石油化工工艺学(邹长军) 第9章

第9章车间生产管理与绿色化学工艺,目录,工艺流程组合原则车间生产管理方法绿色化学工艺,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。,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。,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。,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,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。,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。,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。,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。,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。,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。,图9-2产品成本与价格构成,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。,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。,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。,技术改造决策的基本程序如图9-3所示。,图9-3技术改造决策的基本程序,第三节绿色化学工艺,图9-4绿色化学工艺的原则和方法,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；,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。,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。,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。,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。,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。,图9-6非温控型水/有机两相催化体系,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,图9-8氟/有机两相催化体系,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。,ThankYou!,绿色化溶剂,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。,表9-3气体、液体和超临界流体的典型性质比较,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。,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Brnsted、Lewis、Franklin酸的酸性，且酸强度可调。,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。,图9-9过程强化结构,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