化工清洁生产工艺

1第七章第七章 化工清洁生产工艺化工清洁生产工艺u清洁生产工艺概述清洁生产工艺概述u化工清洁生产技术化工清洁生产技术u化工清洁生产工艺实例化工清洁生产工艺实例2第一节第一节 清洁生产工艺概述清洁生产工艺概述u清洁生产的由来清洁生产的由来u什么是清洁生产什么是清洁生产u清洁生产的内容清洁生产的内容u清洁生产的途径清洁生产的途径3清洁生产的由来清洁生产的由来u清洁技术（清洁工艺）：清洁技术（清洁工艺）：从产品的源头和生产过从产品的源头和生产过程中削减或消除对环境有害的污染物。程中削减或消除对环境有害的污染物。u清洁技术清洁技术是在人们认识到，被动的是在人们认识到，被动的末端处理末端处理为主的污为主的污染控制战略，难以从根本上解决环境问题后，提出来染控制战略，难以从根本上解决环境问题后，提出来的以的以污染预防为主污染预防为主的可持续发展战略。的可持续发展战略。u末端处理：末端处理：针对日益恶化的环境，治理生产过程中针对日益恶化的环境，治理生产过程中排放出来的废水、废气和废渣，以减少对环境的污染，排放出来的废水、废气和废渣，以减少对环境的污染，保护生态环境的污染控制战略。保护生态环境的污染控制战略。4u清洁生产与末端治理的区别清洁生产与末端治理的区别 末端治理：末端治理：在追求在追求经济效益经济效益的前提下解决污染问题。的前提下解决污染问题。清洁生产：清洁生产：在生产全过程中节能、降耗、减污，在生产全过程中节能、降耗、减污，从从源头预防和削减污染源头预防和削减污染，同时给企业带来经济和社会效，同时给企业带来经济和社会效益。益。5什么是清洁生产什么是清洁生产u清洁生产的概念清洁生产的概念 清洁生产清洁生产是指将整体预防的环境战略持续应用于生产是指将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以期增加生态效率并减少对人类过程、产品和服务中，以期增加生态效率并减少对人类和环境的风险的生产。和环境的风险的生产。对对生产生产，清洁生产包括节约原材料、淘汰有毒原材料，清洁生产包括节约原材料、淘汰有毒原材料，减降所有废物的数量和毒性。减降所有废物的数量和毒性。对对产品产品，清洁生产战略旨在减少从原材料的提炼到产品，清洁生产战略旨在减少从原材料的提炼到产品的最终处置的全生命周期的不利影响。的最终处置的全生命周期的不利影响。对对服务服务，要求降环境因素纳入设计和所提供的服务中。，要求降环境因素纳入设计和所提供的服务中。6u清洁生产的目标清洁生产的目标 （1）通过资源的综合利用、短缺资源的代用、二次资）通过资源的综合利用、短缺资源的代用、二次资源的利用以及节能、省料、节水，合理利用自然资源，源的利用以及节能、省料、节水，合理利用自然资源，减缓自然资源的耗竭。减缓自然资源的耗竭。（2）减少废料和污染物的生产和排放，促进工业产品）减少废料和污染物的生产和排放，促进工业产品的生产、消费过程与环境相容，降低整个工业活动对的生产、消费过程与环境相容，降低整个工业活动对人类和环境的风险。人类和环境的风险。7u清洁生产的内容清洁生产的内容（1）清洁的能源：）清洁的能源：常规能源的清洁利用；可再生能常规能源的清洁利用；可再生能源的利用；新能源的开发；各种节能技术和措施。源的利用；新能源的开发；各种节能技术和措施。（2）清洁的生产过程：）清洁的生产过程：尽量少用不用有毒有害的原尽量少用不用有毒有害的原料；减少或消除生产过程中的各种危险性因素；少废料；减少或消除生产过程中的各种危险性因素；少废无废工艺；高效设备；物料再循环；简便可靠的操作无废工艺；高效设备；物料再循环；简便可靠的操作和控制；完善的管理。和控制；完善的管理。8（3）清洁的产品：）清洁的产品：节约原料和能源，少用稀贵原料，节约原料和能源，少用稀贵原料，利用二次资源；产品使用过程中和使用后不含危害人利用二次资源；产品使用过程中和使用后不含危害人体健康和生态环境的因素；易于回收复用和再生；合体健康和生态环境的因素；易于回收复用和再生；合理包装；合理的使用功能和使用寿命；产品报废后易理包装；合理的使用功能和使用寿命；产品报废后易处理和降解。处理和降解。9清洁生产的途径清洁生产的途径u清洁生产的基本途径：清洁生产的基本途径：清洁工艺和清洁产品清洁工艺和清洁产品u清洁工艺：指既能提高经济效益，又能减少环清洁工艺：指既能提高经济效益，又能减少环境问题的工艺技术。境问题的工艺技术。要求提高生产效率的同时，兼要求提高生产效率的同时，兼顾削减或消除危险废物和有毒化学品的用量，改善劳顾削减或消除危险废物和有毒化学品的用量，改善劳动环境，减少对职工健康的威胁，并能生产出安全的动环境，减少对职工健康的威胁，并能生产出安全的与环境兼容的产品。与环境兼容的产品。是技术改造和创新的目标。是技术改造和创新的目标。10u清洁产品：清洁产品：是从产品的可回收利用性、可处置是从产品的可回收利用性、可处置性或可重新加工性等方面考虑。要求产品设计时性或可重新加工性等方面考虑。要求产品设计时本着产品促进污染预防的宗旨进行设计。本着产品促进污染预防的宗旨进行设计。u清洁生产的主要途径（清洁生产的主要途径（P209-210）：）：（1）革新产品体系，正确规划产品方案及选择原料）革新产品体系，正确规划产品方案及选择原料路线。路线。（2）实现自然资源的充分、综合利用，采用清洁的）实现自然资源的充分、综合利用，采用清洁的能源。能源。11（3）改革工艺和设备，采用高效设备和少废、无废）改革工艺和设备，采用高效设备和少废、无废工艺。工艺。（4）组织厂内的物料循环使用系统。）组织厂内的物料循环使用系统。（5）改进操作，加强管理，提高操作工人的素质。）改进操作，加强管理，提高操作工人的素质。（6）采取必要的末端）采取必要的末端“三废三废”处理。处理。12第二节第二节 化工清洁生产技术化工清洁生产技术u概述概述u乙苯生产的干法除杂工艺乙苯生产的干法除杂工艺u蒽醌制取四氯蒽醌工艺蒽醌制取四氯蒽醌工艺u合成氨废水综合利用合成氨废水综合利用u加压冷凝法回收敌百虫生产副产物氯甲烷加压冷凝法回收敌百虫生产副产物氯甲烷u尿素的深度水解技术尿素的深度水解技术u甲醇生产装置的清洁生产甲醇生产装置的清洁生产u催化裂化装置的清洁生产催化裂化装置的清洁生产13u化工清洁生产技术：化工清洁生产技术：用化学原理和工程技术来减少用化学原理和工程技术来减少或消除造成环境污染的有害原料、催化剂、溶剂、副或消除造成环境污染的有害原料、催化剂、溶剂、副产品及部分产品。产品及部分产品。u化工中的清洁技术有时也称为绿色化工。化工中的清洁技术有时也称为绿色化工。u绿色化工的主要研究内容：绿色化工的主要研究内容：原料的绿色化原料的绿色化，选择，选择无毒、无害的原料；无毒、无害的原料；化学反应的绿色化化学反应的绿色化，目标是实现，目标是实现原子经济反应；原子经济反应；反应介质的绿色化反应介质的绿色化，采用无毒、无害，采用无毒、无害的催化剂和溶剂；的催化剂和溶剂；产品的绿色化产品的绿色化，生产出对环境友好，生产出对环境友好的化工产品。的化工产品。概述概述14u原料的绿色化：原料的绿色化：采用无毒、无害的化工原料或用生采用无毒、无害的化工原料或用生物废物代替剧毒的、严重污染环境的原料，生产特定物废物代替剧毒的、严重污染环境的原料，生产特定的化工产品。的化工产品。（1）替代光气的绿色原料（）替代光气的绿色原料（P210）（2）替代氢氰酸的绿色原料（）替代氢氰酸的绿色原料（P211）15u化学反应的绿色化：化学反应的绿色化：基于化学反应的高效原子经济基于化学反应的高效原子经济性，设计出高效利用原子的化学合成反应。性，设计出高效利用原子的化学合成反应。u原子经济反应：原子经济反应：原料分子中的原子全部转化为产物，原料分子中的原子全部转化为产物，最大限度地利用资源，从源头不产生任何副产物或废最大限度地利用资源，从源头不产生任何副产物或废物，实现废物的物，实现废物的“零排放零排放”。16u反应介质的绿色化：反应介质的绿色化：采用绿色催化剂和溶剂。采用绿色催化剂和溶剂。a.采用新型无毒的催化剂替代有毒有害的催化剂。采用新型无毒的催化剂替代有毒有害的催化剂。b.采用生物催化剂酶来制备和生产化学品是化工清洁采用生物催化剂酶来制备和生产化学品是化工清洁生产的重要领域。生产的重要领域。c.用低毒和无毒的溶剂替代有毒的溶剂是化工清洁生用低毒和无毒的溶剂替代有毒的溶剂是化工清洁生产技术的重大研究课题。产技术的重大研究课题。d.溶剂绿色化最活跃的研究领域是用超临界流体替代溶剂绿色化最活跃的研究领域是用超临界流体替代在有机合成中使用的有机溶剂。在有机合成中使用的有机溶剂。17u绿色的化工产品：绿色的化工产品：生产出环境友好的清洁产品。生产出环境友好的清洁产品。18乙苯生产的干法除杂工艺乙苯生产的干法除杂工艺u本例是辅助工艺的小改革，实施不难但消除了全部废本例是辅助工艺的小改革，实施不难但消除了全部废水的排放，得到的固体渣可以作为副产品利用，实现水的排放，得到的固体渣可以作为副产品利用，实现了无废生产。了无废生产。19蒽醌制取四氯蒽醌工艺蒽醌制取四氯蒽醌工艺20合成氨废水综合利用合成氨废水综合利用21加压冷凝法回收敌百虫生产副产物氯甲烷加压冷凝法回收敌百虫生产副产物氯甲烷22尿素的深度水解技术尿素的深度水解技术u尿素的深度水解：尿素的深度水解：即将尿素生产中要排放的工艺冷即将尿素生产中要排放的工艺冷凝液中的尿素分解成氨和凝液中的尿素分解成氨和CO2，再进行解吸将氨和，再进行解吸将氨和CO2从工艺冷凝液中分离出来回收至生产系统，使排从工艺冷凝液中分离出来回收至生产系统，使排放废液中氨氮值低于排放标准。放废液中氨氮值低于排放标准。23甲醇生产装置的清洁生产甲醇生产装置的清洁生产u原工艺甲醇残液中甲醇含量原工艺甲醇残液中甲醇含量2。u主工艺甲醇精馏塔优化操作后，可将甲醇残主工艺甲醇精馏塔优化操作后，可将甲醇残液中甲醇含量控制在液中甲醇含量控制在0.05%以下。以下。24催化裂化装置的清洁生产催化裂化装置的清洁生产P21825第三节第三节 化工清洁生产工艺实例化工清洁生产工艺实例26煤气化废水萃取脱酚流程研究煤气化废水萃取脱酚流程研究27研究背景研究背景u煤气化废水的特点及危害性煤气化废水的特点及危害性 酚含量高、毒性强、水量大、难生化处理。酚含量高、毒性强、水量大、难生化处理。u处理技术处理技术 生化处理技术生化处理技术 1000mg/Lu工业背景工业背景 哈尔滨气化厂煤气化废水，哈尔滨气化厂煤气化废水，100t/hr、pH值值10、酚含、酚含量量5000mg/L，COD值值20000mg/L，无法生化净化。，无法生化净化。28萃取剂一、现有流程现状一、现有流程现状工艺流程简洁，技术成熟。工艺流程简洁，技术成熟。脱脱酸、脱氨、萃取溶剂和粗酚的回收等都还较顺利。酸、脱氨、萃取溶剂和粗酚的回收等都还较顺利。萃取剂二异丙醚性质稳定、低毒性、水溶性小等优点。萃取剂二异丙醚性质稳定、低毒性、水溶性小等优点。工艺除酚效率低，处理后的废水工艺除酚效率低，处理后的废水COD值高值高。预处理脱酸粗酚回收脱氨萃取粗酚1、现有流程和物料衡算29现有工艺流程简图加碱分离槽进料酚水中油酚水焦油泥脱酸塔酸性气体、油、水酚水萃取塔二异丙醚蒸氨塔酚精馏塔萃取物二异丙醚氨粗酚稀酚水排去生化处理30（1）除酚效率低的分析 废水水质复杂废水水质复杂 二异丙醚不适合处理该废水二异丙醚不适合处理该废水 废水碱度高废水碱度高2、问题分析31 废水水质废水水质32 二异丙醚萃取酚的分配系数异丙醚对多元酚的分配系数小，萃取效果差。33 废水碱度废水碱度 当当pH9时，离解更加显著。离子态的基团亲水时，离解更加显著。离子态的基团亲水性增强，在水中的溶解度大幅度提高，从而造成萃取性增强，在水中的溶解度大幅度提高，从而造成萃取分配系数下降。分配系数下降。在pH8的碱性溶液中，酚开始发生电离：33.3废水pH 910342.COD2.COD值的分析值的分析33.5废水COD 6000mg/L酚COD2500mg/L脂肪酸COD2500mg/L其它COD1000mg/L经现有工艺处理后的稀酚水的COD较高，较高，主要由三部分构成：35二、流程改造方案二、流程改造方案分配系数高；分配系数高；毒性小；毒性小；溶剂对水的溶解度低；溶剂对水的溶解度低；水溶性差；水溶性差；化学稳定性和安全性好；化学稳定性和安全性好；容易实现再生循环；容易实现再生循环；与过程有良好的相容性等。与过程有良好的相容性等。1.萃取体系和工艺参数的确定（1）萃取体系-理想的萃取剂应具有：36几种常见酚萃取剂的性质37MIBK对酚的萃取分配系数对酚的萃取分配系数38MIBK对苯酚的分配系数较高，处理后的废水含酚量对苯酚的分配系数较高，处理后的废水含酚量 较为理想。较为理想。MIBK沸点和汽化热较低，易通过精馏回收。沸点和汽化热较低，易通过精馏回收。使用使用MIBK作为萃取剂，可尽量少改动现有工艺流程，作为萃取剂，可尽量少改动现有工艺流程，充分利用现有设备。充分利用现有设备。通过实验研究，反复比较了几种萃取剂对气化厂含酚废水的萃取效果，最终选取用甲基异丁基酮 MIBKMIBK作为萃取体系。39（2 2）萃取工艺参数的确定）萃取工艺参数的确定图4 pH值对MIBK萃取苯酚平衡分配系数的影响 pH值 pH值低有利于萃取。33.2废水pH比33.3低，但先萃取后脱酸，脱酸时MIBK的损失较大。因此，本工艺仍将萃取置于脱酸之后。但废水pH必须控制在8以下。40 萃取温度对萃取温度对MIBK萃取效果的影响萃取效果的影响2870之间，温度对MIBK萃取除酚的影响不大。45-60时脱COD效果较好。工业实施时，建议萃取温度选择在45-60之间。412.萃取后酚浓度和COD值分析采用采用MIBK为萃取剂，相比为萃取剂，相比1：6，六级萃取后，废水中总酚浓度，六级萃取后，废水中总酚浓度降至降至380 mg/L，其中挥发酚浓度小于，其中挥发酚浓度小于50 mg/L，其余为多元酚。，其余为多元酚。CODCOD降至降至 4000 mg/L左右。左右。根据实验和理论，萃取处理根据实验和理论，萃取处理pH大于大于8、多元酚含量高的废水，挥、多元酚含量高的废水，挥发酚的浓度可降至发酚的浓度可降至100 mg/L。但总酚则难以降至。但总酚则难以降至200 mg/L。所以，可以认为上述结果已达到该萃取体系脱酚的最佳效果。所以，可以认为上述结果已达到该萃取体系脱酚的最佳效果。42处理后废水处理后废水CODCOD值分析值分析 根据实验以及理论分析，采用溶剂萃取，可以有效地降低酚的浓度，但是不能将COD降到2000 mg/L以下。33.5废水COD 4000mg/L酚COD600mg/L脂肪酸COD2500mg/L其它COD900mg/L43流程改造图1500 加 酸 至去 生 化 处 理酚水萃取物萃 取 物补 充高 级 氧 化脱氨塔溶 剂 储 槽酚塔油 水 分 离 器静 态 混 合 器塔取萃脱酸塔44出 萃 取 塔 萃 余 液 9固 定 氨总水游 离 氨总 酚脂 肪 酸油水总 酚总油 水 分 离 器 的 油 相 8油脂 肪 酸总 酚游 离 氨水总固 定 氨出 油 水 分 离 器 萃 余 液 6进 萃 取 塔 萃 取 剂 7总总 酚水水总 酚总进 静 态 混 合 器 萃 取 物 5进 静 态 混 合 器 酚 水 3固 定 氨总水游 离 氨总 酚脂 肪 酸油酚水萃取物萃 取 物油 水 分 离 器静 态 混 合 器塔取萃酚 塔脱 氨 塔萃取单元物料衡算45酚塔酚塔塔釜出料10总总酚油水分离器的油相8总总酚水粗酚溶剂槽酚塔塔顶出料11水总酚总萃取物料酚塔物料衡算图461500 脱氨塔萃取塔溶剂槽油脂肪酸总酚游离氨水总固定氨出萃取塔萃余液9脱氨塔顶出料12总水游离氨脂肪酸脱氨后稀酚水13总水游离氨总酚脂肪酸油水游离氨总脱氨塔侧线出氨14脱氨塔物料衡算图47三、三、经经 济济 分分 析析