四氢呋喃生产废水

四氢呋喃生产废水（共4篇）

四氢呋喃生产废水 篇1

某公司采用1.4-丁二醇为原料、酸性催化脱水制四氢呋喃共沸精馏中排放酸性高浓度有机釜液,排放量为2m3/h 。据公司提供资料,废水中主要的有机组份为未反应的1.4-丁二醇残留四氢呋喃及付反应生成的γ-丁内酯 。废水呈强酸性(pH=3.3),CODcr 约3000~6000mg/L,需处理后CODcr达500mg/L以下方能排入工业区综合污水厂进一步处理。

该废水中1.4-丁二醇,γ-丁内酯水解生成丁酸,均属于生物可降解物,而四氢呋喃对微生物有较大的毒性,极限值为580mg /L四氢呋喃为单环杂环化学物,属于难生物降解性质,可生化性差。

本工程CODcr为3000mg/L左右,对微生物有毒的四氢呋喃浓度相对较低,SBR也经厌氧—兼氧—好氧反应历程,可直接采用SBR处理工艺处理。

该工程采用了调节兼中和+SBR处理工艺。通过调试和运行,废水处理系统运行稳定,废水经过处理后,出水指标达到了国家三级排放标准,直接进入开发区污水处理厂。

1 废水水质与水量

废水水质见表1。经处理后废水达到GB-8978-1996《污水综合排放标准》三级标准,排入开发区污水处理厂。处理水量为:50吨/天。

2 废水处理工艺流程

根据进水浓度CODcr为3000mg/L,其废水处理工艺流程见图1。

3 主要处理构筑物及设计参数

3.1 调节池[3]

调节池共二格,每格尺寸4×3×2.8m,有效水深2.5m,有效容积25m3 。两格轮流使用。池内设曝气管,同时投加NaOH调整pH 7~7.5后使用;选用进口风机一台合用,型号为RT-040,风量Q=0.47m3/min,风压P=39.2kPa,功率N=0.75kW;进口曝气管选用管式微孔曝气管8根,二格共16根;泵:选用50ZW15-30,Q=18m3/h,H=28m,N=3kW,二台一用一备。

3.2 SBR反应器[2,3]

SBR反应器为二套,每套尺寸Φ3×5.5m,有效水深5m,有效容积35m3。其中污泥区占50%,反应周期16h(进水1h,曝气12h,沉淀2h,排水1h),采用程序控制。反应器内设进口曝气管,每套设5根,二套共10根,选用进口风机三台,二用一备,型号为RT-065,风量Q=2.84m3/min,风压P=58.8kPa,功率N=5.5kW,池内最高液位设液位计。

3.3 污泥池

污泥池(兼浓缩池),共二格,每格尺寸2×1×2.8m,有效水深2.5m,有效容积3.5m3,选用一台污泥泵,型号为WQX7-15-1.1,流量Q=7m3/h,扬程H=15m,功率N=1.1kW。

3.4 污泥脱水系统

污泥脱水系统包括,污泥反应罐一个,有效容积0.95m3,内设搅拌机一套;泥浆泵2台(一用一备),流量Q=0.5m3/h,压力P=6kg/min,功率N=1.1kW;板框压滤机一台,处理能力为6m3/h,工作时间一班。

3.5 加药设备

用于污泥反应槽,絮凝剂投加量为3‰,每天投加约100g,稀释至1‰,溶解槽尺寸Φ1×1.5m,有效水深1.2m,有效容积0.95m3。NaOH加药装置1套,附搅拌机。

4 工艺调试运行[1]

四氢呋喃废水是酸性废水,工程中把调节池和中和池设计为一体,选用NaOH为中和剂,pH控制在7.5~8.0。废水经中和处理后,通过泵提升进入SBR反应器中,SBR池中加入N,P营养物质,控制生化反应所需要的氧量。

从开发区污水处理厂运来500kg脱水干污泥,引入大部分河水加少量的生产废水,进行闷曝48小时,然后逐渐增加生产废水减少河水的量,直到运行稳定。运行稳定后,采用程序控制反应,运行周期为16h(进水1h,曝气12h,沉淀2h,排水1h)。经过1个月的调试运行,SBR出水COD均在157.8mg/L左右。达到了国家三级排放标准。

废水工艺从5月6号开始,6月8日满负荷运行,连续监测处理工艺的处理效率。处理效果稳定,废水出水水质达标。稳定运行阶段废水CODcr处理效果见表2。

5 建设投资和运行费用

该工程共投资78万元,其中土建费用25万元,电气、设备、安装调试费用53万元。总的运行费用1.50元/t。其中药剂费用0.60元/t,电费0.8元/t,人工费用0.10元/t。

6 结 论

实践证明,SBR污水处理法的理想的推流过程使生化反应推动力增大,效率提高,池内厌氧、好氧处于交替状态,净化效果好;运行效果稳定,污水在理想的静止状态下沉淀,需要时间短、效率高,出水水质好;耐冲击负荷,池内有滞留的处理水,对污水有稀释、缓冲作用,有效抵抗水量和有机污物的冲击;工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整,运行灵活;处理设备少,构造简单,便于操作和维护管理;处理池内存在DO、BOD5浓度梯度,可有效控制活性污泥膨胀;SBR法系统本身也适合于组合式构造方法,利于废水处理站的扩建和改造;脱氮除磷,适当控制运行方式,实现好氧、缺氧、厌氧状态交替,具有良好的脱氮除磷效果;工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应池,无二沉池、污泥回流系统,初沉池也可省略,布置紧凑、占地面积省。在SBR系统中设置可编程控制器PLC,通过预先编制好的控制程序,使系统实现全自动。经该工艺处理后,处理水质达到了污水排放标准。

参考文献

[1]刘晓东,倪宁,李健生,王连军.混凝沉淀-活性炭生物池工艺处理聚苯乙烯废水[J].环境工程,2006,16:27-29.

[2]唐受印,戴友芝,等编.水处理工程师手册.北京:化学工业出版社,2001:236-262.

[3]北京市环境保护科学研究院等.三废处理工程技术手册(废水卷)[M].北京:化学工业出版社,2000:448-449,530-539.

四氢呋喃生产废水 篇2

1 材料和方法

1. 1 仪器和试验材料

Agilent6820 气相色谱仪 ( FID检测器) 和Agi-lent DB-FFAP聚乙二醇毛细管柱 ( 30 m × 0. 25 mm ×0. 25 μm) : 美国安捷伦公司; 粉末活性炭 ( 粒径小于80 目) ; 糠醛 ( 分析纯, 密度1. 159 8 g·m L－ 1) , 呋喃 ( 化学纯, 密度0. 936 g·m L－ 1) , 四氢呋喃 ( 化学纯, 密度0. 8892 g·m L－ 1) 。

1. 2 分析方法

氮气作为载气, 流速为1. 04 m L·min－ 1, 辅助气 ( 氮气) : 23. 92 m L·min－ 1; 氢火焰离子化检测器 ( FID) 中的空气: 260 m L·min－ 1, 氢气: 26. 08 m L·min－ 1。分流进样 ( 分流比50∶ 1) , 气化室200 ℃; 柱温: 初始温度140 ℃ ( 2 min) , 升温速率 ( 40 ℃·min－ 1) , 至180 ℃ ( 3 min) , 总分析时间为6 min; 检测器200 ℃。

1. 3 标准曲线

分别取糠醛1. 72 m L、呋喃1. 07 m L和四氢呋喃1. 32 m L于1 个100 m L容量瓶中, 加水稀释至刻度, 得到母液的浓度分别为20. 0 mg·L－ 1、10. 0 mg·L－ 1和20. 0 mg·L－ 1; 再次稀释, 得到0. 100、0. 200、0. 400、0. 600、1. 00、1. 40、2. 00 mg·L－ 1的标准溶液。气相色谱 ( GC) 分析, 得到标准曲线, 相关数据见表1。

1. 4 聚四氢呋喃废水的吸附试验

准确量取聚四氢呋喃废水50 m L置于150 m L烧杯中, 投入活性炭3. 00 g, 电磁搅拌 ( 400 r·min－ 1) , 室温 ( 20 ℃) 下进行吸附研究, 按不同的时间点取样分析。水样经0. 45 μm滤膜过滤, 供气相色谱分析用。

吸附过程中, t时间点活性炭对某有机物的吸附量 ( qt) , 以及吸附平衡时的吸附量 ( qe) , 按式 ( 1) 和式 ( 2) 计算, 废水中有机物的去除率按式 ( 1) 计算。

式中: c0为有机物的初始质量浓度, ce为有机物的吸附平衡质量浓度, ct为t时刻所测得有机物的质量浓度; V为溶液的体积, m为活性炭的质量。

1. 5 吸附动力学模型

为了研究吸附过程, 试验采用准一级动力学模型和准二级动力学模型[方程式分别为式 ( 4) 和式5) ]拟合数据。

式中, k1和k2分别为准一级和准二级动力学方程的反应速率常数。

2 结果与讨论

活性炭吸附法处理聚四氢呋喃废水, 根据活性炭对废水中糠醛、呋喃和四氢呋喃的吸附数据, 分别以废水中三种主要污染成分的浓度和去除率[见式 ( 1) ]对时间作图 ( 见图2 ~ 图4) 。

2. 1 气相色谱条件的优化

由于呋喃和四氢呋喃具有结构相似的特点, 且沸点相差也不大 ( 四氢呋喃的沸点为65. 4 ℃, 呋喃为31. 3 ℃) , 因此在气相色谱分离过程中, 保留时间接近, 是一对难分离的物质, 而糠醛的沸点为161. 7 ℃ , 且结构上比呋喃增加一个醛基, 因此分离不是问题。为了使呋喃和四氢呋喃的分离度 ( R) 达到1. 5 以上, 且糠醛具有较小的保留时间和较高的柱效, 采取了程序升温的方式, 达到了预期目的 ( 见表1) 。

2. 2 吸附性能分析

活性炭吸附废水的过程中, 糠醛的吸附速率最快的阶段在0 ~ 2 min, 接下来达到拐点, 此后去除率缓慢上升。说明吸附和解吸基本达到平衡, 继续增加吸附时间也不会使吸附效率有大的突破。根据图1 中糠醛的结构, 可见其分子尺寸不是很大, 基团丰富, 五元环、双键和醛基的存在, 增加了糠醛与活性炭发生吸附的机会, 因此活性炭对糠醛表现出较好的吸附效果。

呋喃的沸点低 ( 仅为31. 3 ℃) , 且从结构上 ( 见图1) 也可以发现其水溶性不好, 无法和四氢呋喃相比 ( 四氢呋喃与水以任意比例互溶) , 且易挥发。因此, 呋喃的去除主要贡献是活性炭的吸附, 但也有少量是从水中挥发到空气中, 且搅拌速度越快, 越有利于其挥发, 以至于在吸附40 min时达到了全部去除 ( 见图3) 。

由于四氢呋喃的水溶性很好, 分离水和四氢呋喃一直是个难题, 加热时二者可以形成共沸体系。而从活性炭对四氢呋喃的去除率看, 也可以发现去除率低于糠醛和呋喃, 不过从绝对值看, 已经得到了很好地去除 ( 见图4) 。对于我们研究的废水体系, 吸附25 min即可达到吸附平衡, 且去除率接近90% 。按糠醛法生产聚四氢呋喃的生产过程分析, 废水中除了四氢呋喃, 还含有少量的四氢呋喃二聚体、三聚体等, 这些分子同样具有较好的水溶性, 这些副产品与四氢呋喃一样, 会给废水有机物的去除增加难度。

2. 3 聚四氢呋喃废水吸附动力学分析

将废水中糠醛、呋喃和四氢呋喃的吸附数据代入式 ( 2) ~ 式 ( 5) 进行计算, 可以建立准一级动力学模型和准二级动力学模型, 根据表2 的数据可以确定糠醛、呋喃和四氢呋喃的活性炭吸附过程符合准二级动力学模型, 不符合准一级动力学模型, 这说明吸附过程的影响因素是复杂的, 不是只受单一因素的影响。

3 结论

通过气相色谱法研究活性炭对聚四氢呋喃废水的吸附过程, 发现四氢呋喃吸附效果不如糠醛和呋喃, 三种主要污染成分的吸附动力学均符合准二级动力学模型。综合分析废水中三种主要污染成分的活性炭吸附过程和效果, 认为废水经处理后有机物的残留主要受到四氢呋喃和其多聚体的影响。对吸附数据进行分析, 三种污染物的活性炭吸附过程均符合准二级动力学模型, 说明吸附过程的影响因素是复杂的。研究结果为其他含有糠醛、呋喃和四氢呋喃, 及含有类似结构有机物的有机废水的处理提供了理论依据。

参考文献

[1] 汪家铭.聚四氢呋喃生产现状及市场分析.合成技术及应用, 2007;22 (2) :35—38

[2] 段海霞, 刘炯天.糠醛废水处理工程实践.工业水处理, 2009;29 (10) :68—70

[3] Lopez-Ramon M V, Fontecha-CamaraM A, Alvarez-Merino M A, et al.Removal of diuron and amitrole from water under static and dynamic conditions using activated carbons in form of fibers, cloth, and grains.Water Res., 2007; (41) :2865—2870

[4] 马峥, 张振良.活性炭水中有机物去除的研究.环境保护, 1999; (5) :41—44

[5] Ji X N, Ai S S, Zuo Y, et al.Study on the adsorption effect of active carbon of vatious compozitions in polytetrahydrofuran waste water.Advanced Materials Research, 2013;663 (2013) :894—898

[6] 赵明军.活性炭预吸附-气相色谱法快速测定空气中的四氢呋喃.科学技术与工程, 2009;9 (11) :3039—3041

[7] 胡栩豪, 高乃云, 归谈纯, 等.多壁碳纳米管对水中敌草隆的吸附性能研究.水处理技术, 2012;38 (11) :25—29

聚四氢呋喃的生产工艺的研究 篇3

一、聚四氢呋喃的概况

聚四氢呋喃 (polytetramethy lene ether glycol, PTMEG) , 学名聚四亚甲基醚二醇, 又叫做四氢呋喃均聚醚, 它是由四氢呋喃经阳离子引发开环再聚合而制得。PTMEG的链体组成主要是醚链和碳链, 因其中没有酯键, 所以它具有较好的耐水解能力, 同样, 由于其中不含不饱和键, 所以它的力学性能、耐老化性能等方面较好, 且具有良好的柔顺性[1]。

PTMEG无色可燃, 工业化生产的PTMG通常采用干氮密封的罐子进行包装, 并且储罐最好能够带保温和加热盘管, 而且储存过程中往往要远离热源、火种等因素。对于PTMEG的运输, 一般情况是是要按照易燃有毒物品的规格要求进行储运。

二.美国Du Pont公司的旧工艺和新工艺

1. 旧工艺

上个世纪九十年代以前, 美国Du Pont公司的PTMEG生产主要是依据如下的化学反应式:n C4H8O+HSO3F+2H2O→HO[C4H8O]n H+H2SO4+HF

采用该生产工艺, PTMEG的生产转化率大约60℅, 聚合时间相对较长, 一般4小时左右, 这一生产工艺中催化剂的质量分数约占6℅。采用这种工艺生产PTMEG时, 首先将四氢呋喃连同催化剂一起加入到第一个聚合反应器当中, 通过搅拌的方式使其慢慢进行聚合, 过程中, 冷却盘管用于转移出反应热, 反应的剩余物料可以通过泵移置第二个反应器中。反应结束之后, 保持流出物在90℃左右的温度下然后进行水解, 使未加入反应的四氢呋喃从中脱离, 将其干燥、净化以后便可以循环用作原料。得到的粗品PTMEG的含水率一般在20℅以下, 酸碱性较为中和, 保持80℃左右的温度, 大约每10份PTMEG粗产品中加入一份Ca (OH) 2溶液, 中和反应之后, 过滤粗品, 再通过两段蒸发进行脱水, 两段的条件分别为压力0.05-0.1MPa和2666Pa、140℃。将中和液中的钙盐过滤除去之后, 溶液变成包含H2SO4、HF等化合物的废水, 对于废水的处理, 一般是向其中加入石灰水, 脱出其中的不溶性盐。经过这一系列的步骤之后, 用活性炭将PTMEG脱色, 再在110℃左右的温度条件下通过过滤的方式出去其中残留的盐类以及使用过的活性炭[2]。

通过该种工艺生产1t的PTMEG所需要消耗的各产品质量如下:1.0769t的四氢呋喃, 0.2977t的HSO3F, 0.2977t的碱, 172k Wh的电, 5.44t的蒸汽, 所需的冷却水和工艺水分别202t和4.3t。另外, 因这种工艺生产过程中涉及到很大一部分的金属材料, 因而在许多环节中还必须考虑到酸的腐蚀情况, 必要的情况下, 还需以高强复合材料等进行代替使用[3]。

2. 新工艺

上个世纪九十年代初, 美国Du Pont公司经过一系列的探索, 成功开发出了一种全新的PTMEG生产工艺, 该工艺的生产原料主要有四氢呋喃和二醋酸酯等, 随着新工艺的日渐成熟, 较传统工艺而言, 它在生产成本上比原来减少了五分之一, 随之, 投资的成本也大大降低。下面, 我们分三个步骤对Du Pont的新工艺生产过程进行介绍:

第一步, 在催化剂的催化作用下, 四氢呋喃与醋酸酐经聚合反应生成PTMEG二醋酸酯, 过程中借助固定床反应器, 反应结束以后, 对于未参加反应的四氢呋喃, 保持54℃左右的温度条件, 对四氢呋喃进行干燥脱水, 这一步骤中所涉及到的化学反应式为:

n C4H8O+Ac OAc→Ac O (C4H8O) n Ac (其中, 四氢呋喃的转化率约为50℅)

第二步, 对上一步骤中生成的聚合物PTMEG二醋酸酯进行醇解反应, 反应结束后分解成PTMEG, 同时伴随着甲醇和醋酸甲酯等副产物生成。对于副产物的处理, 一般是先采用共沸蒸馏法进行处理, 其中往往还要加入甲氧基木糖醇钠作为催化剂, 为除去其中过量的甲醇, 可采取真空闪蒸法蒸除, 再加入适量的硫酸镁水溶液除去残余的催化剂[4]。而对于另一副产品醋酸甲酯, 想要直接通过蒸馏的方法将其从甲醇中蒸发出是相当困难的, 因而, 我们一般是通过下面的反应式转化甲醇:

Ac O (C4H8O) n Ac+Me OHF→HO (C4H8O) n H+Me OAc

该反应的发生条件:117k Pa的反应压力, 104℃的反应温度, 反应约2个小时, 加入约0.1℅甲氧基木糖醇钠作为催化剂。

第三步, 对于已经生成的粗产品PTMEG还要做进一步的加工, 即脱出其中的低分子量齐聚物, 而对于脱除完的齐聚物, 将其水解以后便能得到四氢呋喃, 再作为系统原料。当然, 这一反应需要5Pa的真空度以及304℃的反应温度, 再以酸性树脂作为催化剂。采取该新工艺生产过程中, 很大部分的设备需要采用不锈钢制作, 并辅以加入特种填料, 这也是由于反应过程中的产物中大多数都会伴随着有机酸的生成, 而有机酸又有腐蚀作用[5]。

通过该工艺生产1t的PTMEG所需消耗各产品质量如下:四氢呋喃0.997 t;醋酐0.1384 t;甲醇61.3 kg;冷却水107t;工艺水0.67 t;蒸汽2.23 t;电102 k Wh。副产品有醋酸甲酯0.1446t, 粗醋酸0.042 t。

三.其它的PTMEG生产工艺

近年来, 随着技术水平的发展, 各种生产PTMEG的工艺技术层出不穷, 而下面, 我们仅根据催化剂使用的不同, 简单介绍三种类别的生产工艺, 即杂多酸工艺、氟磺酸工艺和酸酐———醇解工艺。

1.杂多酸工艺

该生产工艺主要是以杂多酸作为反应的催化剂, 通过萃取的手段, 使PTMEG与非溶体催化剂互相分离, 并使催化剂返回到反应系统。现实生产中, 这种类型最典型的代表有日本的旭化成工艺以及中科院与华锦集团合作开发的工艺, 不过这一工艺生产尚未工业化量产。总的来说, 杂多酸工艺对设备腐蚀较小, 生产流程短, 占地少, 但生产转化率较低[6]。

2.氟磺酸工艺

氟磺酸工艺是一种以氟磺酸为催化剂的工艺, 这种工艺的优点是催化剂单一且价格便宜, 工厂操作经验丰富, 技术较为成熟, 但他的缺点就是工艺流程较长, 腐蚀性较大, 生产过程中有太多的酸性废水需处理。使用这一类工艺的典型代表有PENN工艺、BASF工艺等等。

3. 酸酐———醇解工艺

这一类的工艺生产是以中性固体、强酸性树脂等作为催化剂, 这种工艺生产“三废”少, 且催化剂可循环使用, 目前的生产装置及技术水平等相对较为成熟, 但是各种具体的工艺所使用的催化剂种类各不相同, 并且原料相对较为繁杂。这一类工艺最具代表的包括英威达工艺、韩国的PTG工艺、意大利的CONSER工艺等等。

结语:

面对如此激烈的国际竞争, 我国在发展PTMEG生产的过程中更加应该长远规划, 慎重投资, 选用优势突出的生产工艺。同时, 还可以加大PTMEG下游产品的开发力度, 以提高我国PTMEG生产的装置竞争力, 争取使我国PTMEG生产水平在世界上占据一席之地。

参考文献

[1]李恒, 盛磊, 束成平, 鲜毅, 牛永亮.聚四氢呋喃发展概况及市场预测[J].聚氨酯工业.2011 (01)

[2]周夫东, 储伟, 李洋, 罗仕忠.介孔二氧化硅负载磷钨杂多酸催化合成聚四氢呋喃[J].合成化学.2009 (02)

[3]崔小明.聚四氢呋喃的生产技术及国内外市场分析 (上) [J].上海化工.2006 (11)

[4]于剑昆.聚四氢呋喃的经济概况及工艺进展 (续) [J].化学推进剂与高分子材料.2006 (05)

[5]于剑昆.聚四氢呋喃的经济概况及工艺进展[J].化学推进剂与高分子材料.2006 (04)

四氢呋喃生产废水 篇4

道化学公司于1964年首次提出火灾、爆炸指数评价法 (简称“DOW法”) , 它是对化工工艺过程和生产装置的火灾、爆炸危险性进行评价并采取安全措施的一种安全评价方法。该方法以相对成熟、操作简单、实用性强的特点在国内化工行业运用越来越广泛。

1 DOW法简介

1.1 DOW法的内容

美国道化学公司开发的火灾、爆炸危险指数评价法, 是以物质系数MF (由美国消防协会确定的物质可燃性Nf和化学活泼性Nr确定, 多数可由DOW法附表查得) 为基础, 计算特定物质的一般工艺危险系数F1及特殊工艺危险系数F2, 求出火灾爆炸指数F&EI, 根据指数值分为不同等级, 按各等级要求及火灾、爆炸指数分组采取相应的安全措施。

1.2 DOW法的程序

火灾、爆炸危险指数评价程序见图1所示。

2 DOW法在四氢呋喃生产工艺安全评价中的应用

2.1 评价对象概况

某生产四氢呋喃 (THF) 的化工企业, 年产四氢呋喃10万t, 其中出售4万t, 其余6万t用于下游聚四氢呋喃的生产。由于四氢呋喃闪点很低, 加之生产过程中使用了氢气、丁烷等易燃易爆气体, 其装置火灾危险性定为甲类, 主要危险化学品的物性见表1所示。具体的生产工艺流程见图2所示。

2.2 选取工艺单元

根据DOW法评价单元划分原则, 结合四氢呋喃生产工艺流程, 涉及的主要评价单元见表2所示。

2.3 确定物质系数

对照DOW法附录:物质系数和特性表确定各评价单元所涉及危险物质的物质系数。

(1) 碳四分离塔单元。

主要物料有正丁烷和异丁烷, 其中正丁烷含量较大, 约70%, 故取正丁烷作为重要物质, 其物质系数为21。

(2) 加氢反应器单元。

主要物料为氢气和THF, 因氢气的危险性较大、燃烧热较高, 而且含量较大, 故取氢气作为重要物质, 其物质系数为21。

(3) 氧化反应器单元。

主要物料为正丁烷和马来酸酐, 因正丁烷的危险性较大、燃烧热较高, 故取正丁烷作为重要物质, 其物质系数为21。

(4) THF精馏塔单元。

主要物料为THF (含86%) , 故取THF作为重要物质, 其物质系数为16。

(5) THF储罐单元。

物料为THF, 故取THF作为重要物质, 其物质系数为16。

(6) 异丁烷储罐单元。

其中的物质为单一的异丁烷, 故取异丁烷作为重要物质, 其物质系数为21。

2.4 确定工艺单元危险系数F3

F3是由一般工艺危险系数F1和特殊工艺危险系数F2确定的, F3=F1×F2。

2.4.1 确定一般工艺危险系数F1

F1是确定事故损失大小的主要因素, 包括放热反应、吸热反应、物质处理与输送、封闭或室内单元、通道和排放与泄漏控制6项内容。基本危险系数与各项取值之和即为一般工艺危险系数F1, THF装置涉及到放热反应、通道、排放与泄漏3项内容。

(1) 放热反应。

加氢反应属于轻微放热反应, 加氢反应器单元取该系数为0.30;氧化反应属于中等放热反应, 氧化反应器单元取该系数为0.50。

(2) 通道。

各单元四周都有畅通的消防环道, 紧急情况下便于施救, 故不取系数。

(3) 排放与泄漏控制。

碳四分离塔单元、加氢反应器单元、氧化反应器单元、THF精馏塔单元所属装置周围均有围堰, 以防止泄漏液流到其他区域, 但堰内所有设备均露天放置, 故各单元的修正系数均取0.50。THF储罐单元四周有防护堤, 以防止泄漏液流到其他区域, 但堤内所有设备露天放置时, 系数均取0.50。异丁烷储罐单元具有三面以上的防护堤, 能将泄漏液引至蓄液池或封闭的地沟, 系数取0.25。

各单元的一般工艺危险系数F1见表3所示。

2.4.2 确定特殊工艺危险系数F2

F2是影响事故发生频率的主要因素, 特定的工艺条件是导致火灾、爆炸事故的主要原因, 它包括12项内容, 与本评价有关的子项有6个, 分别是毒性物质、燃烧范围或其附近的操作、压力释放、易燃物料的量系数、腐蚀、连接头和填料处的泄漏, 取值见表4所示。

表4中, (1) 毒性物质的危险系数为0.2Nh, Nh是美国消防协会定义的物质毒性系数, 对于混合物取其中最高的Nh值。 (2) 燃烧范围或其附近的操作。某些操作导致空气进入系统, 会形成易燃混合物, 进而导致危险。 (3) 压力释放。操作压力高于大气压时, 高压会使泄漏速度加快, 因此需采用危险系数。高压的危险系数从DOW法“易燃、可燃液体的压力危险系数图”中查取, 实际危险系数=压力调整系数×操作压力修正系数。 (4) 易燃物料的量系数。从DOW法“工艺中的液体和气体”或“贮存中的液体”危险系数查取。 (5) 腐蚀。各单元内的设备有点腐蚀和局部腐蚀, 腐蚀速率小于0.127 mm/y, 各个单元该系数均为0.10。 (6) 连接头和填料处的泄漏。单元在泵、压缩机和法兰连接处产生正常的一般泄漏, 各单元均取系数0.30。

2.4.3 确定工艺单元危险系数F3

工艺单元危险系数F3见表5所示。

2.5 工艺单元危险分析

F&EI及危险等级对照表和火灾爆炸指数表分别见表6和表7所示。

2.6 火灾、爆炸的暴露半径及暴露区域

暴露半径表明了单元危险区域的平面分布, 它是以工艺设备的关键部位为中心, 以暴露半径为半径的圆。如果设备较大, 则以从设备表面向外量取暴露半径, 暴露区域加上评价单元的面积才是暴露区域的面积, 高度是暴露半径, 暴露体积即为围绕着工艺单元的圆柱体的体积。DOW法计算公式为:R=F&EI×0.84×0.304 8 (R为暴露半径, m) ;暴露区域面积S=πR2 (S为暴露面积, m2) 。根据表7中F&EI数值求得暴露半径R, 见表8所示。

2.7 安全措施补偿系数C

通过对照表7, 发现THF精馏塔单元、THF储罐单元和异丁烷储罐的火灾、爆炸危险等级均为“较轻”;加氢反应器单元和氧化反应器单元的火灾、爆炸危险等级均为“中等”, 在实际生产过程中还有一些预防事故的措施来保证安全生产, 实际危险等级还会更低些, 这种危险等级是能接受的, 因此对上述5个单元不再作安全措施修正。以下仅对碳四分离塔单元 (火灾、爆炸危险等级为“很大”) 进行安全措施修正。

一个化工装置或储罐除了满足基本的设计规定之外, 根据经验提出的安全措施也已证明是有效的, 其安全补偿措施可分为3类:工艺控制、物质隔离、防火措施, 相对应的修正系数分别是C1、C2、C3, 分别由若干个安全措施子项修正系数乘积所得;单元安全措施补偿系数C=C1×C2×C3。具体见表9所示。

2.8 评价结果及分析

表10为碳四分离塔单元采取安全措施前后的评价结果。

3结论

在没有采取任何安全措施情况下, THF精馏塔单元、THF储罐单元和异丁烷储罐单元的危险等级均为“较轻”, 加氢反应器单元和氧化反应器单元的危险等级为“中等”, 说明这五个单元潜在的火灾爆炸危险性在采取有效措施的情况下处于可接受的范围。而碳四分离塔单元的危险等级为“很大”, 说明该单元潜在的火灾爆炸危险性较大, 必须采取有针对性的安全防范措施, 以使其危险等级降低至人们可接受的范围。尽管采取安全措施后通过评价, 各单元的火灾、爆炸危险等级均在可接受的范围内, 但企业仍应采取必要的安全对策, 制定相关制度以保证预防事故措施的落实。

参考文献

[1]廖学品.化工过程危险性分析[M].北京:化学工业出版社, 2000.