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前言
石油化工在世界大范圍開采和應用,促進了國家和地區的經濟發展,可是很多國家和地區只是側重于石油化工的開發和利用,忽略了其對環境的影響。一般的含油污水中的石油類主要由浮油、分散油、乳化油、肢體溶解物質和懸浮固體等一系列物質構成,其中的有害成分較多。生產過程中所產生的廢水對于周圍的生物和環境具有較大的傷害性,從可持續發展的角度,嚴重的石油化工廢水排放會給人們的生活造成困擾,影響國家或地區的經濟發展,影響國家或地區的平衡發展。因此,在促進我國經濟快速發展的同時,也不能忽視石油工業廢水排放技術的應用,保障生活生產環境,促進可持續發展。
一、石油化工廢水的特點
石油化工企業是以石油或天然氣為主要原料,通過不同的生產工藝過程、加工方法,生產各種石油產品、有機化工原料、化學纖維及化肥的工業。各種成分的物料在這里加工、儲存、裝卸、輸送。一旦發生火災,導致容器和管道破裂,物料就會泄漏出來,石油化工廢水排出來的時候,河流及農田就會被污染。石油廢水的排放石油從地底下開采出來后,就會經過脫水等處理后就會進入到集輸管線中,之后才能送到煉油廠或者是油庫中,還要在油庫中進行再次的脫水以及脫鹽處理等措施,但是當原油中含水量小于或等于某種數據時,之后才能今日到減壓的裝置中去,這其中就會產生一些重油和渣油。。每次的深加工都會產生一些石油化工的廢水,這些廢水的處理是進行安全生a工作的重點,因此在加工的過程中,都要把石油化工的廢水運用比較實用的技術進行處理,也同時在處理過程中也要提高處理的能力及技術。
石油化工廢水的基本特點:污染的水源擴散的特別的快。由于石油化工廢水只有在再次加工的過程中才可以應用,因而其用水量與石油化工加工時實際用水量有關,而石油化工的加工實際用水量也與石油的加工數量有關。當加工的石油比較少時,產生的石油化工廢水量就比較少。當石油加工比較大量時,石油加工過程中實際用水量就大,產生的石油廢水也就多;當石油嚴重需要時,企業內石油加工設施不能滿足石油量的需求時,需要動用企業外部石油加工設施,此時產生的石廢水就特別的多。污水中污染物組分復雜。石油化工企業產品種類繁多、化工裝置千差萬別。不同的化工裝置、不同的工藝流程、石油化工發生的不同位置的泄漏時,石油化工廢水中污染物的組分都會不同。物料泄漏量不同,石油化工中污染物的濃度也會有很大差異。時候化工具有區別于其它形式污水的特點,但是無論何種形式的污水,它都存在著收集與處理的問題。
二、石油化工廢水處理工藝簡析
從石油化工廢水的產生過程來看,其產生須具備兩個條件:其一,石油化工廢水只有在再次加工時才會產生;其二,石油化工廢水只有在物料泄漏并混入正常的無污染水時才會產生。所以,石油化工廢水如果不采取措施加以收集及處理,就會流入到下水道中,也就會進入到河流和湖泊中,這樣就會使地下水和地表水都會遭到污染。
首先,石油化工廢水作為一種比較常見的污染,對環境的破壞和生態平衡的危害影響特別的大。根據石油化工企業的環保法規,石油化工企業應該做到廢水的清除及分流的處理措施,也就是說石油化工廢水應該從沒有受污染的水中分流出來,所以石油化工廢水的收集與處理是很重要的,不能因為對石油的需要,就忽略了對環境的保護意識。特別是加工過程中含有有毒物質的企業,也更應該注意這個問題的重要性。
其次,針對石油化工廢水的一些特點,在將其送入污水處理廠之前,也應該十分的注意,石油化工廢水在被送入到污水處理廠之前,必須進行廢水的檢測工作,查看被污染的程度。石油化工的廢水池也是有一定的容積量的,如果石油化工廢水能夠被回收利用時,必須考慮回收利用。這樣才能使生態環境不會被污染。
另外,含油污水的產量大,涉及的范圍廣,如石油的開采,石油的煉制、和石油的化工、油品的儲運。郵輪事故、輪船航運、車輛清洗、機械制造、食品加工等過程中都會產生石油化工的廢水。在當今現代,有一些油水的分離技術。這樣就可以使石油化工的廢水能過濾在利用。比如重力分類法、空氣懸浮法、過濾法、超聲波法等技術。油水分離技術是當前處理含油污水的關鍵技術之一,上述方法各有不同的范圍,應根據不同種類油的性質和不同的水質要求,采用不同的處理方法。以上各種處理單元在含油廢水處理中并不是單一出現的,因為廢水中的油粒多數同時存在集中狀態,很少以單一狀態存在,所以含油廢水處理采用多級處理工藝,經多單元操作分別處理后方能達到排放或回用標準。
三、結束語
石油化工工程的的設計中應該多考慮些廢水的收集及處理問題,建立石油化工企業廢水處理廠及過濾重復在利用,發展適合石油化工廢水特點的新的處理工藝和技術,如用空氣懸浮法等處理石油化工廢水具有很高的效率。因此應該重視石油化工的廢水處理及回收在利用,這樣才能保護我國的生態發展。
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作者簡介:
喬景輝(1976-),男,漢族,吉林省吉林市,大學本科,工程師,從事調度指揮工作;
關鍵詞:化工工藝設計;實踐環節;教學改革
為適應國家戰略發展需要,2013年教育部、中國工程院聯合出臺了《卓越工程師教育培養計劃通用標準》,為高等院校培育工程技術人才提出了新的標桿,也提供了新的契機。在眾多工科專業中,化工專業涵蓋過程工業的各個部門,對高質量各類型的工程技術人才需求十分迫切。化工工藝設計課便是培養化工專業優秀工程技術人才的一門不可多得的課程,在高等工程教育的深化改革中越發展現出其在本科教學課程體系中無可替代的作用和地位。
1化工工藝設計課簡介
化工工藝設計課(以下簡稱“工藝設計課”)目前在國內大多數設立化學工程與工藝專業的院校都有開設,一般安排在本科四年級,是在學生學完專業基礎課之后,綜合運用專業基礎課、制圖以及經濟、安全等方面的專業知識解決問題的一次訓練,更能夠迫使學生從做題的情境切換到工程實際的情境,因而能加快學生的思維向工程思維轉變,能切實提高學生處理工程實際問題的能力。因此,與本專業的理論課相比,工藝設計課在優秀工程技術人才的培養方面具有獨特的優勢。然而,由于多種原因,工藝設計課還存在著不少問題,這門課的優勢還遠未被充分發掘,應有的教學效果還遠未達到。
2工藝設計課存在的問題及原因剖析
縱觀國內開展工藝設計課的高等院校,目前該課程教學過程中發現的主要問題可歸納為以下五點。
2.1設計要求和難度一降再降
工藝設計課教學效果難以達到預期,很大程度上源于設計要求和難度的一降再降。一方面,信息時代生活節奏越來越快,壓力越來越大,很多本科生為了提高自己的競爭力,不得不分心考研、考證、實習、聯系出國、進實驗室、參加學生工作和社會實踐,難以專注于專業課程學習本身。因此,學生們能真正投入到工藝設計課中的時間越來越少。例如,每年都有大量學生參加考研,考研之后緊接著就是畢業設計,使得學生很難充分重視工藝設計這門課。另一方面,化工設計工作量巨大,真正的設計從來都是團隊共同作業才能完成。但在實際教學中,為防止學生抄襲而催生的“一人一題”的強制要求,也使得教師很難提出由多人共同完成一個設計任務的設想,因而也不得不降低對個人的要求和難度。
2.2設計題目缺乏精心設計
設計題目的合適與否對教學效果影響甚大,但從目前情況看,不少設計題目缺乏精心設計,衍生出如下幾類問題。(1)與《化工原理》、《反應工程》等經典先修課程脫節嚴重。近年來,有一部分帶設計課的指導教師認為,設計應該做真題,不應該做所謂的“假題”,甚至于設計題目就是指導教師團隊正在做的工程項目。這就使得設計題目中所涉及的核心反應和分離單元經常不是經典的反應器和單元操作(如吸收、精餾),有時會大量涉及氣體吸附、膜分離、結晶、離子交換等非傳統的化工的單元操作,有時甚至還因為新技術保護的原因無法獲得設計所必需的數據。此外,即便有些題目來源于經典的傳統化工工藝,但如完全忠實于實際項目,沒有必要的簡化處理,也必會造成工藝系統過于龐大、題目過于復雜,使學生感到一下子難以承受,不利于短學時性質的工藝設計教學。(2)“一人一題”設計的考慮不夠周全。“一人一題”的初衷是限制學生抄襲。然而,很多設計題目,設計變量很少,甚至只有生產強度一個變量,使得學生的設計題目之間沒有本質區別,無法杜絕學生抄襲。只要有個別學生做出來,其他學生只需簡單地線性變換,仍可效仿,無需經過足夠的個人思考。(3)未充分體現“整體設計”,僅是單元操作的簡單組合。工藝設計課的工藝計算過程,應充分體現過程、工藝的整體設計。然而,目前的許多設計題目,其設計條件沒有涉及單元之間的耦合,使得學生無需深刻認識過程和全流程,便可迅速進入到各個單元操作的計算階段,其教學效果約等于化工原理課程設計,缺失了對學生大局觀的培養。
2.3缺乏高效的“過程管理”
目前很多院校完全采用“結果管理”的教學模式,存在很大問題。所謂完全采用“結果管理”,即設計開始階段做一次較為充分的宣講,對設計過程不甚關心,完全以最終的報告和圖紙定成績。有些教師迫于科研壓力,不愿在設計課上投入時間精力實施過程管理,甚至以“設計課以學生為主、學生自己完成”為理由,過度精簡了設計過程中的師生互動環節。當然,也有很多教師非常重視過程管理,投入了大量的精力,但效率不高,其重要原因就是容許學生自由發揮的地方過多,學生的設計計算結果五花八門,教師很難對學生的階段性進展做出高效反饋,甚至會打擊青年教師的信心。誠然,設計沒有標準答案,充分開放的設計題目更有利于啟發學生,但這更多是針對設計大賽或是畢業設計。對于學時有限的工藝設計課教學,筆者不敢茍同。
2.4指導教師與真實設計資料的接觸非常有限
近年來入職的青年教師,受到目前高等院校大環境影響,學術型的居多,大多沒有經歷過多少設計實踐,自身工程設計底子薄。即使是有一定經驗的教師,也有很多沒接觸過真正的、有代表性的設計資料。筆者所在的教研室只是收藏了一些早期的紙質版的圖紙供學生學習,能反映當今化工廠、化工車間設計成果的圖紙(特別是CAD電子版的圖紙)還非常有限。學生們從未見過規范的設計文件和圖紙,他們上交的報告和圖紙都與行業規范相差甚遠。
2.5先修課程缺乏對工藝設計課的鋪墊
工藝設計課是一門綜合運用所學專業知識的實踐性課程,應該讓學生能夠在學習過程中將所學知識充分用到解決實際問題中去,這樣會激發學生內心中的成就感,更加明白終身學習的重要性。然而,從目前看,學生學過的先修專業課程,對工藝設計課的鋪墊不夠,常常與設計題目脫節嚴重,這會使得“大學上的課沒用”的思潮抬頭,學生聽課的積極性大減。例如,《化工工藝學》和《化工設計》這兩門課是工藝設計課的直接先修課,但這些課程間的溝通合作還遠遠不夠,從而不能將工藝設計題目中涉及的工藝流程在這些先修課上有所伏筆,提高了學生們面對工藝設計題目時要邁過的門檻。又如,認識實習、生產實習等實習環節,也是理論與實際聯系的重要橋梁,但也很少跟工藝設計課之間建立緊密的關聯[5]。我們常常不能將工藝設計題目中涉及的過程、車間和設備在實習階段就讓學生有所了解,這就使得工藝設計只能停留在課堂教學而沒有實習支撐。
3改進工藝設計課的若干措施
筆者結合自己的教學實踐以及在學生階段的一些設計經歷,嘗試總結了一些可能對解決上述問題有所改善的措施,分五點陳述如下。
3.1精心安排設計時間
(1)盡早動員,盡早布置題目。《化工工藝設計》的全員動員應在四年級上學期開學即進行,最好能和另一門設計類實踐課《化工原理課程設計》的全員動員合并進行。這樣做好處有二:①學生通過一次集合就知曉大四的設計開課整體情況,便于其合理安排時間;②這樣安排可以使得在《化工原理課程設計》結束后順理成章地布置《化工工藝設計》的題目,給學生更多的準備時間應對難度更大的《化工工藝設計》。
(2)盡量避開考研沖刺期。可考慮將官方的開課時間定在春季學期,實際教學則可以跨年度。具體地說,是從考研結束之后那一周算起,完整進行4~5個自然周。筆者所在教研室一直推行這個方針,最大限度地減少了考研對工藝設計課的影響。
(3)給學生較為充足的報告撰寫時間。在教學環節結束后,推遲1~2周(甚至整個寒假)收繳報告和圖紙,給學生充足的報告撰寫時間。如果寒假之前時間不夠,則順延到年后,但無論是否順延,都統一在春季學期的第一周做完并上交報告,以減少對《畢業設計》環節的干擾。
3.2精心制定設計題目
(1)設計題目應更強調過程和整體。應通過設計條件的合理設定,使得任何一個單元操作都不可能獨立求解,籍此強化過程物料衡算和過程設計的概念,使學生認識到過程設計不是單元操作設計的簡單加和,有利于培養學生的大局觀和主人翁意識。
(2)拉開“一人一題”設計條件的差異。通過設置不同的設計條件參數,對設計題目分組,使組與組之間在一開始便存在較大差別。這樣即便無法完全杜絕抄襲,但也增加了抄襲的難度,迫使試圖“偷懶”的學生不得不思考別人的結果哪些可以借鑒,哪些不能簡單照搬,在這樣的“詢問他人+自我思考”中也潛移默化地達到了教學的目的,“少數人栽樹、多數人乘涼”的狀態得到有效的遏制。
(3)設計的前期計算應有相對確定的參考答案。設計的物料衡算、熱量衡算和設備工藝尺寸計算部分,應有相對確定的參考答案,作為指導教師進行過程控制的重要依據。原因有四:①由答案反推過程,有利于及時糾正低級錯誤,有利于引導學生主動思考;②結合結果控制的管理,當有嚴格時間限制時,往往比純過程控制效果更好;③能提高當面交流的效率,有利于提高學生的學習體驗,也有助于提升青年教師信心,使其快速成長;④設計的開放性體現在多個方面,諸如PID設計就能充分訓練學生的發散思維,沒必要從工藝計算就開始發散。
(4)避免重復訓練。設計題目最好應包括反應器設計。如果沒有反應器,指導教師還應充分注意所帶班級《化工原理課程設計》的題目,使得核心單元操作與《化工原理課程設計》有所區別。
3.3完善成績評定方式
最終成績應是設計步驟(設計過程)、答辯(測驗)、說明書撰寫、圖紙繪制等環節的成績總和。其中,設計步驟(設計過程)環節是過程監控性質的,應規定學生在每個節點必須完成的任務,且對其完成情況作出快速、準確的評估;答辯(測驗)環節也是過程監控性質的,是教師了解學生投入情況的另一個重要窗口,是對抄襲行為的必要威懾。
3.4加強設計類課程的中青年教師培養
(1)提高準入門檻。首先,從事化工設計實踐環節教學的教師,必須有化學工程與工藝的專業背景,最好是參加過設計大賽或本科畢業設計題目為設計型題目。其次,青年教師接手設計課也必須有聽課、助課等自我修煉的過程,特別是沒有時間較長、強度較大的實踐經歷的青年教師。
(2)鼓勵設計課相關的教師“走出去”訪問學習。鼓勵工藝設計課相關的教師,包括從事《化工設計》理論課教學的老師,多去化工專業排名前列的院校走訪,聽聽那些口碑較好的老師的《化工設計》理論課,了解其授課內容,學習其先進的課堂組織方式和授課方式。筆者本科階段上過天津大學王靜康院士負責的《化工設計》課,深刻體會到:把《化工設計》理論課上好,是調動學生興趣的第一步;否則,學生就會本能地對設計實踐課產生抵觸情緒,很難談得上有興趣。
(3)下大力氣收集、整理真實的設計案例。學院和教研室應設法為一部分指導教師創造去設計院實訓的機會,積累一些真實的設計案例,至少是獲得一些標準規范的PID、平立面布置、設備、配管設計等圖紙,加以分類,做好資源共享管理。
3.5加強不同專業課教師之間的溝通、協作
在此筆者有兩個特別建議:
①特別建議帶設計的指導教師參加實習。比如,在生產實習過程中,要求學生認真體會工藝設計相關的工藝和單元操作,了解廠區總圖布置、設備布置、管線走向、監控室設計等,學習工程實際中的反應器和多組分分離系統。
②特別建議《化工工藝設計》的指導教師也從事《化工原理課程設計》的教學,甚至是帶同一個班。同一位老師帶班,更有利于講清楚這兩門設計課的相通點和不同之處,使得工藝設計課能夠盡量多涉及過程和整體,避免在單元操作的局部中糾纏不清。筆者已通過這種模式連續帶班了2屆學生,效果良好。
4結語
工藝設計課是化工專業設計類實踐環節的典型代表,綜合性和應用性都很強。在高等工程教育深化改革方面,工藝設計課是大有可為的,應引起相關專業、相關院校和相關部門的高度重視。一方面,必須從學校、學院和教研室層面重視起來,為支持設計課的發展、構筑合理的專業培養體系精心謀劃、大膽創新;另一方面,這門課以及化工設計相關的指導教師應當意識到自己身上的責任和使命,下大力氣提高組織教學的水平和業務水平。如此經過全方位多角度的改進,工藝設計課的教學質量才會不斷提高,才會在培養高層次工程技術人才方面發揮更大的作用。
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關鍵詞:石油化工行業 殘渣 廢水 治理對策
石油化工行業對于國家經濟的發展具有重要意義,是國家能源的重點行業之一,但是與其發展同時出現的是對環境造成了重大的壓力,其排除的殘渣廢水嚴重影響環境的發展,必須采取有效地對策加以治理,選擇合適的方案提升管理水平。
一、石油化工廢水的重要特征
石油化工產業在進行生產的過程中,產生與排除的廢水量十分巨大,從其所含有的成分來看,存在著原油脫鹽水、洗滌水、冷凝水、油罐的脫水、機泵的冷卻水與鍋爐的排污水等等,其產生的廢水量與污染物質是隨著煉廠的類型及加工工藝等方式而存在一定的差別。一般的煉油廠殘渣廢水主要來自常減壓、催化生產的初常頂油和催化汽油、催化柴油等油品用堿液進行堿洗后的廢液,而所洗的產品不同,殘渣的性質也存在著一定的差異,對殘渣的物質分析,我們發現,其仍然存在著一些有用的物質,我們必須采取有效的回收對策,實現資源的利用最大化,剩下的物質無法被利用,作為殘渣排放,對這部分物質的含油量分析,我們發現,一般情況下,其COD值都特別高,可高達數十萬,COD及硫化物、酚等污染物的排放量占煉油廠或石油化工污染物排放量的20~30%,除此之外,還含有一定部分的酚和環烷酸,對這部分物質必須采取有效對策進行處理,否則將會對整個系統造成一定的污染,將會對整個企業造成嚴重的沖擊,影響無處處理系統的功能發揮,所以,加強對殘渣廢水的處理是十分必要的。
二、處理殘渣廢水的有效對策分析
從我國當前的科學技術水平來看,對殘渣廢水的處理工藝水平相對較高,以硫酸酸化法、焚燒法、稀釋處理發、濕式氧化法、利用催化裂化再生煙氣中和高級氧化組合工藝處理堿渣法為主,下面就對這幾種工藝進行詳細的分析
1.傳統的硫酸酸化法
這是較為傳統的對殘渣廢水處理的工藝,首先其程序是進行沉降除油、然后用硫酸酸化,最后進行分離。其原理對廢水的酸堿值進行調節,除去大部分的油,但是其除去污染物的能力十分有限,經過這一處理工藝的污染物對環境的污染仍然十分嚴重,導致后續處理存在著一定的難度,而且存在著一定的安全隱患。
2.成本費用較高的樊燒法
這一方法的原理是利用瓦斯砌體或者是燃料油將經過蒸發處理后的殘渣廢水在樊燒爐中經過高溫樊燒,利用高溫氧化除去所含的污染物。但是對樊燒的物質進行化驗分析后,我們發現,其會產生大量的SO2等有毒氣體,會對周邊的環境造成一定的影響,而且由于需要采用燃料油或者是瓦斯氣助燃,所以其成本相對較高。
3.對污染物進行稀釋
這一方法的原理相對較為簡單,就是降低污染物的濃度,用水進行稀釋,使其達標。但是從實際情況來看,殘渣廢水中污染物的濃度相對較高,與預期的標準相差十分巨大,要想達到目標,就需要擴大污水處理廠的規模數倍,成本相當高,而且會造成土地資源的浪費。
4.濕式氧化和間歇式活性污泥處理法
這一方法最早出現在遼寧撫順,相對而言,其處理效果十分理想,但是其對操作的環境要求十分要個,必須在高溫高壓的環境中方能進行。其由緩和濕式空氣氧化脫臭(WAO)和間歇式活性污泥生物處理(SBR)兩個單元構成。在WAO單元,殘渣廢水中的無機物及有機物經過氧化作用合成硫代硫酸鹽、亞硫酸鹽和磷酸鹽,實現脫臭的目標,同時可以減少在后續的酸化中可能出現的用酸量。進入到SBR單元,經過氧化脫臭后的廢堿液在SBR反應池完成生物降解和固相微生物與廢水的固液分離過程,出水COD500mg/L,達到二級生物處理系統進水水質的控制指標,滿足污水處理的要求。
5.利用化學原理處理殘渣廢水
現在應用較為普遍的還有利用催化裂化再生煙氣中與高級氧化組合工藝對殘渣廢水進行處理,其原理是將汽油精制產生的堿液或堿渣和液化氣精制產生的堿液或堿渣進行調和,在調和后的廢堿液或堿渣中通入催化裂化再生煙氣進行中和反應,達到降低PH值的目的,流化催化裂化裝置再生煙氣中主要包括酸性氣體CO2、SO2及NOx,且該酸性氣體將廢堿液或堿渣中的NaOH、酚鈉、環烷酸鈉、硫化鈉進行中和反應轉化為碳酸鈉及酚、環烷酸、硫化氫;便于實現殘渣廢水中的油和酚、環烷酸的處理。具體的處理步驟包括進行多級沉降、高級氧化、絮凝、壓濾工藝等等;進一步提取粗酚、環烷酸等;將處理后的水有管理地排放到現有的污水處理廠進行綜合處理。
三、各項工藝的優劣對比
經過對以上的各項工藝分析對比我們發現,各種工藝都存在著一定的處理能力,但是相較而言,硫酸酸化法相對較差,在應用中存在著一定的安全隱患;樊燒法盡管效果十分理想,但是其成本過高,而且會造成周邊環境的壓力;稀釋處理對策相對實現的可能性不大,而且對后續污水的處理仍然存在著很大的壓力。而濕式氧化和間歇式活性污泥生物處理法經過實踐分析,我們發現其成本性對較低,但是對施工環境的要求較高,但是處理的效果十分理想,脫硫率可以高達99.9%,COD脫除率:98%;而采用催化裂化的處理成本也相對較低,處理的效果也非常好,值得推廣。
經過一系列分析,我們對上述的生產工藝都有了新的認識,經過分析研究,我們發現濕式氧化和間歇式活性污泥生物處理法與催化裂化再生煙氣處理法這兩種技術比較具有實用性,從效果上來看二者沒有明顯的區別,但是從實際操作的難度上分析,我們發現催化裂化的方式更加使用,具有一定的技術優勢,具有一定的推廣價值。
四、結束語
殘渣廢水是石油化工企業發展的附屬品,其嚴重影響企業的發展與產品的生產,為了倡導綠色環保的理念,我們必須采取必要的措施,加強管理,不斷地應用心得技術來提高處理能力,降低成本,增強石油化工行業對殘渣廢水的處理能力,大力推廣新工藝。實現綠色化工。
參考文獻
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關鍵詞:雙氧水,集散控制系統,操作員站,工程師站,控制站
中圖分類號:TP273+.1文獻標識碼:A
Full-automatic Control System Design of hydrogen peroxide production based on JX-300XP
Zhang,Qiangqiang1Yang,Runxian2
1(Yangzhou Polytechnic Institute Department of Electric and IT Engineering,Jiang Su Yang Zhou 225127)
2(Yangzhou Polytechnic Institute Department of Electric and IT Engineering,Jiang Su Yang Zhou 225127)
【Abstract】 For production quipmengt of hydrogen peroxide about small production, the paper used domestic advanced SUPCON JX-300XP DCS as control platform for the hardware and software, and designed DCS system of hydrogen peroxide for training chemical production skilled talets and meeting company in small production. Based on proposing plan of system design, it gave the key technical points. The hardware and software integrated debugging and put into operation, the entire production process is stable, reliable, high rate of qualified products, the results gain expected design goals.
【Keywords】 Hydrogen peroxideDistributed control system(DCS)Operator stationEngineer stationControl station
0 引 言
過氧化氫H2O2,商業俗稱雙氧水,可作氧化劑、漂白劑、消毒劑、脫氧劑等,廣泛應用于紡織、化工、造紙、軍工、環保等行業。雙氧水工業產品生產設備是揚州工業職業技術學院江蘇省“工學結合生產型化工技術集成實訓基地”的重點實訓中心設備,該設備承擔著學院多項實訓任務和校企合作生產任務。在系統設計中,本著先進、可靠、經濟、合理和易于擴展的原則,構建基于浙大中控SUPCON的JX-300XP DCS的雙氧水生產控制系統。
1 雙氧水生產工藝流程
本裝置采用國內外企業典型使用的蒽醌法實現雙氧水生產,生產過程如圖1所示。氫化工序把蒽醌轉化蒽氫醌或四氫化蒽醌;氧化工序用空氣中的氧直接氧化蒽氫醌和四氫化蒽氫醌,并轉化為蒽醌、四氫化蒽醌,同時生成雙氧水;萃取的作用是用無離子水從氧化液中萃取回收雙氧水,生產一定濃度的雙氧水溶液,該溶液再經過凈化處理后,形成產品;來自萃取的萃余液經過后處理再生處理后進入下一個使用循環過程。
基金項目:2007年江蘇省高等教育教改立項研究課題―高職應用化工技術綜合實訓裝置(基地)的開發與建設》。
整個生產包含五個工序:氫化工序、氧化工序、萃取凈化工序、后處理工序、工作液配制及回收工序。
圖1 雙氧水工藝流程圖
2 雙氧水生產JX-300XP DCS系統構建
學院配置的60升雙氧水生產裝置區別于工業企業的大噸位生產設備,本裝置在滿足學院化工類學生實踐技能培訓要求的基礎上,同時要滿足校企合作單位的生產工藝控制要求,因此系統控制設置的檢測點主要包含系統溫度、液位等,如表1所示。
SUPCON典型DCS控制系統由現場控制級、過程控制級、過程管理級三層設備層構成,三層設備由雙層SBUS總線和雙重化冗余過稱控制網SCnet-II互聯構成DCS網絡控制系統。根據系統工藝控制要求及測點類型、信號、組態要求等,采用先進的JX-300XP DCS設計系統的控制結構如圖2所示。
圖2 雙氧水DCS控制系統設計框圖
針對本系統生產教學一體,測點較企業生產系統少,生產環境較企業生產系統穩定、干凈、干擾少等特點,系統過程管理級設置1個工程師站和1個操作員站、過程控制級配置1個控制站(單個控制站最多監控測點數=8(機籠)*16(每個機籠卡件)*8(每個卡件最大通道數)=1024>>本系統測點108點)、現場控制級由雙氧水生產裝置測點的信號傳感器、電磁閥、電動機等等構成。
3 系統硬件組態
3.1 硬件配置方案
(1)操作站配置(包括工程師站和操作員站)
為便于學生按生產工序(單元)進行實訓,將工程師站(ES)配置在氫化工段操作實訓室,操作員站(OS)配置在氧化工段操作實訓室。系統運行前,由工程師站在AdvanTrol-Pro軟件包的組態軟件上離線完成工程項目軟件組態、系統控制方案設計等工作,系統投運后由工程師站和操作員站在AdvanTro-Pro軟件包的監控軟件上在線完成工程項目的所有人機界面對話,實現控制、監測、日常維護等工作。
(2)控制站配置
控制站是整個DCS控制系統的核心,完成雙氧水生產裝置信息采集、數據分析、記錄、控制決策輸出、控制功能執行等,根據學院雙氧水實訓中心的生產規模及工藝要求,在控制站的機柜中配置三個機籠,1個電源箱機籠(冗余設計配置2塊穩壓電源,保證了系統的穩定可靠)、1個主控制卡機籠(主控制卡、數據轉發卡、I/O卡構成)、1個I/O卡機籠(數據轉發卡、I/O卡構成),通過互為冗余的主控制卡和每個機籠冗余的數據轉發卡,在雙層總線SUBS的通訊下,通過I/O卡件的數據輸入輸出采集轉換通道,完成所有控制要求。系統設計中控制站的配置如表2所示。
3.2 硬件組態關鍵技術
考慮系統的擴展、穩定性和性價比:在操作站配置中,預留PC接口,滿足系統后期擴展需要;控制站中主控制卡采用冗余配置,互為工作卡和備份卡。兩個主控制卡之間熱備份,同時接受網絡數據,工作主控卡發生故障,備份主控卡自動進入工作狀態;在I/O卡件配置上,預留I/O點擴展空間(表1的凈點數和實際點數),卡件的類型盡量少,整個系統僅有5種I/O卡件(如表2所示,XP313、XP316、XP322、XP363、XP362),從而減少了備件的種類和費用。
考慮工藝操作的靈活性和控制可靠性:盡量將各工序的相同類型的測點配置同一卡件上。如后處理輸入信號配置兩塊在XP313(I)6路電流信號輸入卡上;氧化萃取輸入信號配置在兩塊XP313(I)6路電流信號輸入卡上等;為保持各工序液位穩定,則流量必須平衡,將氧化液、氫化液、再生液、工作液等這些循環且相互關聯的參數分配在不同的卡件,當某一卡件發生故障時,可以從相關參數來判斷,避免造成大范圍的控制癱瘓,將風險降到最低。如氧化分離器2液位LIC_0302B(02-00-04-01),氧化分離器2出口流量FI_0302B(02-00-04-01)、工作液灌液位LI_0505(02-00-02-02),工作液泵出口流量FI_0505(02-00-02-03)、再生液灌液位LI_0503(02-00-01-03),再生液泵出口流量FI_0503(02-00-01-02),這三種相互關聯的參數分別分配在數據轉發卡00/01的04、02、01卡件中。
4 系統軟件組態
應用軟件組態在工程師站上,通過浙大中控AdvanTrol-Pro組態軟件完成,編譯后下載到DCS控制站的主控制卡中執行。
4.1 控制站組態
主控制卡冗余配置,工作卡A網IP地址設置為128.128.1.2,B網IP地址為128.128.2.1(系統自動配置),冗余卡A網IP地址為128.128.1.3,B網IP地址為128.128.2.3(冗余卡IP地址系統自動配置),卡件選擇XP243。系統現場控制級凈測點96點,安排在兩個機籠的18塊I/O卡件通道,通過主控制卡機籠的雙冗余主控卡(地址02、03),通過SBUS雙層總線與主控制卡機籠的雙冗余數據轉發卡(地址02-00、02-01)、I/O卡機籠的雙冗余數據轉發卡(地址02-02、02-03)實現對現場測點數據的輸入輸出控制。
4.2 控制策略組態
雙氧水生產工藝為連續化過程,為方便學生實訓,我們把該裝置分成四個單元獨立操作,主要有氫化、后處理單元,氧化萃取單元和水處理單元。雙氧水生產過程的調節回路較多,設置了17個常規控制回路,基本采用單回路PID控制,如氫化釜第一組加熱調節、氫化釜氫氣盡量調節等,如圖3所示。
圖3常規控制方案組態
4.3 操作界面組態
操作界面是系統運行后通過監控軟件在工程師站和操作員站上氫化、氧化等工序流程圖等生產過程工藝流程圖畫面,在線PID整定,修改動態趨勢圖,歷史趨勢圖,生產報表,事件報表,操作日志,設備管理,工藝參數設定和使用權限功能等。圖4為系統報表組態界面,每天的0點、8點、16點整通過激光打印機自動打印數據報表,為操作人員提供現場數據分析。
圖4 雙氧水生產報表組態
4.4 軟件組態關鍵技術
在軟件組態中,對生產工藝的控制要求是非常重要的,本裝置雙氧水生產配置了17常規單回路控制方案,但重要的回路控制有氫化釜的溫度、液位、壓力控制,氫化液罐的液位控制和泵出口流量控制。
在控制策略實施中,由于氫化液儲罐既作為氫化釜反應的成品儲罐同時也是氧化工段的進料參數,要求此液位平穩,因此氫化液罐液位采用均勻控制;溫度控制采用兩組可控硅電加熱裝置來調節加熱罐的水溫(80度)等等措施來保證系統生產的控制要求,設計中完成的附錄所示的自定義控制方案,完成雙氧水生產工藝控制要求。
5 結 論
本文的創新點在于設計了區別于企業幾十萬噸系統,即具有高校學生技能培訓特征、又滿足校企合作企業部分生產要求的小噸位(60升)雙氧水DCS系統。軟硬件組態完成后,在工程師站上對工程項目編譯、下載到控制站的主控制卡(通過主控卡IP地址識別)、傳送到操作員站(操作員站IP地址識別),通過控制站完成現場數據的采集、分析、計算、控制策略執行、控制命令輸出等基本操作,通過操作員和工程師站完成生產過程的參數在線調整、狀態監控等基本人機操作。目前該系統已穩定運行在學院的化工技術集成實訓基地,穩定、可靠、準確的完成了學生技能培訓任務和小批量產品生產任務,并已投入學院“專業導師制1+1+1”人才培養模式創新型技能人才的培訓任務。
參考文獻
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[4]張德泉.集散控制系統原理及其應用[M].北京:電子工業出版社,2007.
那么在新媒體技術領域,適合印刷工程的內容是什么?筆者認為,在目前階段,應定位于新媒體內容的設計與。這里的內容不妨狹隘地理解成多媒體信息,不包含眾多新奇的APP應用。課程邏輯如下:新媒體的主要內容由文字、圖像、視頻和音頻構成,其中文字和圖像是平面版面編排所熟知的內容,視頻和音頻的編輯在目前大多數印刷工程選修課中都有安排。總體而言,大家對這些內容并不陌生,但如何將這些要素有機地結合起來,以恰當的形式順暢地到手機以及其他電子閱讀設備中,則是新媒體技術課程在印刷這個學科里所要學習的主流內容。
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新媒體技術教學體系
關鍵詞:石油化工;污水處理技術;現狀;發展趨勢
石化行業具有極好的發展前景,相對應的污水處理技術是目前極具關注度的問題,將會影響到石化行業的可持續發展。所以要想推進石化行業的快速發展必須要完善污水處理技術,本文中簡要闡述石化處理技術的實際情況,并且針對現狀進行分析,并簡要分析了其發展趨勢,促使污水處理效果較好,推動國民經濟快速進步。
1石油化工污水流程及處理工藝
石化行業是當前的熱門行業,而污水處理技術則屬于石化行業的重中之重,必須要在當前的污水處理基礎上進行深化,以提升污水處理技術的實用效果,讓石化企業的整體經濟效能得夠得到改善。伴隨石油化工工藝的發展,其中部分生產工藝對水質要求并不是非常嚴格,將其他工藝排除的廢水和新鮮水按照相應比例混合,然后將其視作工藝進水。伴隨污水處理技術的不斷發展,工藝排水水質比較復雜,難以處理,而針對另外工藝排水水質相對簡單的部分,依據水質的不同,給予污水單獨處理,相較于污水混合處理具有極強的工藝性,更為經濟合理。對于石化產品而言,生產時間持續較久,因而需要設備種類較多,并且在數量上也很多,因而在生產過程中勢必會造成很多的污水,污水中含有的物質主要有:硫、氨氮等等。由于石化企業所生產的產品具有差異性,此外,對于石化企業來說,其在以下方面也在逐步發生變化:原料來源、檢修及開停車等等,由此導致污水水量有所遞增,與此同時,相對應的污染物含量也有所不同。尤其是對水質要求的區別性必須采取適當的措施,一般來說體現在生產環節,引導排除的污水及新水資源,將兩者予以有效融合,這樣才能真正實現節約用水[1-2]。
2石油化工污水處理技術未來發展趨勢
(1)處理含硫污水石化行業生產會形成較多的水污染,對環境將會造成破壞力,因而必須運用污水處理技術,從而根本上降低污水排放量,減少污染排放,強化石化企業經濟效益。從目前情況分析,石化生產形成的污水中,其中的含硫量逐步遞增,所以針對未來發展而言,污水處理技術需要不斷完善,重點研究祛除污水中的含硫量,防止硫含量的增加。現階段的工藝中,含硫量處理具體措施如下:氧化法、堿吸收法等等。石化企業而言,應用較多的是以下兩種方法:即氧化法、氣提法,上述方法而言,具體應用過程優勢性較為突出,從而減少污水中含硫量,此外,在以往污水處理的前提下,延伸出新的方法,也就是物理除硫法,具體的實施方法有:空氣氧化法、催化濕性氧化。物理處理工藝相較于其他方法具有優勢,從而實現最佳氧化處理成效,所以在今后的石化處理中具有較好的推廣度[3]。(2)處理有機污水石油化工污水中不僅含有大量硫,還存在一定數量有機物質,而它們的含毒性程度并不相同,由此對環境造成的污染程度也是不一樣的。所以針對以后的污水處理技術,必須要將重點轉向到有機污水處理方面,由此降低污水中毒性程度。而基于現狀分析,應用較多且效果相對明顯的是厭氧-好氧組合,具有極強的污水處理效果,這種處理工藝在實際應用中具有良好發展前景,特別是針對高濃度有機污水處理具有極好的效果,存在極好的優勢性。基于厭氧的狀態下,能夠達到極強耗低效果,與此同時,還能夠進行能量的回收,最終形成最低污泥量[4]。(3)加速污水深度處理,強化回收從我國發展現狀分析,水資源缺乏是影響我國社會發展的阻礙因素,而石油化工企業將會產生諸多的污水,如不及時對其進行有效的處理將會難以達到良好的效果。因而從發展趨勢層面分析,則需要把握石油化工污水處理的深度,并且進行有效的回收,這樣不會造成過多的水資源浪費,還能降低環境污染。石油化工污水處理過程中,針對新鮮水資源中的一小部分,這部分含量以蒸發的形式消失,但是大部分還是經由處理,從而能夠實現達標排放[5]。所以從現狀發展分析,達標排放污水這一目標將會成為未來發展的主體方向,促進企業能夠實現水資源回收與利用。
3結語
總體來說,石油化工行業對我國國民經濟的增長起到極大的促進作用,因而促使其健康發展是現階段的主要任務,而從現狀分析來看,優化石油化工污水處理技術則是重中之重,這有利于企業的健康長久發展。文章中簡要闡述了目前我國石油化工企業污水處理技術的應用情況,并針對發展現狀闡述了污水處理技術的未來發展趨勢,以促進石油化工污水處理技術取得更為理想的效果,從而推動石油化工污水處理技術能夠達到預期的使用目的。
參考文獻:
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關鍵詞:煤炭 地下氣化 控制方法
我國于20世紀50年代曾在大同胡家灣礦、蛟河煤礦、鶴崗興山礦等10余處開展過煤層地下氣化技術的試驗。1958~1962年,我國先后在大同、皖南、沈北等許多礦區進行過自然條件下有井式煤炭地下氣化的試驗,取得了一定的成就。1984年,中國礦業大學(北京)煤炭工業地下氣化工程研究中心開始進行了煤炭地下氣化技術的研究,在國家“863”計劃課題的支持下,建成了具有世界先進水平的煤炭地下氣化綜合模型試驗臺和測控系統,并開展了相關的理論研究、模型試驗研究,得到了褐煤、煙煤及無煙煤地下氣化工藝參數。先后在江蘇徐州新河二號井、河北唐山劉莊煤礦、山東新汶孫村煤礦、鄂莊煤礦、山西昔陽杏丹峪煤礦等,針對不同的煤層賦存條件進行了有井式地下氣化現場試驗和生產。形成了具有我國自主知識產權的“長通道、大斷面、兩階段”煤炭地下氣化新工藝,經科研成果查新表明,該工藝構思新穎,屬國內外首創。
一、氣化爐的結構研究
現場試驗的基礎就是要根據煤層賦存條件,建立一個結構合理的地下氣化爐。地下氣化爐料層不能移動,必須采取措施,控制氣化工作面的移動,才能保持氣化過程的連續。因此氣化爐結構必須適應氣化工藝的要求,調節供風點和排氣點的水平位置和高度,即實現供風點和排氣點的二維控制。為此現場試驗結合急傾斜煤層的賦存特點,設計了可調推進式地下氣化爐。
二、輔助通道供風氣化
現行的地下氣化發生爐的運轉經驗證明:不同的工作階段,均勻地向煤層反應表面鼓風,是地下氣化爐穩定氣化的主要條件。煤層埋藏的自然條件的差別、煤層的組成和厚度的不同以及煤化學性質以及頂板穩定性的不同,都將或多或少地使向煤層均勻供風變得復雜。但是在任何情況下,順利地解決這一問題,才能保證地下煤氣發生爐運行的穩定。輔助通道供風時,可形成一個與主流方向相垂直的擾動氣流。 這一擾動分布于整個氧化區,無疑提高了氣化劑向反應表面的擴散能力,衡量氣化劑向反應的煤表面傳遞的完備程度可用風流有效空氣動力學活性系數表示這個系數表示還原的多相反應結果所生成可燃組分的百分數與煤氣中原始組分的百分數的比。
三、壓抽結合供風氣化
降低還原區及干餾干燥區的壓力,有利于生成的可燃氣體及時排出,減少可燃氣體的漏失率,但是氧化區壓力宜為正壓,為了能同時滿足氧化區和還原區的要求,可以采用壓抽相結合的氣化方案。則由進氣孔鼓風,出氣孔用引風機向外抽風,調節鼓風壓力和抽氣負壓,使還原區處于相對較低的壓力條件下。壓抽相結合氣化方案可以在兩種氣化過程不穩定的情況下使用。 1 是煤層冒落,通道阻力增加,導致供風流量下降。熱值降低。2 是氣化劑或煤氣漏失,引起煤氣流量下降。現場試驗中,一般都以壓風氣化為主,但煤層冒落時,煤氣熱值波動較大。在這種情況下,采用壓抽相結合氣化工藝,則可達到穩定產氣的目的。氣流漏失量隨煤層的賦存條件不同而有顯著的區別,煤層埋藏深度及其透氣性、頂板和底板巖石破碎程度對其都有影響。雖然在設計氣化爐時采取了相應的措施,如在與氣化爐相連的煤巷、巖巷做密封墻注漿密封,甚至將氣化盤區采用隔離帶包圍起來,但是, 氣化爐點火后,仍會有少量氣漏失氣流漏失在不同程度上影響了爐里的空氣動力學條件,將會降低煤氣熱值,在礦井報廢水平氣化時甚至會影響到礦井的安全。
四、反向供風氣化
正向氣化時,火焰工作面將漸漸向出氣孔移動,干餾干燥區越來越短,到后期還原區也將越來越短,最終還原區長度將不能滿足氧化區生成的二氧化碳還原和水蒸汽分解反應的需要,煤氣熱值降低。這時必須采用反向供風氣化方案,即由出氣孔鼓風,原進氣孔排氣,使火焰工作面向進氣孔方向移動,重新形成新的氣化條件。反向供風氣化對氣化過程有利也有弊,有利的方面是:第一,鼓風時空氣在原高溫排氣孔中得以預熱,該熱能在氣化爐中用以額外地分解水蒸汽以增加氫的含量,隨鼓風導進的物理熱,可以在煤氣中得到大致相等的熱能。第二是反向供風時,還原區及干餾干燥區都在正向鼓風時燃燒過的區域內,溫度較高,還原反應溫度條件及干餾效果都比較好。第三是氣流下游灰渣中的金屬氧化物對還原反應起一定的催化作用。不利的一面主要是第一,火焰工作面移動會受到灰渣的影響。第二,煤層經過正向鼓風時的干餾,干餾煤氣產量受到了影響。但不利的因素可由煤層冒落重新暴露新的煤面而得到相應的補償。因此反向氣化時,可以得到與正向氣化相同熱值的煤氣。反向供風氣化可實現多程氣化,提高煤層氣化率。
局部反向供風氣化,可以解決氣化通道局部堵塞引起熱值不穩定問題,還可以局部控制煤層燃燒高度。進氣孔鼓風,氣化工作面向相鄰輔助孔移動,當氧化區末端接近輔助孔(判斷依據是輔助孔氣樣中含氧量逐漸升高)時,則可以由輔助孔供風,進氣孔排氣,形成局部反向供風氣化。
五、結束語
筆者在文中論述了我國煤炭地下氣化的發展現狀,并立足于這一現狀,從不同的角度分析了煤炭的地下氣化相關內容。從以上的分析論述中得到了下面的結論:第一,輔助通道供風氣化,能將有效空氣動力學系數提高10%以上,當氧化區煤層發生冒落時,輔助通道供風能夠起到穩定風流的作用。第二,壓抽結合供風氣化能夠適當提高還原反應速率,并能將氣化爐漏失率降低一半左右。第三,反向供風氣化能夠獲得和正向供風氣化相同質量的煤氣,其氣化工作面移動速度和正向供風相當,試驗條件下為0.42m/d,反向供風氣化能夠提高煤層氣化率。
參考文獻
關鍵詞:焦化粗苯;組成;用途;加工工藝
中圖分類號: TK416+.1 文獻標識碼: A 文章編號:
引言
焦化粗苯(粗苯),是煉焦煤氣凈化的副產品。工業煉焦時,將煤粉放在隔絕空氣的煉焦爐中加熱,煤熱解后生成焦化粗苯、粗氨水、焦爐氣、煤焦油和焦炭。故只有在高溫下煉焦,且有煤氣洗苯和苯蒸餾回收裝置時,才能生產焦化粗苯。焦化粗苯的產量與煉焦煤種的揮發分組成、煉焦條件、洗苯吸收劑等相關。一般焦化粗苯的產量是裝爐干煤的1%(質量分數)左右,我國粗苯的生產能力約為250萬t/a。隨著煉焦工業和鋼鐵工業的發展,國內對焦化粗苯的加工日益重視,很多企業都積極引進先進的粗苯加氫生產工藝。
一、焦化粗苯組成
粗苯的組成極其復雜,色譜分析結果表明,粗苯中可定性的組分有90余種,其中質量分數在0.1%以上的組分有30余種。粗苯中含量較多的組分有:苯族烴(如苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯、茚滿等),萘系組分(如萘、甲基萘等),非芳烴組分(如C4~9烷烴、環烷烴等),不飽和化合物(如1-戊烯、環戊烯、環戊二烯、二環戊二烯、苯乙烯、A-甲基苯乙烯、茚等),雜環化合物包括含氮化合物(如吡啶、甲基吡啶等),含硫化合物(如二硫化碳、噻吩、甲基噻吩、硫醇等)和含氧化合物(如苯酚、古馬隆等)等。粗苯中含有苯乙烯、茚、苯酚及其他不飽和化合物等,故粗苯易氧化、易聚合、易發生加氫反應。同時由于其組分絕大部分為芳香烴化合物,故粗苯有劇毒。
二、苯類產品的用途
純苯是重要的基本有機化工原料,廣泛用于合成樹脂、合成纖維、合成橡膠,并是染料、醫藥、農藥的原料,也是重要的有機溶劑。在煉油行業中用作提高汽油辛烷值的摻和劑。甲苯是最基本的有機化工原料和溶劑,可以生產苯甲酸、甲苯二異氰酸脂、氯化甲苯、甲酚和對甲苯磺酸等多種化工產品。這些化工產品是制造合成纖維、合成橡膠、炸藥、塑料、醫藥、染料和油漆等的原料,也可用作溶劑和汽油添加劑。二甲苯也是最基本的有機化工原料。混合二甲苯主要用作溶劑和汽油添加劑,鄰二甲苯用于制造苯酐、染料、農藥和醫藥等化工產品,間二甲苯用于制造苯二甲酸、間甲基苯甲酸、間苯二甲腈等有機化工產品。這些產品是生產染料、醫藥和香料的原料,對二甲苯主要用于生產聚酯樹脂和滌綸纖維的原料,也用作農藥和染料的原料。
三、焦化粗苯加工工藝的探討
焦化粗苯的加工技術有多種,主要技術有2種,即酸洗法和加氫法。但酸洗法由于在產品種類、材料選擇、儀表操作維護以及投資與經濟效益等方面存在諸多的不足之處,特別是其生產過程會帶來嚴重的環境污染,因而在國外已趨向淘汰。因此,加氫法是國內外粗苯加氫技術的發展趨勢。目前,根據反應過程的溫度,將粗苯加氫工藝主要分為高溫法(600~630℃)與低溫法(320~380℃)2種。根據加氫工藝方法和加氫油精制方法的不同,可將粗苯加氫工藝分為魯奇法(Lurgi)、萊托爾法(Litol)、環丁砜法與KK法。后3種方法最為普遍。其中,環丁砜法與KK法在加氫精制過程中都使用萃取劑,故又統稱為溶劑法。
1、萊托爾法
該工藝是在20世紀60年代由美國胡德利(Houdry)空氣產品公司開發成功的1種高溫粗苯加氫精制法。該法的加氫條件為:預反應器溫度為230℃,壓力為5.7MPa,催化劑為Co-Mo催化劑;主反應器溫度為610~630℃,壓力為5.0MPa,催化劑為Cr系催化劑。該法除了加氫精制功能外,還能將粗苯中的苯、甲苯和二甲苯經催化脫烷基反應轉化為苯,故只能得到一種產品——純苯。該法的缺點是:反應條件苛刻、產品單一、設備結構復雜,且投資高、經濟效益差。
2、環丁砜法
環丁砜法即美國開發的Shell-UOP(液/液萃取蒸餾)工藝。因其在加氫精制過程中使用環丁砜萃取劑而得名。該法加氫的工藝條件為:預反應器溫度為220~230℃,壓力為3.5MPa,催化劑為Ni-Mo催化劑;主反應器溫度為320~380℃,壓力為3.4MPa,催化劑為Co-Mo催化劑。該法是1種典型的低溫、低壓加氫蒸餾工藝,其產品為苯、甲苯、二甲苯、非芳烴。
該工藝的優點主要有:(1)采用輕苯加氫,可節省重苯和初餾分加氫的氫氣耗量;(2)預反應器內為液相加氫,可避免管道堵塞現象發生;(3)經一次萃取精餾過程即可得到純度很高的苯、甲苯和混合二甲苯等粗產品,故萃取精餾操作相對簡單;(4)加氫裝置對原料適用性強,除可用于粗苯加氫外,還可用于裂解汽油重整油或混合油的加氫;(5)產品品種多,市場適應性強;(6)投資低、經濟效益好,生產過程“三廢”排放量幾乎為零。
3、KK法
KK法由德國BASF公司開發,經德國KK公司改進的BASF/VEBA加氫和莫菲蘭(morphylane)萃取蒸餾工藝。該法加氫工藝條件:預反應器溫度為220~230℃,壓力為3.5MPa,催化劑為Ni-Mo催化劑;主反應器溫度為340~380℃,壓力為3.4MPa,催化劑為Co-Mo催化劑。
該法與環丁砜法的主要工藝基本相同,都屬于典型的低溫低壓加氫蒸餾工藝,其產品品種都為苯、甲苯、二甲苯、非芳烴。區別僅精餾萃取過程所使用的萃取劑不同。該工藝使用的萃取劑為N-甲酰嗎啉。該工藝的優點主要有:(1)加氫裝置對原料的適用性強,原料焦化粗苯無需進行預處理,既可處理輕苯,也可處理重苯;(2)加氫和操作壓力低,設備和材料問題易解決、投資低;(3)采用導熱油作熱載體,同時采用換熱的方法回收利用產品及中間產品的熱量,熱效率高;(4)N-甲酰嗎啉萃取劑的選擇性高,熱穩定性和化學穩定性好且無毒;(5)產品品種多、市場適應性強、經濟效益好且生產過程幾乎無污染。
在上述4種加氫精制工藝中,環丁砜法和KK法投資低、經濟效益好、生產過程“三廢”排放幾乎為零,二者優劣互補,構成粗苯加氫工藝發展的主流。顯然這2種方法無論在投資還是運行、環保等各方面都具有很大的優勢,比較適合我國國情。尤其是KK法在我國已有成功投產的示范廠。但是值得注意的是,部分關鍵技術,如加氫催化劑、連續蒸發塔等相關專利技術,還需從國外引進,因此開發和建立具有自主知識產權的加氫工藝和裝置還任重道遠。
四、對我國未來進行焦化粗苯生產的相關建議
可以說在近二十年內,無論在國內還是國際上苯都會持續緊缺,相比石油來進行苯提煉,焦化粗苯的加工更加具有競爭力,也可以極大的提高經濟效益。所以,企業在現有的粗苯市場背景下如何來提高及改進粗苯的生產工藝?我們認為可以從以下四方面著手。
(1)在上世紀的七十年代我國已有一套具有自主知識產權加氫技術的開發并進行了投產,然而此套裝備最終卻未進行正常生產,所以還需要進一步開發與完善更加成熟的加氫裝置。
(2)雖然一般來說效益與生產規模成正比,但是由于此種項目中原材料是關鍵,所以首要問題是原材料數量的獲得是否可以得到保證。
(3)我國的加氫技術尚不成熟,所以從國外進行技術引進必不可少,所以我公司在設計時同國外公司進行緊密的結合在工程協議中,將重要的專利設備及專利技術引進,而我們自己制造及設計其他部分。這也是國內設計、生產在控制投資上的一個方向。
(4)處于保護環境與保護有限資源的需要,我們建議不要再建設酸洗法及規模在5萬t/a以下的工藝。
結束語
綜合上述,我國的焦化粗苯加工工藝還不夠成熟,所以必須加大對焦化粗苯資源加工利用的研究與開發力度,以先進的環保、節能、經濟的技術改造我國的煉焦工業具有重要的現實和戰略意義。
參考文獻
[1]呂國志,葉煌.國內焦化粗苯加工發展趨勢[J].燃料與化工,2006.
[關鍵詞]發動機曲軸;失效形式;原因分析
中圖分類號:S219.031 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)18-0001-01
一、汽車發動機曲軸的運行原理
在汽車運行使用過程中,曲軸是發動機的最關鍵的零件之一,在進行工作的過程中受力情況十分復雜,要同時承受彎曲、扭轉及壓縮等載荷作用,而且這些載荷作用往往數值較大,并且呈周期性變化,所以曲軸在運行過程中容易引起扭曲甚至斷裂。曲軸在外形的設計上也比較復雜,主要是通過多個主軸頸與連接頸之間的連體進行組合的,而且這些連接體的長度及方向分布各異。由于曲軸的剛度比較弱,所以在運轉過程中,每個缸之間都有一個軸承起到支撐作用。在發動機的所有零件中,曲軸是其中比較容易的受損零件之一,而且在運行過程中一旦出現損壞往往就會引起其他機件的損毀,造成嚴重的事故。
曲軸對于材料選取的主要要求大致要滿足以下特征:足夠的強度、高的沖擊韌性及高度的抗疲勞強度。在進行設計、材料的選取、鍛造、機械加工、熱處理及以后的每個環節的運行過程中,都可能會造成曲軸的失效,所以在進行汽車加工的各個環節中,一定要嚴格把控質量關,針對容易出現的問題進行原因分析,并且要及時預防及時解決。
二、常見的曲軸失效形式及失效原因
1、校直過程引起的原始裂紋
對于鍛鋼曲軸,在鍛造、熱處理等過程中必然產生變形,生產中采用校直的方法消除。無論是熱校還是冷校,一旦校直幅度過大,都可能導致曲軸產生裂紋,且這種裂紋一般肉眼無法觀察到。若曲軸本身存在原始裂紋,裝配后行駛里程一般僅為幾千公里,就會疲勞擴展而斷裂。對于此類裂紋,分析時應注意與其它常見裂紋如鍛造裂紋、淬火裂紋等的區別。最后的瞬斷區與疲勞擴展區幾乎垂直,面積很小,斷面粗糙,掃描電鏡分析,新月形粗糙區擦傷嚴重,未見明顯的疲勞特征,說明該區域不是疲勞擴展區,其形成應在斷口疲勞擴展之前。曲軸校直開裂情況在生產中并不多見,但此類故障一旦發生則危害較大。對于此類故障,應考慮對校直后的曲軸再進行一次探傷,避免有裂紋曲軸流人裝配。
2、圓角淬火工藝不當
軸頸圓角是曲軸加工難度最大,同時也是使用中最容易成為裂紋起源的位置。為了提高曲軸疲勞強度,一般需要對圓角進行強化處理。對于球鐵曲軸,目前多采用圓角滾壓強化工藝或先氮化再滾壓強化的復合強化工藝。對于鋼曲軸,多采用碳氮共滲或感應淬火強化工藝。早期的發動機曲軸感應淬火區域僅僅局限在軸頸部分,主要對軸頸起提高耐磨性的作用,淬火區離圓角仍然有大于6~以上的距離,因此對圓角并不起強化作用。目前采用的感應工藝,淬火區域普遍包涵圓角區域。事實證明這種方式能夠明顯提高曲軸圓角的疲勞強度。隨著發動機增壓等新技術應用的日益廣泛,對曲軸疲勞強度的要求也越來越高,目前,對發動機圓角的強化處理已經成為必須的工藝過程。圓角強化工藝不當,曲軸達不到應有的疲勞強度,就有可能會在服役過程產生疲勞斷裂。
3、鍛造質量問題
曲軸材料的鍛造質量涉及很多因素,原材料晶粒及晶粒長大傾向、鍛軋比、鍛造溫度等都是重要的影響因素。生產中對材料的選用應該考慮與鍛造工藝能夠匹配,避免在材料晶粒長大敏感區域停留時間過長。曲軸材料晶粒粗大,并有魏氏組織出現,說明材料有過熱傾向。通常,這種情況被認為是較嚴重的組織缺陷,會嚴重損害材料機械性能,尤其是疲勞強度。斷口出現沿晶韌窩形貌應與此有關,沿晶斷口特征的出現,表明材料的脆性較大,在服役過程中其性能主要是由強度較弱的晶界主導。
4、鑄造缺陷
發動機曲軸斷裂的直接原因是其近表面基體內存在大面積縮孔。這種缺陷的存在,不僅降低了基體強度,而且引起應力集中,導致裂紋在此處萌生并擴展。根據化學成分分析結果可知,碳、硅含量偏低,這種情況導致鑄件易于形成縮孔。
5、加工不當引起應力集中
曲軸是典型受交變應力的零件,對各種應力集中因素非常敏感。零件設計中一般不存在明顯的尖銳過渡處,但實際生產中,由于加工工藝的偏差,可能會在零件上留下諸如臺階、溝紋等一類的外形缺陷。這類外形缺陷在使用中由于應力集中有可能成為疲勞裂紋的起源。曲軸斷口起源處未發現材料缺陷,基體組織、表面強化層組織與深度等未見異常。但其起源不在應力最大的圓角處而是在離開圓角約20度處的曲柄上形成,說明由于加工臺階的應力集中作用,使得此處的實際應力水平高于圓角而導致裂紋優先萌生。
6、曲軸服役過程中的異常情況
發動機曲軸服役中的異常情況非常復雜,引起曲軸損壞的形式也多種多樣。很多情況下,僅憑斷口、軸頸表面形貌以及軸瓦相關件等方面的分析,難以確切判斷出具體的失效原因,但這些分析工作有助于對失效性質的判定,并為最終確定失效原因提供依據。對發動機曲軸因服役中的異常情況引起的失效進行分析,一般都比較困難,往往需要對其它相關零部件進行分析。因此,仔細的現場分析與樣品收集至關重要。
三、曲軸的新材料應用及展望
1、等溫淬火球鐵曲軸
等溫淬火球鐵曲軸具有高強度、高韌度和高耐磨性的特征,而且在實際應用的過程中,具有很高的彎曲疲勞度和接觸疲勞的強度,密度比鋼低10%,在綜合力學性能上要優越于碳素鍛鋼和一般的合金鑄鋼,等溫淬火球鐵曲軸在機體內存有參與的奧氏殘余組織,具有顯著的加工硬化效果,在經過圓角滾壓后,會發生馬氏體的轉變,從而形成了很高了殘余壓應力,能夠進一步提高曲軸的抗疲勞度,而且由于球墨的存在,能夠使曲軸發揮良好的減震和消聲性能,綜合分析等溫淬火球鐵曲軸是性能比較高的發動機曲軸材料。
目前,隨著發動機輸出扭矩的日益增大,對曲軸材質的要求越來越高,大功率的發動機曲軸多采用鍛鋼生產,成本計較高,用等溫淬火球鐵代替鍛鋼生產曲軸,從靜強度的彎曲疲勞強度的指標來看,這種曲軸可以滿足高性能發動機的需求,以新型材料取代過舊有材料,從而提升發動機的性能。
2、非調制曲軸
國內非調制鋼的開發應用開始于汽車的曲軸,并已獲得了可喜的成果,國內成功的主要案例有:東風汽車公司采用的50MnV制造康明斯發動機曲軸;上海汽車鍛件總廠采用49MnVS3制造桑塔納轎車曲軸;長安汽車有限公司與上海汽車鍛造總廠合作采用49MnVS3制造長安微車發動機曲軸。隨著新技術材料的不斷應用,汽車發動機曲軸制造正在不斷以更高的質量及更強的抗壓能力走入行業,對未來汽車發動機行業的發展起到了重要作用。
四、結語
針對汽車發動機曲軸的失效形式及失效原因進行分析,由于汽車發動機曲軸本身的設計構造比較復雜,再加上加工及運行環節中的應用原理也比較復雜,所以在針對汽車發動機的曲軸應用過程中,一定要根據經驗進行曲軸失效的措施應對,在保護發動機曲軸的過程中,同時保護了其他零件,進而減少了汽車事故。所以在曲軸的應用過程中,一定要做好實際的分析工作,對容易出現的狀況進行調查統計,并且找出原因,從而避免汽車發動機曲軸失效帶來的損失。
參考文獻