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石化项目概念设计应用

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1健康指数法(HQI)的概念及计算方法

1.1健康指数法HQI计算步骤在大型连续性生产的化工装置中,空气中的化学物质主要来源为无组织散逸,根据散逸的化学物质浓度的数据计算出有毒有害物质的接触浓度。在设计过程中根据化工标准模块,估算有害物质的化学浓度,达到优化工艺的目的。

1.1.1无组织散逸排放估算在概念设计阶段,工艺流程图(PFD)还不是特别详尽,不知道具体的工艺管道和设备图纸,可以用基于工艺标准化模块的方法来预测无组织排放的浓度和速率。美国环境保护机构收集了各种工艺流散逸的数据,诸如蒸汽、轻组分液体和重组分液体等。设备和管道各模块无组织散逸的估算见表1。

1.1.2空气体积流量估算工艺装置区内空气体积速率的估算是根据工艺装置的尺寸和风速得到的。工艺区域面积的尺寸由预先估计的工艺模块的面积决定。工艺装置区内所有工艺模块面积加起来得出工艺区地面面积的总和,用At表示。

1.2健康指数法HQI计算方程健康指数法的危害指数是指估计的化学品浓度与暴露接触限值的比值,危害等级划分:指数值小于1,可以接受,指数值大于1,不可以接受,而且指数越大危害等级越高。2)二氯丙醇精馏为了有利于环化反应需要对二氯丙醇进行精馏并提高其浓度,去除副反应产生的双甘油及脂等高沸点有机物并分离反应生成的部分水分。为保证分离充分,精馏塔温度设定在70~160℃之间,真空压力。精馏后,水与二氯丙醇将送往冷凝器和倾析器进行液相分层。

1.3工艺模块分析根据工艺描述和流程,C081/1-2,C581/1-2为RHT’s反应釜,C082,C582为共沸塔,C022,2健康指数(HQI)技术分析及应用本文将概念设计阶段的甘油法生产环氧氯丙烷氯化单元的工艺流程作为研究对象,对无组织排放实施健康指数HQI技术推演,以达到保护环境和保护人体健康目的,也为以后研发新技术是否科学、合理提供一个强有力的指标。

2健康指数(HQI)技术分析及应用

2.1HQI技术分析

氯化单元工艺描述1)氯化反应有机酸催化剂加入甘油,含有催化剂的甘油、氯化氢分别由蒸汽加热,达到一定温度再混合均匀后加入反应釜,进行数小时的氯化反应。该一步法包括以下两个反应步骤,第一步骤为甘油与氯化氢气体在反应生成中间产物两种单氯丙二醇异构体(3-氯-1,2-丙二醇和2-氯-1,3-丙二醇)。C522为闪蒸分离器,C181/C121,C681/C621为有机分离塔/二氯丙醇分离塔,C184为水洗塔,D081/D082/D083/D084为环氧氯丙烷反应釜,D075为中和反应釜,D182为水洗塔,D283/D285为汽提塔,E181为轻组分蒸馏塔,E182为最终产品蒸馏塔,E281为中间蒸馏塔,E283为缓冲蒸馏塔,E282为重组分蒸馏塔。氯化单元的吸收(1台)、闪蒸(2台)、蒸馏(6台)、反应(2台)工艺单元。氯化单元面积:Ai=1×82+2×72+6×129+2×95=1190m2。

2.2无组织排放量估算在确定工艺单元模块的基础上,根据美国环境保护机构EPA,1988,Protocolsforgeneratingunit-specificemissionestimatesforequipmentleaksofVOCandVHAP,publicationnumberEPA-450/3-88-070,NorthCarolina,参考其工艺单元模块无组织排放估算数据,无组织排放平均散逸系数见表2,经计算单个工艺单元模块无组织排放量(m)见表3。

2.3氯化单元无组织排放量计算根据工艺描述和流程,氯化单元工艺模块的无组织散逸量计算如下。F1:总物料0.044HL,HCl(L,20%)占43.9%为0.0193,GLC(HL)占56.1%为0.0247;F2:总物料HCl0.11G,占100%;O2/3:总物料0.156HL,其中HCl占40.9%为0.0638,DCPol占59.1%为0.0922;O3/4:-2)共沸塔C082和C582(单位kg/h):F1:总物料0.036LL,HCl(L,20%)占89.52%为0.03222,GLC(HL)占7.48%为0.00269;F2:-;O2/3:总物料0.025V,其中HCl占87.8%为0.02195,DCPol占7.6%为0.0019,H2占4.6%为0.00115;O3/4:总物料为0.217LL,其中HCl占93%为0.20181,DCPol占7%为0.01519。3)闪蒸分离器C022和C522(单位kg/h):F1:总物料0.046HL,HCl(L,20%)占40.9%为0.0188,DCPol(HL)占59.1%为0.0272;F2:-;O2/3:总物料0.021V,其中HCl占92.9%为0.0195,DCPol占7.1%为0.0015;O3/4:总物料0.165HL,其中HC(L,20%)l占7.88%为0.013,DCPol占92.12%为0.152。4)有机分离塔/二氯丙醇分离塔C181/121和C681/C621(单位为kg/h):F1:总物料0.021HL,HCl(L,20%)占7.88%为0.0017,DCPol(HL)占92.12%为0.0193;F2:-;O2/3:总物料0.025G,其中HCl占61%为0.01525,DCPol占39%为0.00975;O3/4:总物料0.137HL,其中HC(L,20%)l占68.9%为0.0944,DCPol占31.1%为0.0426。5)水洗塔C184(单位为kg/h):F1:总物料0.024G,HCl(G)占100%为0.024;F2:HCl(L,20%)占68.9%为0.043,DGLC(HL)占31.1%为0.020;O2/3:总物料0.109G,其中HCl占100%为0.109;O3/4:总物料0.134HL,其中HClL,20%)占68.9%为0.0923,DGLC(HL)占31.1%为0.0417。

2.4甘油法无组织排放总量计算综述根据上述计算,甘油法工艺路线氯化单元的排放的有害物质有二氯丙醇、氯化氢气体、盐酸等,排放总量详见表4。2.5空气体积流量估算工艺装置区内空气体积流量的估算是根据工艺装置的尺寸和风速得到的。工艺区域面积的尺寸由公式1可得。2.6有害物浓度估算根据表4,表5,由公式5可得氯化单元装置区下风向边缘平均有害物浓度,用C表示。详见表6。2.7健康指数估算[7-10]健康指数来源于危害指数,它是指化学品浓度与暴露接触限值的比值,用HQIi表示。

3分析

3.1工艺模块分析甘油法工艺单元由氯化单元、环化单元和精馏单元组成,由于篇幅原因本文只介绍了氯化单元情况,氯化单元有吸收、闪蒸、蒸馏、反应工艺模块,总面积为1190m2。

3.2无组织排放总量计算及物料毒害性分析甘油法工艺路线氯化单元排放的有害物质有二氯丙醇、氯化氢气体等,总排放速率:甘油13.72mg/s,双甘油35.25mg/s,二氯丙醇178.74mg/s,氯化氢气体42.5mg/s;从无组织排放总量计算和物料毒害性分析看,甘油法的氯化单元工艺流程较为合理,但还需适当改进。

3.3健康指数估算分析由计算可知,甘油法氯化单元工艺路线健康指数为0.0865,小于1,但可以适当改进,优化工艺。

4结论

健康指数HQI的估算是基于无组织排放的估算,它是以美国环境保护机构EPA颁布的有关工艺模块标准为基础,结合工艺描述和物料平衡计算得到的。它的定量分析结果有助于设计研究人员优化工艺路线,用无毒无害的物料替代有毒有害的物料,或从密封材料上加以考虑。从环境保护和职业卫生保护人员健康的角度来讲,在概念设计阶段运用健康指数法显得尤为重要,不仅可以准确估算无组织排放的排放量,及时改进工艺路线,而且可以指导企业重点防范。本论文的主要目的是通过实际案例的推演,使有毒有害排放物在工程设计阶段的源头就得到控制,真正实现本质安全。

作者:罗家裕 单位:德希尼布天辰化学工程有限公司

石化项目概念设计应用责任编辑:杨雪    阅读:人次