馮 偉

中國(guó)石油化工股份有限公司北京燕山分公司 北京 100000

1 引言

中國(guó)石化燕山石化公司地處北京市房山區(qū),是我國(guó)建廠最早、規(guī)模最大的現(xiàn)代石油化工聯(lián)合企業(yè)之一。聚丙烯樹(shù)脂是公司主打產(chǎn)品,合成樹(shù)脂廠共有三套聚丙烯裝置,其中第一聚丙烯裝置與第三聚丙烯裝置采用INNOVENE工藝,第二聚丙烯裝置采用三井油化的HYPOL工藝。三套裝置最早建于1994年,距今已有27年的歷史,存在部分設(shè)計(jì)不符合當(dāng)今環(huán)保規(guī)范的情況,對(duì)環(huán)境造成了一定的影響。在我國(guó)“碳中和碳達(dá)峰”環(huán)保背景下,如何實(shí)現(xiàn)聚丙烯清潔化生產(chǎn)已經(jīng)迫在眉睫。本文對(duì)三套聚丙烯裝置的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行研究,對(duì)裝置可燃?xì)鈮嚎s機(jī)組及火炬系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣、擠壓造粒系統(tǒng)產(chǎn)生的顆粒廢水、添加劑系統(tǒng)產(chǎn)生的廢粉以及生產(chǎn)過(guò)程中的廢包裝物進(jìn)行分析,提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施,為聚丙烯裝置的清潔化生產(chǎn)提供參考。

2 裝置廢氣治理

2.1 裝置可燃?xì)鈮嚎s機(jī)組產(chǎn)生的廢氣治理

2.1.1 裝置可燃?xì)鈮嚎s機(jī)組產(chǎn)生的廢氣

裝置中的往復(fù)式壓縮機(jī)是容積式壓縮機(jī)的一種[1],用于給丙烯、乙烯等工藝氣體增壓,主要由氣缸、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、活塞組件、密封填料、氣閥及機(jī)身組成。其中,密封填料的主要作用是密封氣缸內(nèi)座與活塞桿之間的間隙,阻止氣體沿活塞桿徑向向外泄露。當(dāng)壓縮機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后,由于活塞桿和密封填料之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng),氣缸中具有一定壓力的氣體必然會(huì)從密封填料中泄露出去,引起密封填料密封效果變差或者活塞桿磨損等問(wèn)題,部分工藝氣體會(huì)通過(guò)壓縮機(jī)組密封填料泄露引至高處向大氣排放,不僅會(huì)造成安全隱患,而且也造成了環(huán)境污染。

2.1.2 采取的主要措施

針對(duì)壓縮機(jī)組部分工藝氣體通過(guò)密封填料泄露的問(wèn)題,通過(guò)技術(shù)改造將漏氣經(jīng)由回收管引回至壓縮機(jī)入口緩沖罐。部分無(wú)法完全回收的泄露氣會(huì)通過(guò)填料2后繼續(xù)泄露,將該部分泄露氣通過(guò)管線引入火炬管網(wǎng),通過(guò)兩步回收將泄露氣實(shí)現(xiàn)密閉排放,避免造成環(huán)境污染。

2.2 火炬系統(tǒng)中的非甲烷烴及氮?dú)獾幕厥绽?/h3>

2.2.1 火炬系統(tǒng)概況

火炬系統(tǒng)在石油化工行業(yè)中比較常見(jiàn)[2,3],石油化工裝置在正常生產(chǎn)和事故狀態(tài)下均不可避免的要排放一定量的易燃易爆氣體,為了防止火災(zāi)及爆炸事故的發(fā)生,這些可燃?xì)庑枰?jīng)過(guò)管網(wǎng)匯集后送至界外的火炬處進(jìn)行燃燒處理。目前企業(yè)使用的火炬管網(wǎng)共接有3套連續(xù)法聚丙烯裝置,2套苯酚丙酮裝置、1套己烷裝置。聚丙烯尾氣的主要組成是非甲烷烴和氮?dú)?以往有兩種處理方式,一部分經(jīng)壓縮機(jī)增壓后送往鍋爐作燃料使用,另一部分則輸送至火炬進(jìn)行焚燒。由于聚丙烯尾氣的成分主要是氮?dú)?輕烴組分濃度較低,作為燃料使用熱值也較低,這導(dǎo)致其放火炬焚燒時(shí),燃燒不充分,燃燒后伴有黑色尾煙,造成空氣污染。

2.2.2 可燃?xì)饣厥沾胧?/p>

本裝置利用變壓吸附原理,將三套聚丙烯裝置產(chǎn)生的尾氣在常壓下經(jīng)過(guò)吸附罐吸附分離,將丙烯氣和氮?dú)夥蛛x后回收利用,

變壓吸附分離是氣體分離的一種常用方法[4,5],其基本原理是利用吸附劑與氣體混合物中不同化合物之間存在分子間力的差異,將穿過(guò)吸附塔的混合氣體中吸附力較強(qiáng)的化合物吸附下來(lái),吸附力較弱的化合物則不被吸附而透過(guò)吸附劑塔層。

原料火炬氣進(jìn)入裝置后,分5路進(jìn)入5座同時(shí)處于吸附狀態(tài)的吸附塔(如圖1所示),在穿過(guò)吸附塔過(guò)程中,進(jìn)料氣中的有機(jī)物被吸附劑吸附下來(lái)。然后用螺桿泵對(duì)吸附塔進(jìn)行抽真空,隨著抽真空壓力的降低,吸附在吸附劑上的丙烯、己烷等有機(jī)物逐漸開(kāi)始被脫附下來(lái),螺桿泵出口排出的丙烯氣等脫附氣經(jīng)冷卻后進(jìn)入壓縮機(jī)入口緩沖罐。經(jīng)C410壓縮機(jī)升壓后送入裂解裝置進(jìn)行回收利用。

圖1 尾氣回收系統(tǒng)工藝流程圖

不易被吸附的惰性氣體(氮?dú)夂蜌錃?則穿過(guò)吸附劑塔層,從吸附塔出口側(cè)排出。經(jīng)過(guò)分析后,發(fā)現(xiàn)混合氣體中氮?dú)饧兌冗_(dá)到95%,考慮到聚丙烯裝置中汽蒸干燥單元對(duì)氮?dú)鉂舛纫筝^低,因此新增C210壓縮機(jī)對(duì)該部分氣體升壓重新引入聚丙烯裝置氣蒸干燥單元循環(huán)利用,在節(jié)能降耗的同時(shí)減少了廢氣等的產(chǎn)生。

3 擠壓造粒系統(tǒng)的廢水治理

3.1 擠壓造粒系統(tǒng)流程

樹(shù)脂粉料、添加劑經(jīng)由擠壓機(jī)料斗進(jìn)入至雙螺桿擠壓造粒機(jī)中,被混煉、熔融后進(jìn)入齒輪泵進(jìn)一步增壓。隨后,熔融態(tài)的樹(shù)脂經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入水下造粒機(jī),被切刀切成聚丙烯粒料。聚丙烯粒料被顆粒水冷卻并和其一起進(jìn)入塊料分離器和旋轉(zhuǎn)干燥器。在此過(guò)程中,顆粒水返回至顆粒水箱D502中,經(jīng)過(guò)干燥的聚丙烯粒料則進(jìn)入顆粒振動(dòng)篩中進(jìn)行篩選,合格產(chǎn)品被輸送至產(chǎn)品緩沖料斗中,而不合格產(chǎn)品則被輸送至地面料斗。顆粒水系統(tǒng)由顆粒水箱D502、顆粒水泵P502和顆粒水冷卻器E504組成。

在熔融狀態(tài)的聚丙烯樹(shù)脂被水下切粒機(jī)切成顆粒的過(guò)程中,由于模板磨損、切刀與模板配合等一系列原因,會(huì)有大量的聚丙烯粉末產(chǎn)生。這些粉末與顆粒水一起進(jìn)入到顆粒水箱進(jìn)行物理沉降,聚丙烯細(xì)粉通過(guò)顆粒水溢流槽與溢流而出的顆粒水進(jìn)入到廢水池。

3.2 改進(jìn)方案

建議在溢流管出口增加過(guò)濾板,過(guò)濾后的細(xì)粉定期收集,過(guò)濾后的顆粒水進(jìn)入下面的收集槽。此外,從顆粒水泵P502鋪設(shè)一條返回顆粒水箱D502的管線,在該管線處安裝射流泵,利用射流泵產(chǎn)生的低壓將收集槽中的顆粒水重新輸送至D502水箱(如圖2所示)。該方案的實(shí)施可以實(shí)現(xiàn)顆粒水的循環(huán)再利用,從而有效降低擠壓造粒系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水排放。

圖2 擠壓造粒系統(tǒng)改造示意圖

4 裝置固體廢棄物治理

4.1 添加劑系統(tǒng)廢粉的回收

4.1.1 添加劑系統(tǒng)流程

在聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程中,需要用到抗氧化劑以及除酸劑等添加劑[6,7],一般會(huì)根據(jù)實(shí)際需要以一定添加比例從助劑配制罐加入,隨后進(jìn)入攪拌罐TK502與所需要的聚丙烯粉料按照一定比例進(jìn)行攪拌混合,攪拌均勻的粉末通過(guò)失重稱Z504進(jìn)入擠壓機(jī)料斗。

人工向助劑配制罐Z509加添加劑時(shí),添加劑粉末會(huì)被氮?dú)鈷稁?使得整個(gè)加劑操作間彌漫大量粉塵,不僅會(huì)危害操作人員的身體健康,同時(shí)也容易造成粉塵爆炸。此外,在添加劑向擠壓機(jī)料斗加料和聚丙烯粉料向擠壓機(jī)料斗加注的過(guò)程中,部分超細(xì)粉會(huì)被氮?dú)鈷稁нM(jìn)入M508粉塵收集罐,該部分超細(xì)粉作為危廢進(jìn)行處理,氮?dú)鈩t經(jīng)過(guò)M508過(guò)濾后排放至大氣,以保證聚丙烯粉料和助劑下料過(guò)程中的壓力平衡,防止粉料架橋。

4.1.2 解決措施

針對(duì)在Z509配劑過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵,可以在Z509頂部增加抽塵風(fēng)機(jī),同時(shí)在抽塵風(fēng)機(jī)入口安裝過(guò)濾器,這樣保證能完全除去配制間的粉塵,同時(shí)過(guò)濾器除去的添加劑粉塵可以繼續(xù)加入到Z509配制罐循環(huán)利用,減少了危廢的產(chǎn)生。

針對(duì)部分被氮?dú)鈷稁нM(jìn)入M508的超細(xì)粉,由于M508為碳鋼材料,可能會(huì)污染該部分粉料,使得粉料無(wú)法回收利用。因此,將M508制作材料升級(jí)為不銹鋼,并在M508底部新增螺旋輸送器J534,從而將超細(xì)粉重新輸送至擠壓機(jī)料斗以達(dá)到循環(huán)利用的目的,氮?dú)鈩t可以通過(guò)M508袋濾器后排放至大氣。

4.2 廢包裝物的回收利用

4.2.1 廢包裝物現(xiàn)狀

聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程中需要配置三種催化劑,其中主催化劑是以氯化鎂為載體的鈦系固體催化劑[8],以粉末狀形態(tài)存在,通過(guò)內(nèi)襯桶送入裝置,該催化劑桶為一次性使用。助催化劑是三乙基鋁,遇空氣會(huì)進(jìn)行燃燒,遇火則會(huì)發(fā)生爆炸[9],采用特質(zhì)的鋼瓶送入裝置。第三組份是硅烷[10],主要作用是改善催化劑體系的定向能力,提高產(chǎn)品的等歸度,以液態(tài)形式存在,通過(guò)硅烷桶送入裝置,由于硅烷為難揮發(fā)液體,在硅烷桶內(nèi)壁不可避免形成殘留物,最終只能以危廢品的形式交給有資質(zhì)的廠家進(jìn)一步處理。

4.2.2 建議改進(jìn)方案

硅烷為液態(tài)物質(zhì),參考烷基鋁加入形式,更換硅烷桶為帶內(nèi)插管與加壓口的鋼瓶。在使用過(guò)程中,利用氮?dú)鈱?duì)硅烷加壓,使其通過(guò)內(nèi)插管加入配制罐D(zhuǎn)105。鋼制硅烷瓶具有灌裝方便、不易損壞、容積大等優(yōu)點(diǎn),可以由生產(chǎn)廠家運(yùn)回重復(fù)利用,減少了危廢的產(chǎn)生。

5 結(jié)論

(1)針對(duì)裝置可燃?xì)鈮嚎s機(jī)組產(chǎn)生的廢氣,采用兩步法進(jìn)行回收利用,減少了可燃?xì)庀颥F(xiàn)場(chǎng)的直接排放,杜絕了環(huán)境污染。利用變壓吸附原理,將三套聚丙烯裝置產(chǎn)生的尾氣在常壓下經(jīng)過(guò)吸附罐吸附分離,將丙烯氣和氮?dú)夥蛛x后回收利用。

(2)針對(duì)擠壓造粒系統(tǒng)產(chǎn)生的顆粒水,通過(guò)改進(jìn)聚丙烯粉末的收集方式以及顆粒水的回收途徑,實(shí)現(xiàn)顆粒水的循環(huán)再利用,最大程度回收該系統(tǒng)所產(chǎn)生的廢水。

(3)針對(duì)添加劑系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵,通過(guò)安裝抽塵風(fēng)機(jī)及過(guò)濾器等手段,減少添加劑配制間的粉塵。此外,通過(guò)改進(jìn)粉塵的回收途徑,使得下料過(guò)程中挾帶的超細(xì)粉重新進(jìn)入擠壓機(jī)回收利用。

(4)針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄硅烷包裝物,通過(guò)更改硅烷包裝材質(zhì)及結(jié)構(gòu),使得硅烷包裝物能夠反復(fù)回收利用,減少了裝置危廢的產(chǎn)生。

通過(guò)實(shí)施一系列的改進(jìn)措施,降低了聚丙烯裝置的污染排放,為裝置的安全平穩(wěn)環(huán)保運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí),該系列措施可以提高企業(yè)的盈利水平,每年通過(guò)尾氣回收系統(tǒng)可為企業(yè)創(chuàng)造效益約4000萬(wàn)元,很好的實(shí)現(xiàn)了環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合。