡,缴分 反应热下降而积分反应热升高; ( 三) 沥青吹风氧化的热效成与反应的条件有关,在反应温度为2 0 0 3 0 0 懿蕊嚣疼,蒸效波箍藿爱痊滋发夔嚣寒瑟醛低;在空气滚羹灸0 。8 1 9 0 嚣 分( 0 5 公斤) 的范围内,热效成随着空气流麓的升高而升高。 2 , 2 4 沥青吹风氧化过程的反应瀵度 沥青氧化是一个非常复杂的多种化学反戚交错在一起的综合过程,怒个复 8 江苏大学工程硕士学位论文 杂的非均相反应体系。从五十年代末,洛克伍德开始至今已有许多学者对沥青氧 化反应速度进行了大量的深入的研究工作,提出了许多经验公式,但是由于总反 应速度常数是气体扩散和化学反应诸因素的函数,到目前为止还没有能够描述包 括各种因素的氧化动力学模型。 工业上的沥青氧化塔大都采用空气鼓泡式氧化塔,在鼓泡塔内氧化进行的快 慢是由那些影响氧气从气相到液相传质速度的因素所制约,也即是反应是在扩散 区进行的。氧在沥青中的溶解性和扩散性都很小,故氧化过程的速度,在温度一 定的情况下,主要取决于空气一沥青相界面的大小和液相内部的搅动程度。在 鼓泡塔内空气一方面是反应物,另一方面又是搅拌剂,为了提高反应速度,一 般根据搅拌的需要来选择空气流量,这样造成空气的流量大大超过氧化反应所需 的流量,造成空气利用不充分和氧化尾气含量高等问题。 研究表明,反应速度较高时,同样的原料,在固定的反应温度下,单位时间 风量由2 0 提高到3 5 4 0 m 3 m 3 如,反应速度常数基本不变,表明此情况下2 0 m 3 m 3 巾 的风量已经满足了扩散搅拌的需要。 2 2 5 沥青氧化的影响因素 ( 一) 原料的性质对成品沥青的影响 许多学者研究了氧化沥青的质量和原料化学组成的关系。结果表明,原料对 氧化沥青质量影响很大。对于生产建筑沥青来说,高胶质高含硫原油不是很适合 的。这是因为在生产高软化点的沥青时,原料在反应塔内停留时间较长,原料发 生较深的转化,所以用具有中等胶质、沥青质含量的原料比较合适,并且在油分 中含有较多的烷一环烷族化合物。 ( 二) 操作条件的影响 ( 1 ) 氧化温度 随着温度升高,氧化速度加快,氧化温度过高,会促使大分子缩合物一苯不 溶物和焦碳的过多产生,从而影响成品沥青的质量,一般根据成品沥青的针入度 来选择适当的氧化温度。常见氧化温度的选择如表2 1 。 值得指出的是,对于不同的原料,氧化温度还存在一定的变化。 9 江苏大学工程硕士学位论文 液2 1 沥青氧化温度选择表 t a b l e2 - 1a s p h a l tb l o w i n gt e m p e r a t u r e 成品沥青针入魔( 2 5 c ,i f o r u m ) 9 0 1 2 04 0 7 0 1 0 3 0 氧化温度。2 5 0 2 5 52 6 0 2 8 02 8 0 3 0 0 ( 2 ) 氧记时闻 对连续氧化来讲,在一寇处理量下,氧化塔内液面商低直接决寇了氧化时间 的长短。氧纯时蠲短,反应深发不够,胶袋沥青生或量少,产品软化点低,针入 度大,氧亿对闻避长,反应深发太大,产黼中胶质大爨转纯成沥青震,碳青质。 甚黛变成焦碳,所得沥青软化点升高,性质变脆。 ( 3 ) 氧纯风量 增加风量蘸予扩散作用加强可鞋提高沥脊反应速度,缩短戴纯时阗,僵晟量 达到定极限时,再增加对段成速度基本觉影响。实际缴产中,通风凝和反应时 闽辩沥青矮量的影稳没有反应潺度和强辩烂矮豹影响嬲鼹,遗斑量露菠应对阕操 作弹性较大。只黉原料软纯点控翩在鸵一4 5 e 之间,反皮滏度控帚l 在2 5 0 左右, 通风量8 0 l l o m 3 t h ,反应时间8 - 1 1 5 h 之间变化,都能生产出1 0 姆飘化沥青, 产菇震量嚣变化骥度不丈,郝疑控铡在国橡蓑求豹范围之内。 ( ) 催化剂 催化剂对反成的速率有加快效应,但这挺人们更多地是用其来改祷沥青的针 入发秘低湛黍魔。据魏在近几年发展出了镁纯氧毒艺这样一嵇重要工艺,趱子生产 特殊规格的沥青。人们试验了多种催纯莉,如硫纯铜、氯化锌、氯化铝、硼酸、 碳酸钠、高锰酸钾等。但最常用的是磷酸、赢氧化二磷和三氯化铁,熊中只有磷 酸鼹溺专鲍铮入璇帮柔度有较大豹改善。实验 芷弱,麴入磷酸君,大大期抉了氧 化反应速率,随潜磷酸掺量的增加,反应藏线越陡,反成速度越抉;丽时加入磷 酸膈,使沥青的针入度变大,延性变好,使沥青的低温粱性大大改善,但并不是 磷羧掺量越多越鲑,其中有一个最莲掺量,搜沥青豹甄滋柔蛙最好。 2 3 项目生产情况 本饔嚣谴予茳鞠开发速夏座工韭集中嚣滨江籍。项嚣蠢遮2 0 0 0 0 警方寒,共 有崩_ i3 0 人,主黉从事生产新型防水密封厢氧化沥青材料,项目总投资2 0 1 0 万 江苏大学工程硕士学位论文 元。工作制度按年3 0 0 天,每天3 班,每班7 5 小对,全年工作6 7 5 0 小时计。项目 建箴螽将年产4 万缱薪壅黪承爨封瘸羲耗沥鬻搴季精,产擞良始豹经济效薤。 本项目主要设备如表2 2 所列,公用及辅助工程情况见表2 3 。 农2 - 2 主要生产设备清单 t a b l e2 心p r i m a r ye q u i p m e n tb i l l 序母名称型号及靓格王慧参数数量 有效容积;v = l o o o m 5 1 沥青储罐 由1 2 0 0 0 x l1 0 7 0 m m3 工作压力:常压 2 荟蜡族油辖域 垂6 5 0 0 7 5 0 0 m m 有效容积:v = 2 0 0 m 3 l 3 芳香簇涵赣罐毒5 0 0 0 x 6 5 0 0 m m 有效容积:v = 1 0 0 m 3 l 4 催化卉储罐 出2 5 0 0 7 8 0 0 m m 有效容积:v = 3 0 m 3 1 5 沥青升温储德 中3 6 0 0 x s 0 7 0 m m 有效容积2v = 6 0 m 3 2 6 石蜡族油计薰罐巾1 5 0 0 x 3 0 0 0 m m有效容积:v = 4 1 3 1 7 芳香装油计爨壤 审l s o o x 3 0 0 0 m m 有效容积:v = 4 m 3 l 8 热交换嚣圣8 x 4 6 8 2 m m2 9 乳化器 2 1 0 氧化釜 西2 8 0 0 x 1 7 5 0 0 m m 有效容积:v = 5 0 m 5 尾气最大摊璧;3 3 7 5 m 3 m 3 l l 镱秘器 枣2 0 0 0 x 7 1 0 4 x s m m 有效容积;v = 2 1 m 2 1 2 壤赉滴艇承镶垂1 4 0 0 x 5 2 8 9 x 8 m m有效容积:v = 4 0 】 1 3 尾气水封罐击1 6 0 0 x 7 1 5 0 x s m m l 1 4尾气焚烧炉七3 5 8 5 3 6 0 0 0 w a l 1 5 成品储罐有效容积:v = 2 0 0 m 3 1 1 6 残鑫貉壤 垂8 0 0 0 1 0 0 0 0 i m 有效窑积:v = 5 0 0 m 3 2 1 7 成品赭罐枣5 0 0 0 x 6 5 0 0 m m有效容积:v = l o o m 3 l 沥青输送泵 1 8 ( 卸油至储罐、储罐至稠油袭t l b - 3 6 0 6o = 3 6 m 3 h 3 升温罐) 沥毒输送蕉( 沥毒嚣 1 9 稠溜裂t l b - 1 5 o 。8q = 1 6 m 3 h 2 添储罐至熬交换器) 芳香族油输送泵( 卸 2 0油至储罐、储罐至计稠油泵t l b 一2 0 0 6q = 2 0 m 3 h l 量罐) 芳季族酒谤豢象( 诗 2 1 疆溜泵t l b - 5 o 6q = 5 m 3 h l 蓑罐至乳纯嚣) 石蜡族油输送泵( 卸 2 2 油至储罐、储罐至升 稠油泵t l b 一2 0 0 6q = 2 0 m 3 h 1 温罐) 螽戆族浊谤爨泵( 计 2 3 藕潼裂i l b 一5 0 。6q = 5 m 3 h l 量罐至孚k 纯嚣) 催化剂计量聚( 来料 2 4 至储罐,储罐至乳化 1 器) 沥毒泵( 氧能燕至巍 2 5 穰演泵t l b - 8 o ,6 p 8 m 3 h 3 亿器) 沥青泵 2 6 3 ( 氧化釜至乳化器) 江苏大学工程硬士学位论浅 2 7 沥青泵( 储罐至槽车)稠油泵t l b - 2 0 o 6q = 2 0 m 3 h 2 沥专泵( 旗罐至卷耱 2 8 穰演泵t l b - 2 0 o 。6q = 2 0 m 3 h l 线) 沥青泵( 1 0 # 沥青储罐 2 9 稠油泵t l b - 5 o 6q = 5 m 3 h l 至成型装篝) 3 0 油泵( 废油外供) 2 c y - 1 1 1 4 5 - 1l 洼拳泵( 渡承至氧纯 3 l 2 0 静8 53 釜、锫稻器) 热水供给泵( 热水罐 3 2 6 5 r - 6 4 1 至供水点) 3 3 热水罐 垂1 0 0 0 4 7 3 4 8 m ml 3 4t 0 # 涯毒成黧装矍l 3 5 废油罐毒2 4 0 0 3 6 6 0 6 m m 容量:l o 吨 l 3 6 催化剂计鬣罐 m 8 0 0 1 5 0 0 m m1 3 7 催化剂输遴浆 1 额定供热魑:1 4 0 0 k w h ( 1 2 0 万k c a l h ) 3 8导热浦妒型磅:o x l 一1 4 0 0 a 奔葳最褒漱嶷:3 2 0 c2 套 炉内容油避:1 1 m 3 循环油最:l o o m 3 h 流量l o o m 3 h 3 9 骞垂环油泵 髯r y i 0 秘喀5 - 2 4 03 巍程7 0 m 4 0 注油泵 j 翘一2 e y 一3 3 3 3 3 4 l 注油槽 m1 6 1 2 3 4 6 0 n v = i o m 3l 4 2 膨胀槽 由1 1 1 2 2 4 1 0 m m v = 6 m 。2 4 3 油气分离器d 9 1 2 5 2 4 4 ¥鍪溜遘滤嚣b 9 2 s2 棼s m 3 m i n 4 5 螺杆空气压缩机l g 0 - 6 7 2 压力p = o 7 m p a 排气量q = 4 0 m 3 m i n 4 6 无油空气压缩机 l w - 4 0 2 5 - a3 压力0 2 5 m p a 冷猿式于燥裁 r 5 # 经理量。5 m 3 蘩i n 2 袭2 - 3 公用及辅助工程 t a b l e2 - 3p u b l i ca n da s s i s t a n tp r o j e c t 工程名称 建设名称设计能力备注 绘承2 t h 赘敢塞寒泰管惩 播本0 1 7 t 。h纯粪漓收集入磊座污东处理厂 供电设备靛枫总容量6 9 7 5 k w市政电网 公用工程 两台排气量4 0 m 3 m i n 的活塞式空 供气最大搠气量7 0 m 3 m i n压机和一台摊气量6 m 8 m i n 的仪 表控翻翅空援撬 绿纯绿他面积1 0 0 0 0 m 。 所占魄铡5 0 除油效率9 9 5 ;废气净 经饱和嚣( 冷凝器) 冷凝除油,再 废气处理进入高温焚烧炉焚烧膳排放:导 化效率9 3 3 环僳工程 熟油炉废气直接离擞排放 疲采楚理褒承产生量1 1 2 0 t a 纯粪浚牧集入蠢疰污农娃理厂 沥青融气净佬中产生躯媵浊,瞄; 固废处理 生活土崴圾由环卫部门定期清运 1 2 江苏大学工程硕士学位论文 本项目主体工程是氧化沥青生产线,包括氧化釜、导热油炉系统、空压机系 统、储罐等设备,设计生产能力为4 万吨年。 本项目的主要原辅材料为:1 0 0 # 道路沥青,9 1 6 3 t 年;石蜡族油,9 1 8 f f 年; 芳香族油,4 5 9 t 年。 主要能源消耗为:水,1 2 9 6 0 t 年:电,1 7 6 8 万k w h 年:天然气,3 0 0 万 n m 3 年。 2 4 氧化沥青生产方式的选取 氧化沥青的生产原理,是在一定的温度条件下通入空气,使软化点低,针入 度大及温度敏感性大的减压渣油或溶剂脱沥青或他们的调和物发生变化,达到沥 青规格指标和使用性能要求。反应要经过一系列的氧化、聚合、缩合和脱氢反应 的过程,放出水和少量二氧化碳,并放出大量的热。原料从原料罐经加热后进入 氧化釜或氧化塔,经过氧化后进入成品罐准各发货,或去成型机,而产生的尾气 则经过处理后安全排放。1 6 1 氧化沥青的生产技术大致 分两种,连续氧化和间断氧化, 所需要的主要设备是氧化塔和 氧化釜。对于反应设备,7 0 年 代以前多为釜式氧化装置,其后 采用塔式氧化工艺,主要生产建 筑沥青。随着高等级公路建设, 对道路沥青也需采用半氧化工 艺改进其品质。 图2 2 是一套典型的氧化 工艺流程,采用了塔釜结合的方 骓 r 妒囊纯攀 哦她繁斑晶 图2 2 典型沥青氧化工艺 f i g u r e2 - 2c l a s s i ca s p h a l tb l o w i n gp r o c e s s 式,氧化塔生产l o 号沥青,氧化釜生产半氧化产品去油毡生产线。 通常由于生产量的大小不同,各厂家选用的的工艺路线和设备也不尽完全相 同,这是由于连续法和间歇法,氧化塔和氧化釜各自有着不同的特点: 氧化塔主要用于连续生产,效率高,成本低,适用于高产量的生产,一般年 江苏大学工程硕士学位论文 产量在1 0 万吨以上的生产线比较经济。废气量小,治理设旌简单,环保治理费 用低,但一次投入大,质量不易控制,能耗大。氧化塔上部馏出油乳化严重,无 法脱水,而且尾气中夹带的馏出油也较多。 氧化釜主要用于间断生产,生产线产量低,适合于客户对产品的要求不统一、 生产不均衡时采用,产品品种可以随时调整,生产比较灵活。连续与间歇法的具 体比较见表2 - 4 。 表2 q 连续法与问歇法比较 t a b l e2 - 4c o m p a r ec o n t i n u o u sw i t hd i s c o n t i n u o u sp r o c e s s 连续法生产间隙法生产 l 、工艺及该具有能耗、物耗低具有产品质 该工艺使用时间长,适应性强。投资 其先进性:量稳定、大气污染小等特点。少、见效快,适于生产特殊要求的产 品 4 万吨规模工厂投资2 2 0 0 万。装置工厂投资2 0 1 0 万设备投资1 4 0 0 万 2 、投资:投资1 2 0 0 万元,厂房及公用工程元,厂房及公用工程6 1 0 万元 1 0 0 0 万元。 能充分利用尾气焚烧产生的热量,尾气焚烧热量通常不能充分利用而 节约燃料,合理调节塔内热负荷再利用导热油炉加热原料会增加燃料 3 、能耗: 消耗,反应釜产生热量不能得到有效 利用 4 、物耗:经过核算该法建筑沥青收率9 6 以该法在生产过程中物耗较大,收率多 上,如果能充分利用污油收率则在在9 6 左右,通过改进控制还可以提 9 8 以上。 高收率。 5 ,质量:由于操作稳定、产品质量宜控制、最主要的特点是产品质量不宜平稳控 产品合格率1 0 0 。制,产品台格牢低( 但不是废品) 。 6 、环保:该法大气巧染问题彻厩解决,但污该工艺污水产生量不大,尾气也能合 水量较大不容易处理。如果采用此理处理。 工艺在水处理上要重新调整工艺。 7 、产品方该工艺由于是连续生产不便于小批该工艺特点灵活机动,适合多品种生 案量、多品种生产。 产。 8 、操作工操作工人数较多项岗生产一人多岗,可降低人力成本。 人 综上所述,考虑到项目规模4 万吨,用户的储罐较小仅2 0 0 m 3 ,导致了要货的 不连续性,同时,多品种生产也是建设方投产后的一个方向,这些都使间歇法生 产成为了比较切合实际的选择,项目最终确定采取间歇法,为保证工艺的合理性, 降低能耗,项目对工艺和设备进行了改进,采用氧化塔进行间歇氧化,并创新地 采用了能量回收装置。 具体流程介绍如下:沥青、石蜡族油、芳香族油由槽车运至罐区,经泵输送 江苏大学工程碗士学位论文 到罐内镤存。沥费出泵送入热交换器痰进行加热,加热劐2 2 0 。c 左右送入沥青计 量罐肉待焉。热交换器鹃燕奔震是导热漓,自学燕溜炉供绘热源。溺费计量罐可 以储存一釜的沥青,在氧化釜需要沥青时,由泵将计量罐内的沥青送入氧化釜内 进行氡他处理。沥青氧化时需鼷通入0 。2 o 2 5 m p a 压力的压缩空气,压缩空气 由室瘫税港产生。沥青氧亿对溺终1 2 ,j 、嚼,簌纯温度由蕊夹套内导熟漶进行诱 节,当温度过高时,釜内的导热油和冷却循环水进行换热,使导热油潞度降低, 正常情况下,釜夹套内的导热油起保温作用。在氧化过程中,随时检测沥青的氧 纯稷浚,班霞及辩逶行诱整。鬣纯釜雨沥毒态度囊滚整诗鬟示,釜蠹滠凌每隔2 米的商度设一个测定点,温度调节也是分段进行,这样可以保证产品质量。氧化 好的沥青经降温聪,由泵送入成品储罐内。供给用户的氧化沥青直接用泵或槽车 送缓鬻户戆谴罐肉,毫霹瑷 敬参芟块获豢l 鑫麓汽车运输。工芑滚程挺圈鲡2 3 。 图2 - 3 间歇法工艺流程 f i g u r e2 - 3d i s c o n t i n u o u sp r o c e s sf l o w 去用户 江苏大学工程硕士学位论文 第三章项目环境影响分析与治理措施 3 i 水环境影响分析 3 1 1 水污染物预测分析 本项目由城市自来水管网统一供水,根据本项目年产4 万吨的规模,总用水 量为1 2 9 6 0 t a ,其中设备循环冷却水i1 5 6 0 0t l a ,补充水量11 5 6 0 t a ;设备、 地面冲洗水5 0 0 t a :员工生活用水9 0 0 t a 。项目排放的废水主要是设备、地面 冲洗水( 4 0 0 t a ) 和生活污水( 7 2 0 t a ) ;设备循环冷却水循环使用,年补充水量约 l1 5 6 0 t ,不外排。拟建项目产生废水经厂区化粪池收集后排放入石庄污水处理厂 一并处理。项目水污染物产生情况见表3 1 。 表3 - l 项目水污染物产生情况表 t a b l e3 1p r o d u c i n gs t a t u so ft h ew a s t e w a t e r 污染物产生情况 污染源污染物 浓度( r a g 1 )产生量( t a ) 水量4 0 0 c o d5 0 00 2 设备、地面冲洗水 s s4 0 0 0 1 6 石油类 5 00 0 2 水量7 2 0 c o d4 0 00 2 8 8 生活污水 s s2 5 00 1 8 氨氮 3 00 0 2 1 6 t p6 o 0 0 4 3 2 表3 2 污水处理厂废水接管和排放标准单位:m g l ( 除注明外) t a b l e3 - 2e m i s s i o ns t a n d a r do ft h es e w a g ep l a n tu n i t :m g l l 排放标准值( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 项目 接管标准 废水排放标准 p h6 96 9 c o d5 0 01 0 0 s s4 0 07 0 氨氮 3 51 5 总磷 80 5 石油类 2 05 ( 其中:石油类接管标准参照污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - 1 9 9 6 ) 表4 中的三级标准) 江苏大学工程硕士学位论文 3 1 2 污水排放标准 建设项i l l 摊放的废水排入石庄污水处理厂污水管网,废水执行石庄污水处理 厂接管标准,污水处理厂尾水
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