化工生产过程如何处理副产品

化工生产过程如何处理副产品

在正常操作条件下，废物在反应器中产生的方式有以下六种：

① 如果由于某种原因不能将未反应的原料送回反应器进行再循环，那么较低的转化率将使未反应的原料变成废物。

② 主反应生成废物副产品；如：

进料1 ＋ 进料2 → 产品 ＋ 废物副产品

③ 副反应生成废物副产品；如：

进料1 ＋ 进料2 → 产品

产品 废物副产品

④ 原料中的杂质能参加反应生成废物副产品。

⑤ 在一个反应系统中生成的废物副产品，可能会在不同的反应系统中进一步反应而得到转化。

⑥ 催化剂失活而需要更换，或催化剂从反应器中流失而不能再循环利用。

下面逐一分析如何减少上述反应器产生的废物。

1、 当未反应的原料难于再循环利用时，减少废物

① 提高单一不可逆反应转化率 如果未反应的原料难于分离和再循环，那么就必须尽可能提高转化率。若为不可逆反应，那么利用反应器中较长的停留时间，较高的温度和压力或者三者同时利用，就能促使转化率由低变高。

② 提高单一可逆反应转化率 如果未反应的原料难于分离和再循环而且恰恰又遇到可逆反应，那么这种情况就较难处理。

ü 过量的反应物。可以使一种反应物过量而达到提高平衡转化率的目的。

ü 在反应过程中移走产物。在反应中止之前及时分离移出产物就能得到较高的平衡转化率。

ü惰性物质浓度。有些反应或许是在惰性物质存在的条件下进行的。这种惰性物质可能是液相反应中的溶剂或者气相反应中的惰性气体。如果反应过程摩尔分数增加，那么加入惰性物质将提高平衡转化率。相反，如果反应过程摩尔分数下降，那么就应该降低惰性物质浓度。如果反应过程摩尔分数不变，那么惰性物质对平衡转化率就没有影响。

ü 反应温度。对于吸热反应，在符合反应器制造材料、催化剂寿命和生产安全等限制条件下，反应温度越高越好。对于放热反应，理想的反应温度随转化率的升高而连续下降。

ü反应压力。对于摩尔分数减少的气相反应，在符合实际条件下其反应压力越高越好。但是，必须考虑到要获得高压必须采用昂贵的高压设备（如压缩机和反应器），同时可能会带来生产安全问题。对于摩尔分数增加的反应。理想的操作条件应该是使反应物压力随转化率的提高而连续下降。降低绝对压力或者加入惰性稀释剂都会引起反应物压力的降低。

如果未反应原料的分离与再循环不成问题，那么不必急于追求过高的反应转化率。

2、 从生成废物副产品的主反应中减少废物

如果在主反应中生成废物副产品，那么只有采用不同的反应过程，即不同的反应路径才能避免废物生成。

3、 从生成废物副产品的复合反应中减少废物

在复合反应系统中，除了上面描述的单一反应产生的废物外，由于副反应也产生废物副产品，所以复合反应系统能生成更多的废物。以下简单地总结一下怎样才能使复合反应系统生成的废物最少。

① 反应器类型 首先，选择正确的反应器类型，使反应器在给定的转化率条件下具有最大的选择性。

② 反应物浓度 常常通过下列的一种或几种办法提高选择性：

ü 当反应物不止一种时，使其中一种反应物过量；

ü 如果生成副产物的反应是可逆反应而且反应过程摩尔数减少，则增加惰性物质浓度；

ü 如果生成副产物的反应是可逆反应而且反应过程摩尔数增加，则减少惰性物质浓度；

ü 在进行下一步反应和分离之前，在反应过程中移出产物；

ü 如果生成副产物的反应是可逆反应，则使废物副产品循环回到反应器。

在适当的条件下，使用上述的每一种方法都能减少废物。

③ 反应温度和压力 如果反应温度或压力对主、副反应的影响显著不同，那么就应控制温度或压力来提高选择性，从而使来自反应器的废物副产物最少。

④ 催化剂 催化剂对选择性起主要作用。改变催化剂能改变主、副反应之间的相互影响。

4、 从发生反应的进料杂质角度减少废物

如果进料中的杂质参加反应，那么就会使进料、产品或者两者均转变为废物。避免这种废物产生的最直接的方法是将进料进行精制提纯。但是，必须考虑精制进料而增加的费用和原料减少、产品分离及废物处理而减少的费用之间的权衡问题。

5、 提高废物副产品品味而减少废物

废物副产品有时被强迫在另一个不同的反应系统中进一步反应，从而提高其品味转变为有用的物质。

6、 减少催化剂废物

均相和非均相催化剂均可使用。一般而言，应尽可能使用非均相催化剂，应为均相催化剂的分离和再循环比较困难而且产生废物。

非均相催化剂的应用比较普遍，但存在的问题是非均相催化剂因为失活而必须更换。如果进料或再循环流股中杂质使催化剂寿命缩短，那么就应该设计附加的分离系统在原料进入反应器之前除去这些杂质。如果催化剂对极端条件敏感（如高压），那么下列一些办法有助于避免局部热点形成而延长催化剂寿命：

ü 较好的流率分布；

ü 较好的传热；

ü 加入催化剂稀释剂；

ü 较好的仪表和控制。

流化床催化反应器由于固体颗粒的磨蚀，形成微小粉末并因其流失而损失催化剂。使用有效的分离方法，分离反应产物中的催化剂细微颗粒并再循环利用，将一定程度上减少催化剂废物。然而，从长远的利益出发，提高催化剂机械强度是减少催化剂废物的最好办法。

二、分离与再循环系统产生的废物最小化

如果分离系统能够有效地进行分离和再循环，那么该系统产生地废物就最小。实现分离与再循环系统废物最小化的办法有下列五种：

ü 废物直接再循环；

ü 精制进料减少杂质；

ü 除去分离过程种加入的多余物质；

ü 使用附加的废物分离系统提高回收率；

ü 使用附加的反应和废物分离系统提高回收率。

以上考虑这五种方法的一般顺序，但它并不总是正确的。其最佳顺序取决于具体加工过程。每一种方法对废物最小化的影响程度，依加工过程而异。

1、废物直接再循环 有时将废物直接再循环就可减少废物排放。很明显这是减少废物的最简单的办法，如果能做到这一步，就应该首先考虑。在大多数情况下，能直接再循环的废物流股常常是废水，虽然它已被污染，但仍然能代替部分新鲜水作为进料使用。

在某些情况下，废水流股也能在不同的加工过程之间进行再循环。来自一个加工过程的废水可以成为另一个加工过程的进料。只是这种废料交换的范围并没有被充分认识到。主要是因为这种废物交换，常常被认为是废物在不同的公司或加工过程之间的转移。

如果能够将废物流股直接再循环利用，那么很明显这是减少废物的最简单办法。但是在大多数情况下，废物流股直接再循环需要增加额外的分离系统或采用不同的分离方法以降低废物的产生。

2、进料提纯进料带入的杂质不可避免地要产生废物。如果进料中的杂质参加反应，那么它将增加反应器产生的废物。如果进料杂质不参加反应，那么应采用分离方法将杂质分离出去。当采用气体吹扫除去杂质时，产生的废物最多。只有当杂质在再循环流股中聚集到较高浓度时才用气体吹扫，以便减少随杂质除去的原料和产品。然而，下面两个因素限制了再循环流股中杂质的浓度：

ü 较高的惰性组分浓度对反应器的性能有不利影响；

ü 当越来越多的进料杂质进行再循环时，其费用会不断增加，以致使增加的费用超过了节省下来的原料费用。

一般情况下，除去杂质的最好办法是在开始加工之前将原料提纯。

3、除去分离过程中加入的多余物质实现分离与再循环系统废物最小化的第三种办法是除去在分离过程中加入的多余物质（例如，在分离过程中加入的有机或无机溶剂；或是用于沉淀溶液中其他物质的酸和碱等）。如果在分离过程中加入的这些多余物质能够有效地循环利用，则就不会产生太多的废物。但有时是做不到的。在这种情况下，排放的这些多余物质就变成了废物。只有改变分离方法，比如用蒸汽代替沉淀，才能降低这类废物的产生。

4、附加分离与再循环系统如果前面介绍的废物直接再循环、进料精制和除去分离过程中加入的多余物质这三种方法，都不能用来有效减少分离与再循环系统产生的废物，那么应考虑提高废物流股中有用物质的回收率。废物流股一旦被丢弃，它含有的任何有用物质都将变为和流出物一样的废物。在这种情况下，需要认真确定回收率的大小。或许增加分离有用物质的设备，并将回收的有用物质再循环是比较经济的办法。

5、附加反应和废物分离与再循环系统 有时也可能使废物流股进一步反应和分离以减少废物的排放。

三、加工操作产生的废物最小化

除反应器和分离与再循环系统外，产生加工废物的第三个来源是加工操作。

1、加工操作过程中的废物来源

（1）连续过程的开、停车

ü 反应器的转化率低于设计值

ü 反应器不在最佳操作条件下操作，从而产生（额外的）不需要的副产品。这种情况不但因为生成副产品而损失了原料，而且可能阻止开车产生的物料进行再循环利用。

ü 分离设备在非稳态条件下操作，产生的中间物因组成不符合要求，而不能进行再循环利用。即使中间物能进行再循环利用，也可能因再循环物流不符合规定要求，而导致反应器产生（额外的）不需要的副产品。

ü 中间产物因下游设备无法加工而不能进一步处理。

ü 分离设备在稳态操作条件下能从废物流股中分离出有用的物质。然而当分离设备在非稳态操作条件下操作时，它就不能有效地分离废物流股中的有用物质，从而造成这些物质的流失。

ü 分离设备在非稳态操作下操作时，生产的产品不能满足销售要求。

（2）产品转换

ü 在连续过程中，多产品化工厂在产品转换过程中的废物来源与前述开、停车操作过程中的废物来源完全一样。

ü 在间歇和连续过程中，产品转换时为避免污染新产品而需要清洗设备。但因清洗设备物料不能循环利用，产生了废物。

（3）设备清洗与维修，装填储罐和泄漏

ü 为保证生产安全，设备需要清洗和维修。

ü 加工过程中，给物料储罐和公路、铁路运输罐车装料时，储罐及运输罐内空气中存留的物料就会被排放到大气中。

ü 在用管道、阀门、泵和压缩机输送物料时，管道法兰、阀门压盖及泵和压缩机的密封处都会因磨损而产生泄漏。

2、加工操作过程中的废物最小化

ü 设计具有较强适应能力的设备，使停车次数降低到最小，安装较可靠的设备或备用设备；

ü 设计具有柔性操作的连续过程，即能够很快降低处理量而不是关闭设备；

ü 考虑将间歇过程改为连续过程。间歇过程的本质是非稳态操作，所以很难维持最佳操作状态；

ü 安装适量的中间储罐，以便不合格物料的再加工处理；

ü 产品转换过程中因必须清洗设备而产生废物，如果安排的生产计划能使产品转换次数最少，那么因此而产生的废物也就最少；

ü 安装废料回收系统用于设备清洗液和废样品液的分离，并在可能的条件下再循环使用，这通常需要安装不同的污物管道并将其连接到废液罐，分别收集有机和无机废物，在可能的条件下将收集到的废物分离或分离后再循环使用。

四、公用工程产生的废物最小化

公用工程系统也产生废物。它的主要来源是锅炉和加热炉释放的燃烧产物、水处理系统产生的废水和锅炉清洗液等。公用工程系统废物最小化可以概括为下列问题：

ü 通过提高热量回收，使过程具有更高的能量利用率，减少来自加热炉、蒸汽锅炉和燃气轮机的燃烧产物；

ü 通过提高热量回收，降低加工过程蒸汽用量和提高蒸汽生产系统自身的效率，减少蒸汽发生系统产生的废水；

ü 减少冷却水系统产生的废水。

你们厂的废品处理系统没有形成体系么 找下游产业消耗掉