Entwicklung und Profil

Biotechnologie kann definiert werden als die Anwendung biologischer Systeme auf technische und industrielle Prozesse. Es umfasst sowohl traditionelle als auch gentechnisch veränderte Organismen. Die traditionelle Biotechnologie ist das Ergebnis der klassischen Hybridisierung, Paarung oder Kreuzung verschiedener Organismen, um neue Organismen zu schaffen, die seit Jahrhunderten zur Herstellung von Brot, Bier, Käse, Soja, Sake, Vitaminen, Hybridpflanzen und Antibiotika verwendet werden. In jüngerer Zeit wurden auch verschiedene Organismen zur Behandlung von Abwasser, menschlichen Abwässern und industriellen Giftabfällen verwendet.

Die moderne Biotechnologie kombiniert die Prinzipien der Chemie und Biowissenschaften (Molekular- und Zellbiologie, Genetik, Immunologie) mit technologischen Disziplinen (Ingenieurwissenschaften, Informatik) zur Herstellung von Gütern und Dienstleistungen und für das Umweltmanagement. Die moderne Biotechnologie verwendet Restriktionsenzyme, um genetische Informationen, DNA, von einem Organismus zu einem anderen außerhalb lebender Zellen zu schneiden und einzufügen. Die zusammengesetzte DNA wird dann wieder in Wirtszellen eingeführt, um zu bestimmen, ob das gewünschte Merkmal exprimiert wird. Die resultierende Zelle wird als gentechnisch veränderter Klon, rekombinanter oder genetisch manipulierter Organismus (GMO) bezeichnet. Die „moderne“ Biotechnologieindustrie wurde 1961-1965 mit der Entschlüsselung des genetischen Codes geboren und ist seit den ersten erfolgreichen DNA-Klonexperimenten im Jahr 1972 dramatisch gewachsen.

Seit den frühen 1970er Jahren haben Wissenschaftler verstanden, dass die Gentechnik eine äußerst leistungsfähige und vielversprechende Technologie ist, aber dass potenziell ernsthafte Risiken zu berücksichtigen sind. Bereits 1974 forderten Wissenschaftler ein weltweites Moratorium für bestimmte Arten von Experimenten, um die Risiken abzuschätzen und geeignete Richtlinien zur Vermeidung biologischer und ökologischer Gefahren zu erarbeiten (Committee on Recombinant DNA Molecules, National Research Council, National Academy of Sciences 1974 ). Einige der geäußerten Bedenken betrafen das mögliche „Entweichen von Vektoren, die einen irreversiblen Prozess einleiten könnten, mit einem Potenzial, Probleme zu schaffen, die um ein Vielfaches größer sind als diejenigen, die sich aus der Vielzahl genetischer Rekombinationen ergeben, die spontan in der Natur auftreten“. Es gab Bedenken, dass „Mikroorganismen mit transplantierten Genen sich als gefährlich für den Menschen oder andere Lebensformen erweisen könnten. Schaden könnte entstehen, wenn die veränderte Wirtszelle einen Wettbewerbsvorteil hat, der ihr Überleben in einer Nische innerhalb des Ökosystems fördern würde“ (NIH 1976). Es war auch klar, dass Labormitarbeiter die „Kanarienvögel in der Kohlenmine“ sein würden und einige Versuche unternommen werden sollten, die Arbeiter sowie die Umwelt vor den unbekannten und potenziell ernsten Gefahren zu schützen.

Im Februar 1975 fand in Asilomar, Kalifornien, eine internationale Konferenz statt. Ihr Bericht enthielt die ersten Konsensrichtlinien, die auf biologischen und physikalischen Eindämmungsstrategien zur Kontrolle potenzieller Gefahren basierten, die von der neuen Technologie ausgehen. Bestimmte Experimente wurden als so schwerwiegende potenzielle Gefahren beurteilt, dass die Konferenz damals von ihrer Durchführung abriet (NIH 1976). Das folgende Werk wurde ursprünglich verboten:

• arbeiten mit DNA von pathogenen Organismen und Onkogenen
• Bildung von Rekombinanten, die Toxin-Gene enthalten
• Arbeiten, die das Wirtsspektrum von Pflanzenpathogenen erweitern könnten
• Einschleusen von Arzneimittelresistenzgenen in Organismen, von denen nicht bekannt ist, dass sie diese auf natürliche Weise erwerben, und bei denen die Behandlung beeinträchtigt wäre
• absichtliche Freisetzung in die Umwelt (Freifelder 1978).

 

In den Vereinigten Staaten wurden 1976 die ersten National Institutes of Health Guidelines (NIHG) veröffentlicht, die die Asilomar-Richtlinien ersetzten. Diese NIHG erlaubten der Forschung, Experimente nach Gefahrenklassen einzustufen, basierend auf den Risiken, die mit Wirtszellen, Vektorsystemen, die Gene in die Zellen transportieren, und Geninserts verbunden sind, wodurch die Durchführung der Experimente auf der Grundlage einer Risikobewertung erlaubt oder eingeschränkt wurde. Die grundlegende Prämisse des NIHG – Arbeitnehmerschutz und damit auch die Sicherheit der Gemeinschaft zu gewährleisten – gilt auch heute noch (NIH 1996). Die NIHG werden regelmäßig aktualisiert und haben sich in den USA zu einem weithin akzeptierten Standard für die Biotechnologie entwickelt. Die Einhaltung wird von Institutionen verlangt, die Bundesmittel erhalten, sowie von vielen örtlichen Stadt- oder Gemeindeverordnungen. Das NIHG bildet eine Grundlage für Vorschriften in anderen Ländern der Welt, einschließlich der Schweiz (SCBS 1995) und Japan (National Institute of Health 1996).

Seit 1976 wurden die NIHG erweitert, um Eindämmungs- und Genehmigungserwägungen für neue Technologien, einschließlich groß angelegter Produktionsanlagen und Vorschläge für somatische Gentherapien bei Pflanzen, Tieren und Menschen, aufzunehmen. Einige der ursprünglich verbotenen Experimente sind jetzt mit ausdrücklicher Genehmigung des NIH oder mit bestimmten Eindämmungspraktiken erlaubt.

1986 veröffentlichte das US Office of Science and Technology Policy (OSTP) sein Coordinated Framework for Biotechnology Regulation. Es befasste sich mit der zugrunde liegenden politischen Frage, ob die bestehenden Vorschriften ausreichen, um aus den neuen Technologien abgeleitete Produkte zu bewerten, und ob die Überprüfungsverfahren für die Forschung ausreichen, um die Öffentlichkeit und die Umwelt zu schützen. Die US-Regulierungs- und Forschungsbehörden (Environmental Protection Agency (EPA), Food and Drug Administration (FDA), Occupational Safety and Health Administration (OSHA), NIH, US Department of Agriculture (USDA) und National Science Foundation (NSF)) stimmten zu Produkte regulieren, nicht Prozesse, und dass keine neuen Sonderregelungen zum Schutz der Arbeitnehmer, der Bevölkerung oder der Umwelt erforderlich seien. Die Richtlinie wurde eingeführt, um regulatorische Programme in integrierter und koordinierter Weise durchzuführen, Überschneidungen zu minimieren, und die Verantwortung für die Produktzulassung würde, soweit möglich, bei einer Behörde liegen. Die Agenturen würden ihre Bemühungen koordinieren, indem sie konsistente Definitionen annehmen und wissenschaftliche Überprüfungen (Risikobewertungen) von vergleichbarer wissenschaftlicher Strenge verwenden (OSHA 1984; OSTP 1986).

Das NIHG und das Coordinated Framework haben für ein angemessenes Maß an objektiver wissenschaftlicher Diskussion und öffentlicher Beteiligung gesorgt, was dazu geführt hat, dass sich die US-amerikanische Biotechnologie zu einer Multimilliarden-Dollar-Industrie entwickelt hat. Vor 1970 waren weniger als 100 Unternehmen in allen Aspekten der modernen Biotechnologie tätig. Bis 1977 kamen weitere 125 Firmen hinzu; 1983 brachten weitere 381 Unternehmen das Niveau der privaten Kapitalinvestitionen auf über 1 Milliarde Dollar. Bis 1994 war die Branche auf mehr als 1,230 Unternehmen angewachsen (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee 1993), und die Marktkapitalisierung beträgt mehr als 6 Milliarden US-Dollar.

Die Beschäftigung in US-amerikanischen Biotechnologieunternehmen betrug 1980 etwa 700 Personen; 1994 beschäftigten ungefähr 1,300 Unternehmen mehr als 100,000 Arbeitnehmer (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee 1993). Darüber hinaus gibt es eine ganze Hilfsindustrie, die Lieferungen (Chemikalien, Medienkomponenten, Zelllinien), Ausrüstung, Instrumente und Dienstleistungen (Zellbanking, Validierung, Kalibrierung) bereitstellt, die zur Gewährleistung der Integrität der Forschung und Produktion erforderlich sind.

Überall auf der Welt gab es ein großes Maß an Besorgnis und Skepsis hinsichtlich der Sicherheit der Wissenschaft und ihrer Produkte. Der Rat der Europäischen Gemeinschaften (Parlament der Europäischen Gemeinschaften 1987) entwickelte Richtlinien zum Schutz der Arbeitnehmer vor den Risiken im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber biologischen Stoffen (Rat der Europäischen Gemeinschaften 1990a) und zur Einführung von Umweltkontrollen bei experimentellen und kommerziellen Aktivitäten, einschließlich der absichtlichen Freisetzung. „Freisetzung“ umfasst die Vermarktung von Produkten unter Verwendung von GVO (Council of the European Communities 1990b; Van Houten und Flemming 1993). Normen und Richtlinien für biotechnologische Produkte wurden von internationalen und multilateralen Organisationen wie der Weltgesundheitsorganisation (WHO), der International Standards Organization (ISO), der Kommission der Europäischen Gemeinschaft, der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (FAO) und dem Microbial Strains Data Network entwickelt ( OSTP 1986).

Die moderne Biotechnologiebranche kann in vier große Industriesektoren unterteilt werden, die jeweils über Labor-, Feld- und/oder klinische Forschung und Entwicklung (F&E) verfügen, die die eigentliche Produktion von Waren und Dienstleistungen unterstützen.

• biomedizinische Pharmazeutika, Biologika und Medizinprodukte
• landwirtschaftliche Lebensmittel, transgene Fische und Tiere, krankheitsresistente und schädlingsresistente Pflanzen
• gentechnisch veränderte Industrieprodukte wie Zitronensäure, Butanol, Aceton, Ethanol und Waschmittelenzyme (siehe Tabelle 1)
• Umwelt-Abwasserbehandlung, Dekontaminierung von Industrieabfällen.

 

Table 1. Mikroorganismen von industrieller Bedeutung

* Wichtig für die moderne Biotechnologie.

 

Biotechnologische Arbeiter

Die Biotechnologie beginnt im Forschungslabor und ist eine multidisziplinäre Wissenschaft. Molekular- und Zellbiologen, Immunologen, Genetiker, Protein- und Peptidchemiker, Biochemiker und Biochemieingenieure sind den tatsächlichen und potenziellen Gefahren der rekombinanten DNA (rDNA)-Technologie am unmittelbarsten ausgesetzt. Zu den anderen Arbeitnehmern, die möglicherweise weniger direkt rDNA-Biogefahren ausgesetzt sind, gehören Service- und Hilfspersonal wie Lüftungs- und Kältetechniker, Kalibrierdienstleister und Haushaltspersonal. In einer kürzlich durchgeführten Umfrage unter Gesundheits- und Sicherheitsfachleuten in der Branche wurde festgestellt, dass die direkt und indirekt exponierten Arbeitnehmer etwa 30 bis 40 % der Gesamtbelegschaft in typischen kommerziellen Biotechnologieunternehmen ausmachen (Lee und Ryan 1996). Biotechnologische Forschung ist nicht auf die „Industrie“ beschränkt; Es wird auch in akademischen, medizinischen und staatlichen Institutionen durchgeführt.

Biotechnologische Labormitarbeiter sind einer Vielzahl von gefährlichen und toxischen Chemikalien, rekombinanten und nicht-rekombinanten oder „Wildtyp“-Biogefahren, durch menschliches Blut übertragbaren Krankheitserregern und zoonotischen Erkrankungen sowie radioaktiven Materialien ausgesetzt, die in Markierungsexperimenten verwendet werden. Darüber hinaus werden Muskel-Skelett-Erkrankungen und Verletzungen durch wiederholte Belastung aufgrund der umfangreichen Verwendung von Computern und manuellen Mikropipetten immer häufiger als potenzielle Gefahren für Forscher erkannt.

Betreiber von Biotechnologie-Herstellern sind ebenfalls gefährlichen Chemikalien ausgesetzt, jedoch nicht der Vielfalt, die man in der Forschung sieht. Je nach Produkt und Prozess kann es bei der Herstellung zu einer Exposition gegenüber Radionukliden kommen. Selbst bei der niedrigsten Biogefährdungsstufe sind biotechnologische Herstellungsprozesse geschlossene Systeme, und das Potenzial für eine Exposition gegenüber rekombinanten Kulturen ist gering, außer im Falle von Unfällen. In biomedizinischen Produktionsstätten ergänzt die Anwendung aktueller guter Herstellungspraktiken die Biosicherheitsrichtlinien zum Schutz der Arbeiter in der Fabrikhalle. Zu den Hauptgefahren für Fertigungsarbeiter in GLSP-Betrieben (Good Large-Scale Practice) mit ungefährlichen rekombinanten Organismen gehören traumatische Muskel-Skelett-Verletzungen (z. B. Rückenzerrungen und Schmerzen), thermische Verbrennungen durch Dampfleitungen und chemische Verbrennungen durch Säuren und Laugen (Phosphorsäure). , Natrium- und Kaliumhydroxid), die in dem Verfahren verwendet werden.

Mitarbeiter des Gesundheitswesens, einschließlich klinischer Labortechniker, sind während der Verabreichung von Arzneimitteln und der Versorgung von Patienten, die an diesen experimentellen Verfahren teilnehmen, Gentherapievektoren, Exkrementen und Laborproben ausgesetzt. Haushälterinnen können ebenfalls entlarvt werden. Arbeitnehmer- und Umweltschutz sind zwei obligatorische Versuchspunkte, die bei der Beantragung von Humangentherapie-Experimenten beim NIH zu berücksichtigen sind (NIH 1996).

Landarbeiter können während der Anwendung von Pestiziden, beim Pflanzen, Ernten und Verarbeiten rekombinanten Produkten, Pflanzen oder Tieren stark ausgesetzt sein. Unabhängig vom potenziellen Biogefährdungsrisiko durch die Exposition gegenüber genetisch veränderten Pflanzen und Tieren sind auch die traditionellen physikalischen Gefahren im Zusammenhang mit landwirtschaftlichen Geräten und der Tierhaltung vorhanden. Technische Kontrollen, PSA, Ausbildung und medizinische Überwachung werden entsprechend den erwarteten Risiken eingesetzt (Legaspi und Zenz 1994; Pratt und May 1994). PSA einschließlich Overalls, Atemschutzmasken, Arbeitshandschuhe, Schutzbrillen oder Hauben sind wichtig für die Arbeitssicherheit während der Anwendung, des Wachstums und der Ernte der gentechnisch veränderten Pflanzen oder Bodenorganismen.

Prozesse und Gefahren

Bei biotechnologischen Prozessen im biomedizinischen Bereich werden gezielt modifizierte Zellen oder Organismen zu gewünschten Produkten in Monokultur-Bioreaktoren kultiviert. In Säugetierzellkulturen wird das Proteinprodukt von den Zellen in das umgebende Nährmedium ausgeschieden, und eine Vielzahl chemischer Trennverfahren (Größen- oder Affinitätschromatographie, Elektrophorese) kann verwendet werden, um das Produkt einzufangen und zu reinigen. Woher Escherichia coli Wirtsorganismen werden in Fermentationen verwendet, das gewünschte Produkt wird innerhalb der Zellmembran produziert und die Zellen müssen physikalisch aufgebrochen werden, um das Produkt zu ernten. Endotoxin-Exposition ist eine potenzielle Gefahr dieses Prozesses. Häufig werden den Produktionsmedien Antibiotika zugesetzt, um die Produktion des gewünschten Produkts zu steigern oder den selektiven Druck auf ansonsten instabile genetische Produktionselemente (Plasmide) aufrechtzuerhalten. Allergische Empfindlichkeiten gegenüber diesen Materialien sind möglich. Im Allgemeinen handelt es sich dabei um Aerosolexpositionsrisiken.

Leckagen und Freisetzungen von Aerosolen sind zu erwarten, und eine potenzielle Exposition wird auf verschiedene Weise kontrolliert. Durchdringungen in den Reaktorbehältern sind notwendig für die Zufuhr von Nährstoffen und Sauerstoff, für das Ausgasen von Kohlendioxid (CO₂) und zur Überwachung und Steuerung des Systems. Jede Penetration muss versiegelt oder gefiltert werden (0.2 Mikron), um eine Kontamination der Kultur zu verhindern. Die Abgasfiltration schützt auch Arbeiter und Umgebung im Arbeitsbereich vor Aerosolen, die während der Kultur oder Fermentation entstehen. Je nach Biogefährdungspotenzial der Anlage ist eine validierte biologische Inaktivierung flüssiger Abwässer (meist durch Hitze, Dampf oder chemische Verfahren) gängige Praxis. Andere potenzielle Gefahren in der biotechnologischen Fertigung ähneln denen in anderen Branchen: Lärm, mechanische Schutzvorrichtungen, Dampf-/Hitzeverbrennungen, Kontakt mit ätzenden Stoffen und so weiter.

Enzyme und industrielle Fermentation werden hierin an anderer Stelle behandelt Enzyklopädie und umfassen die Prozesse, Gefahren und Kontrollen, die für gentechnisch veränderte Produktionssysteme ähnlich sind.

Die traditionelle Landwirtschaft hängt von der Stammentwicklung ab, die die traditionelle Kreuzung verwandter Pflanzenarten nutzt. Der große Vorteil gentechnisch veränderter Pflanzen besteht darin, dass die Zeit zwischen den Generationen und die Anzahl der Kreuzungen, die zum Erhalt des gewünschten Merkmals erforderlich sind, stark reduziert werden. Auch die derzeit unpopuläre Abhängigkeit von chemischen Pestiziden und Düngemitteln (die zur Verschmutzung durch Abflüsse beitragen) begünstigt eine Technologie, die diese Anwendungen möglicherweise unnötig macht.

Die Pflanzenbiotechnologie umfasst die Auswahl einer genetisch anpassungsfähigen und/oder finanziell bedeutenden Pflanzenart für Modifikationen. Da Pflanzenzellen feste Zellwände aus Zellulose haben, unterscheiden sich die Methoden zum Transfer von DNA in Pflanzenzellen von denen, die für Bakterien und Säugetierzelllinien im biomedizinischen Bereich verwendet werden. Es gibt zwei primäre Methoden, die zum Einführen von fremder gentechnisch veränderter DNA in Pflanzenzellen verwendet werden (Watrud, Metz und Fishoff 1996):

• eine Partikelkanone schießt DNA in die interessierende Zelle
• ein entwaffneter, nicht tumorigener Agrobacterium tumefaciens Virus fügt Genkassetten in das Erbgut der Zelle ein.

 

Wildtyp Agrobacterium tumefaciens ist ein natürlicher Pflanzenpathogen, der Kronengallentumoren in verletzten Pflanzen verursacht. Diese entwaffneten, gentechnisch veränderten Vektorstämme verursachen keine Pflanzentumorbildung.

Nach der Transformation durch jedes Verfahren werden die Pflanzenzellen verdünnt, ausplattiert und auf selektiven Gewebekulturmedien für einen relativ langen Zeitraum (im Vergleich zu bakteriellen Wachstumsraten) in Pflanzenwachstumskammern oder Inkubatoren gezüchtet. Pflanzen, die aus dem behandelten Gewebe regeneriert wurden, werden zum weiteren Wachstum in umschlossene Wachstumskammern in Erde verpflanzt. Nach Erreichen des entsprechenden Alters werden sie auf die Ausprägung der gewünschten Merkmale untersucht und dann in Gewächshäusern angebaut. Mehrere Generationen von Gewächshausexperimenten sind erforderlich, um die genetische Stabilität des interessierenden Merkmals zu bewerten und das benötigte Saatgut für weitere Studien zu generieren. Während dieser Phase der Arbeit werden auch Daten über die Umweltauswirkungen gesammelt und mit Vorschlägen an die Regulierungsbehörden für die Freigabe von Freilandversuchen übermittelt.

Kontrollen: Das Beispiel der Vereinigten Staaten

Das NIHG (NIH 1996) beschreibt einen systematischen Ansatz, um sowohl die Exposition der Arbeiter gegenüber als auch die Freisetzung rekombinanter Organismen in die Umwelt zu verhindern. Jede Institution (z. B. Universität, Krankenhaus oder kommerzielles Labor) ist dafür verantwortlich, rDNA-Forschung sicher und in Übereinstimmung mit dem NIHG durchzuführen. Dies wird durch ein Verwaltungssystem erreicht, das Verantwortlichkeiten definiert und umfassende Risikobewertungen durch sachkundige Wissenschaftler und Biosicherheitsbeauftragte, die Umsetzung von Expositionskontrollen, medizinische Überwachungsprogramme und Notfallplanung erfordert. Ein Institutional Biosafety Committee (IBC) stellt die Mechanismen für die Überprüfung und Genehmigung von Experimenten innerhalb der Institution bereit. In einigen Fällen ist die Genehmigung des NIH Recombinant Advisory Committee (RAC) selbst erforderlich.

Der Grad der Kontrolle hängt von der Schwere des Risikos ab und wird in Bezug auf die Biosafety Level (BL) Bezeichnungen 1-4 beschrieben; BL1 ist am wenigsten restriktiv und BL4 am stärksten. Eindämmungsrichtlinien werden für Forschung, Forschung und Entwicklung im großen Maßstab (mehr als 10 Liter Kultur), großtechnische Produktion sowie Tier- und Pflanzenversuche im großen und kleinen Maßstab gegeben.

Anhang G des NIHG (NIH 1996) beschreibt die physische Eindämmung im Labormaßstab. BL1 ist für die Arbeit mit Stoffen geeignet, von denen keine bekannte oder minimale potenzielle Gefahr für das Laborpersonal oder die Umwelt besteht. Das Labor ist nicht von der allgemeinen Verkehrsführung im Gebäude getrennt. Gearbeitet wird auf den offenen Tischplatten. Es sind keine speziellen Eindämmungsvorrichtungen erforderlich oder werden verwendet. Das Laborpersonal wird in Laborverfahren geschult und von einem Wissenschaftler mit allgemeiner Ausbildung in Mikrobiologie oder einer verwandten Wissenschaft beaufsichtigt.

BL2 ist geeignet für Arbeiten mit Arbeitsstoffen mit mittlerem Gefährdungspotenzial für Personal und Umwelt. Der Zugang zum Labor ist während der Arbeit eingeschränkt, die Arbeiter sind im Umgang mit Krankheitserregern speziell geschult und werden von kompetenten Wissenschaftlern geleitet, und Arbeiten, bei denen Aerosole entstehen, werden in biologischen Sicherheitswerkbänken oder anderen Sicherheitseinrichtungen durchgeführt. Diese Arbeit kann gegebenenfalls eine medizinische Überwachung oder Impfungen erfordern, die von der IBC festgelegt werden.

BL3 ist anwendbar, wenn mit einheimischen oder exotischen Arbeitsstoffen gearbeitet wird, die durch Einatmen schwere oder möglicherweise tödliche Krankheiten verursachen können. Die Arbeiter sind speziell geschult und werden von kompetenten Wissenschaftlern überwacht, die Erfahrung im Umgang mit diesen gefährlichen Stoffen haben. Alle Verfahren werden unter Containment-Bedingungen durchgeführt, die spezielle Technik und PSA erfordern.

BL4 ist den gefährlichsten und exotischsten Wirkstoffen vorbehalten, die ein hohes individuelles und gemeinschaftliches Risiko einer lebensbedrohlichen Erkrankung darstellen. Weltweit gibt es nur wenige BL4-Labore.

Anhang K befasst sich mit dem physischen Containment für Forschungs- oder Produktionsaktivitäten in Mengen von mehr als 10 l (großer Maßstab). Wie in den Small-Scale-Richtlinien gibt es eine Hierarchie der Containment-Anforderungen vom niedrigsten zum höchsten Gefahrenpotential: GLSP bis BL3-Large-Scale (BL3-LS).

Das NIHG, Anhang P, deckt die Arbeit mit Pflanzen im Labormaßstab, in der Wachstumskammer und im Gewächshausmaßstab ab. In der Einleitung heißt es: „Der Hauptzweck der Eindämmung von Pflanzen besteht darin, die unbeabsichtigte Übertragung eines rekombinante DNA enthaltenden Pflanzengenoms, einschließlich Kern- oder Organellen-Erbmaterial, oder die Freisetzung von mit Pflanzen assoziierten, von rekombinanter DNA abgeleiteten Organismen zu verhindern. Im Allgemeinen stellen diese Organismen keine Gefahr für die menschliche Gesundheit oder höhere Tiere dar, es sei denn, sie werden zu diesem Zweck absichtlich modifiziert. Die unbeabsichtigte Ausbreitung eines schwerwiegenden Krankheitserregers aus einem Gewächshaus auf eine lokale landwirtschaftliche Nutzpflanze oder die unbeabsichtigte Einführung und Etablierung eines Organismus in einem neuen Ökosystem ist jedoch möglich“ (NIH 1996). In den Vereinigten Staaten sind die EPA und der Tier- und Pflanzengesundheitsinspektionsdienst (APHIS) des USDA gemeinsam für die Risikobewertung und die Überprüfung der generierten Daten verantwortlich, bevor die Genehmigung für Feldfreigabetests erteilt wird (EPA 1996; Foudin und Gay 1995). Fragen wie Persistenz und Ausbreitung in Wasser, Luft und Boden, durch Insekten- und Tierarten, das Vorhandensein anderer ähnlicher Pflanzen in der Umgebung, Umweltstabilität (Frost- oder Hitzeempfindlichkeit) und Konkurrenz mit einheimischen Arten werden bewertet – oft zuerst im Gewächshaus (Libermann et al. 1996).

Die Eindämmungsstufen für Anlagen und Praxen reichen ebenfalls von BL1 bis BL4. Typische BL1-Experimente beinhalten Selbstklonen. BL2 kann die Übertragung von Merkmalen von einem Pathogen auf eine Wirtspflanze umfassen. BL3 kann Toxinexpression oder umweltgefährdende Mittel beinhalten. Der Arbeitnehmerschutz wird auf den verschiedenen Ebenen durch PSA und technische Kontrollen wie Gewächshäuser und Gewächshäuser mit gerichtetem Luftstrom und hocheffizienten Partikelluftfiltern (HEPA) erreicht, um die Freisetzung von Pollen zu verhindern. Je nach Risiko kann der Schutz der Umwelt und der Gemeinschaft vor potenziell gefährlichen Stoffen durch biologische Kontrollen erreicht werden. Beispiele sind ein temperaturempfindliches Merkmal, ein Arzneimittelempfindlichkeitsmerkmal oder ein Ernährungserfordernis, das in der Natur nicht vorhanden ist.

Da die wissenschaftlichen Erkenntnisse zunahmen und die Technologie fortschritt, wurde erwartet, dass das NIHG überprüft und überarbeitet werden müsste. In den letzten 20 Jahren hat sich der RAC getroffen, um Änderungsvorschläge zu prüfen und zu genehmigen. Beispielsweise erlässt das NIHG keine pauschalen Verbote mehr für die absichtliche Freisetzung von gentechnisch veränderten Organismen; Freisetzungen von landwirtschaftlichen Erzeugnissen in Feldversuche und Gentherapieexperimente beim Menschen sind unter geeigneten Umständen und nach angemessener Risikobewertung zulässig. Eine sehr bedeutende Änderung des NIHG war die Schaffung der GLSP-Containment-Kategorie. Es lockerte die Eindämmungsanforderungen für „nicht pathogene, nicht toxigene rekombinante Stämme, die von Wirtsorganismen stammen, die eine lange Geschichte der sicheren Verwendung in großem Maßstab haben oder die eingebaute Umweltbeschränkungen haben, die ein optimales Wachstum im großen Maßstab, aber ein begrenztes Überleben ermöglichen ohne nachteilige Auswirkungen auf die Umwelt“ (NIH 1991). Dieser Mechanismus hat es der Technologie ermöglicht, sich weiterzuentwickeln und gleichzeitig die Sicherheitsanforderungen zu berücksichtigen.

Kontrollen: Das Beispiel der Europäischen Gemeinschaft

Im April 1990 erließ die Europäische Gemeinschaft (EG) zwei Richtlinien über die Verwendung in geschlossenen Systemen und die absichtliche Freisetzung von GVO in die Umwelt. Beide Richtlinien verpflichten die Mitgliedstaaten sicherzustellen, dass alle geeigneten Maßnahmen ergriffen werden, um schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit oder die Umwelt zu vermeiden, insbesondere indem der Benutzer alle relevanten Risiken im Voraus bewerten muss. In Deutschland wurde das Gentechnikgesetz 1990 teilweise als Reaktion auf die EG-Richtlinien erlassen, aber auch um dem Erfordernis einer gesetzlichen Genehmigung zum Bau einer Produktionsanlage für rekombinantes Insulin im Probebetrieb zu entsprechen (Reutsch und Broderick 1996). In der Schweiz basieren die Vorschriften auf dem US NIHG, Ratsrichtlinien der EG und dem deutschen Gentechnikgesetz. Die Schweizer verlangen eine jährliche Registrierung und Aktualisierung der Experimente bei der Regierung. Im Allgemeinen sind die rDNA-Standards in Europa restriktiver als in den USA, und dies hat dazu beigetragen, dass viele europäische Pharmaunternehmen die rDNA-Forschung aus ihren Heimatländern verlagert haben. Die schweizerischen Vorschriften erlauben jedoch eine Kategorie der Sicherheitsstufe Large Scale 4, die nach dem NIHG (SCBS 1995) nicht zulässig ist.

Produkte der Biotechnologie

Einige der biologischen und pharmazeutischen Produkte, die erfolgreich durch rekombinante DNA-Biotechnologien hergestellt wurden, umfassen: menschliches Insulin; menschliches Wachstumshormon; Hepatitis-Impfstoffe; alpha-Interferon; Beta-Interferon; Gamma-Interferon; Granulozyten-Kolonie-stimulierender Faktor; Gewebe-Plasminogen-Aktivator; Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor; IL2; Erythropoietin; Crymax, ein Insektizidprodukt zur Bekämpfung von Raupen in Gemüse; Baumnuss- und Weinkulturen; Flavr Savr (TM) Tomate; Chymogen, ein Enzym, das Käse herstellt; ATIII (Antithrombin III), gewonnen aus transgener Ziegenmilch, die zur Verhinderung von Blutgerinnseln bei Operationen verwendet wird; BST und PST (bovines und porcines Somatotropin) werden verwendet, um die Milch- und Fleischproduktion anzukurbeln.

Gesundheitsprobleme und Krankheitsbilder

Es gibt fünf Hauptgesundheitsgefahren durch die Exposition gegenüber Mikroorganismen oder ihren Produkten in der Biotechnologie im industriellen Maßstab:

• Infektion
• Reaktion auf Endotoxin
• Allergie gegen die Mikroorganismen
• allergische Reaktion auf ein Produkt
• toxische Reaktion auf ein Produkt.

 

Eine Infektion ist unwahrscheinlich, da in den meisten industriellen Prozessen Nicht-Pathogene verwendet werden. Es ist jedoch möglich, dass als harmlos geltende Mikroorganismen wie z Pseudomonas und Aspergillus Arten können bei immungeschwächten Personen eine Infektion verursachen (Bennett 1990). Die Exposition gegenüber Endotoxin, einem Bestandteil der Lipopolysaccharidschicht der Zellwand aller gramnegativen Bakterien, bei Konzentrationen von mehr als etwa 300 ng/m3 verursacht vorübergehende grippeähnliche Symptome (Balzer 1994). Arbeiter in vielen Branchen, einschließlich traditioneller Landwirtschaft und Biotechnologie, haben die Auswirkungen einer Endotoxin-Exposition erlebt. Auch allergische Reaktionen auf den Mikroorganismus oder das Produkt treten in vielen Branchen auf. Berufsasthma wurde in der Biotechnologiebranche für eine breite Palette von Mikroorganismen und Produkten diagnostiziert, darunter: Aspergillus niger, Penicillium spp. und Proteasen; Einige Unternehmen haben Vorfälle bei mehr als 12 % der Belegschaft festgestellt. Toxische Reaktionen können so vielfältig sein wie die Organismen und Produkte. Es hat sich gezeigt, dass die Exposition gegenüber Antibiotika zu Veränderungen der mikrobiellen Flora im Darm führt. Es ist bekannt, dass Pilze unter bestimmten Wachstumsbedingungen Toxine und Karzinogene produzieren können (Bennett 1990).

Um Bedenken auszuräumen, dass exponierte Arbeiter die ersten sein könnten, die mögliche nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit durch die neue Technologie entwickeln würden, ist die medizinische Überwachung von rDNA-Arbeitern von Anfang an Teil der NIHG. Institutionelle Biosicherheitsausschüsse sind in Absprache mit dem Arbeitsmediziner damit beauftragt, auf Projektbasis zu bestimmen, welche medizinische Überwachung angemessen ist. Abhängig von der Identität des spezifischen Agens, der Art der biologischen Gefahr, den potenziellen Expositionswegen und der Verfügbarkeit von Impfstoffen können die Komponenten des medizinischen Überwachungsprogramms körperliche Untersuchungen vor der Unterbringung, regelmäßige Nachsorgeuntersuchungen, spezifische Impfstoffe und spezifische Impfstoffe umfassen Allergie- und Krankheitsauswertungen, präexpositionelle Seren und epidemiologische Erhebungen.

Bennett (1990) hält es für unwahrscheinlich, dass genetisch veränderte Mikroorganismen ein höheres Infektions- oder Allergierisiko darstellen als der ursprüngliche Organismus, aber es könnten zusätzliche Risiken durch das neuartige Produkt oder die rDNA entstehen. Ein kürzlich erschienener Bericht weist darauf hin, dass die Expression eines Paranussallergens in transgenen Sojabohnen unerwartete gesundheitliche Auswirkungen bei Arbeitern und Verbrauchern haben kann (Nordlee et al. 1996). Andere neuartige Gefahren könnten die Verwendung tierischer Zelllinien sein, die unbekannte oder unentdeckte Onkogene oder Viren enthalten, die potenziell schädlich für den Menschen sind.

Es ist wichtig anzumerken, dass sich die frühen Befürchtungen hinsichtlich der Schaffung genetisch gefährlicher mutierter Arten oder Supertoxine nicht bewahrheitet haben. Die WHO stellte fest, dass die Biotechnologie keine Risiken birgt, die sich von anderen Verarbeitungsindustrien unterscheiden (Miller 1983), und laut Liberman, Ducatman und Fink (1990) „ist der aktuelle Konsens, dass die potenziellen Risiken der rDNA anfänglich überbewertet wurden und dass die Die mit dieser Forschung verbundenen Gefahren ähneln denen, die mit dem verwendeten Organismus, Vektor, DNA, Lösungsmitteln und physikalischen Geräten verbunden sind“. Sie kommen zu dem Schluss, dass von gentechnisch veränderten Organismen zwangsläufig Gefahren ausgehen; es kann jedoch eine Eindämmung definiert werden, um die Exposition zu minimieren.

Es ist sehr schwierig, berufliche Expositionen zu identifizieren, die für die Biotechnologiebranche spezifisch sind. „Biotechnologie“ ist keine separate Branche mit einem charakteristischen Standard Industrial Classification (SIC)-Code; Vielmehr wird es als ein Prozess oder eine Reihe von Werkzeugen betrachtet, die in vielen industriellen Anwendungen verwendet werden. Folglich werden bei der Meldung von Unfällen und Expositionen die Daten zu Fällen, an denen Biotechnologie-Arbeiter beteiligt sind, zu den Daten zu allen anderen gehören, die in der aufnehmenden Industrie (z. B. Landwirtschaft, pharmazeutische Industrie oder Gesundheitswesen) auftreten. Darüber hinaus ist bekannt, dass Laborzwischenfälle und -unfälle zu wenig gemeldet werden.

Es wurden nur wenige Krankheiten gemeldet, die speziell auf genetisch veränderte DNA zurückzuführen sind; sie sind jedoch nicht unbekannt. Mindestens eine dokumentierte lokale Infektion und Serokonversion wurde gemeldet, als ein Arbeiter einen Nadelstich erlitt, der mit einem rekombinanten Vaccinia-Vektor kontaminiert war (Openshaw et al. 1991).

Richtlinienprobleme

In den 1980er Jahren entstanden die ersten Produkte der Biotechnologie in den USA und Europa. Gentechnisch hergestelltes Insulin wurde 1982 zugelassen, ebenso wie ein gentechnisch hergestellter Impfstoff gegen die Schweinekrankheit „scours“ (Sattelle 1991). Es wurde gezeigt, dass rekombinantes Rindersomatotropin (BST) die Milchproduktion einer Kuh und das Gewicht von Fleischrindern erhöht. Es wurden Bedenken hinsichtlich der öffentlichen Gesundheit und der Produktsicherheit geäußert und ob die bestehenden Vorschriften angemessen seien, um diese Bedenken in all den verschiedenen Bereichen auszuräumen, in denen biotechnologische Produkte vermarktet werden könnten. Die NIHG bieten Schutz für Arbeitnehmer und Umwelt während der Forschungs- und Entwicklungsphase. Die Produktsicherheit und -wirksamkeit liegt nicht in der Verantwortung des NIHG. In den USA werden potenzielle Risiken biotechnologischer Produkte durch das Coordinated Framework von der am besten geeigneten Behörde (FDA, EPA oder USDA) bewertet.

Die Debatte über die Sicherheit der Gentechnik und der Produkte der Biotechnologie geht weiter (Thomas und Myers 1993), insbesondere im Hinblick auf landwirtschaftliche Anwendungen und Lebensmittel für den menschlichen Verzehr. Verbraucher in einigen Gebieten wünschen Produkte, die gekennzeichnet sind, um zu identifizieren, welche die traditionellen Hybriden sind und welche aus der Biotechnologie stammen. Bestimmte Hersteller von Milchprodukten lehnen es ab, Milch von Kühen zu verwenden, die BST erhalten. In einigen Ländern (z. B. Schweiz) ist es verboten. Die FDA hat die Produkte als sicher eingestuft, aber es gibt auch wirtschaftliche und soziale Probleme, die für die Öffentlichkeit möglicherweise nicht akzeptabel sind. BST kann in der Tat einen Wettbewerbsnachteil für kleinere landwirtschaftliche Betriebe schaffen, von denen die meisten familiengeführt sind. Im Gegensatz zu medizinischen Anwendungen, bei denen es möglicherweise keine Alternative zur gentechnischen Behandlung gibt, ist die Öffentlichkeit, wenn traditionelle Lebensmittel verfügbar und reichlich vorhanden sind, für die traditionelle Hybridisierung gegenüber rekombinanten Lebensmitteln. Raue Umgebungen und die derzeitige weltweite Nahrungsmittelknappheit können diese Einstellung jedoch ändern.

Neuere Anwendungen der Technologie auf die menschliche Gesundheit und Erbkrankheiten haben die Bedenken wiederbelebt und neue ethische und soziale Fragen aufgeworfen. Das Human Genome Project, das in den frühen 1980er Jahren begann, wird eine physische und genetische Karte des menschlichen genetischen Materials erstellen. Diese Karte wird Forschern Informationen liefern, um „gesunde oder normale“ und „kranke“ Genexpression zu vergleichen, um die grundlegenden genetischen Defekte besser zu verstehen, vorherzusagen und auf Heilmittel hinzuweisen. Humangenomtechnologien haben neue diagnostische Tests für die Huntington-Krankheit, zystische Fibrose und Brust- und Dickdarmkrebs hervorgebracht. Von der somatischen Gentherapie beim Menschen wird erwartet, dass sie die Behandlung von Erbkrankheiten korrigiert oder verbessert. DNA-„Fingerabdrücke“ durch Restriktionsfragment-Polymorphismus-Kartierung von genetischem Material wird als forensischer Beweis in Fällen von Vergewaltigung, Entführung und Mord verwendet. Es kann verwendet werden, um die Vaterschaft zu beweisen (oder technisch zu widerlegen). Es kann auch in kontroverseren Bereichen verwendet werden, wie zum Beispiel zur Einschätzung der Wahrscheinlichkeit, an Krebs und Herzerkrankungen zu erkranken, für Versicherungsschutz und vorbeugende Behandlungen oder als Beweismittel vor Kriegsverbrechertribunalen und als genetische „Erkennungsmarke“ beim Militär.

Obwohl technisch machbar, wurden Arbeiten an menschlichen Keimbahnexperimenten (von Generation zu Generation übertragbar) aufgrund ernsthafter sozialer und ethischer Erwägungen nicht für eine Zulassung in den USA in Betracht gezogen. In den USA sind jedoch öffentliche Anhörungen geplant, um die Diskussion über die menschliche Keimbahntherapie und die wünschenswerten Merkmalsverbesserungen, die nicht mit Krankheiten in Verbindung gebracht werden, wieder aufzunehmen.

Schließlich entwickeln sich neben Sicherheits-, sozialen und ethischen Fragen immer noch Rechtstheorien über den Besitz von Genen und DNA und die Haftung für Gebrauch oder Missbrauch.

Langfristige Auswirkungen der Freisetzung verschiedener Stoffe in die Umwelt müssen verfolgt werden. Für Arbeiten, die in der Laborumgebung sorgfältig und angemessen kontrolliert werden, für die jedoch nicht alle Möglichkeiten der Umgebung bekannt sind, werden neue Fragen der biologischen Eindämmung und des Wirtsspektrums auftauchen. Entwicklungsländer, in denen möglicherweise kein angemessenes wissenschaftliches Fachwissen und/oder keine Regulierungsbehörden vorhanden sind, können entweder nicht willens oder nicht in der Lage sein, die Risikobewertung für ihr spezielles Umfeld zu übernehmen. Dies könnte zu unnötigen Beschränkungen oder einer unvorsichtigen Politik der „offenen Tür“ führen, die sich beides als schädlich für den langfristigen Nutzen des Landes erweisen könnte (Ho 1996).

Darüber hinaus ist Vorsicht geboten, wenn technisch hergestellte landwirtschaftliche Wirkstoffe in neuartige Umgebungen eingeführt werden, in denen kein Frost oder andere natürliche Eindämmungsdrücke vorhanden sind. Werden sich indigene Populationen oder natürliche Austauscher genetischer Informationen mit rekombinanten Wirkstoffen in freier Wildbahn paaren, was zur Übertragung veränderter Merkmale führt? Würden sich diese Eigenschaften bei anderen Agenten als schädlich erweisen? Was wären die Auswirkungen auf die Behandlungsadministratoren? Werden Immunreaktionen die Ausbreitung begrenzen? Sind gentechnisch hergestellte lebende Agenten in der Lage, Artenbarrieren zu überwinden? Bleiben sie in der Umgebung von Wüsten, Bergen, Ebenen und Städten bestehen?

Zusammenfassung

Die moderne Biotechnologie in den Vereinigten Staaten hat sich seit den frühen 1970er Jahren unter Konsensrichtlinien und lokalen Verordnungen entwickelt. Eine sorgfältige Prüfung hat keine unerwarteten, unkontrollierbaren Merkmale gezeigt, die von einem rekombinanten Organismus exprimiert werden. Es ist eine nützliche Technologie, ohne die viele medizinische Verbesserungen auf Basis natürlicher therapeutischer Proteine ​​nicht möglich gewesen wären. In vielen entwickelten Ländern ist die Biotechnologie eine wichtige Wirtschaftskraft, und um die biotechnologische Revolution herum ist eine ganze Industrie gewachsen.

Medizinische Probleme für Biotechnologie-Arbeiter hängen mit den spezifischen Wirts-, Vektor- und DNA-Risiken und den durchgeführten körperlichen Operationen zusammen. Bisher konnten Arbeitnehmerkrankheiten durch Technik, Arbeitspraktiken, Impfstoffe und biologische Eindämmungskontrollen verhindert werden, die für das Risiko von Fall zu Fall spezifisch sind. Und die Verwaltungsstruktur ist vorhanden, um prospektive Risikobewertungen für jedes neue Versuchsprotokoll durchzuführen. Ob sich diese Sicherheitsbilanz im Bereich der Freisetzung lebensfähiger Materialien in die Umwelt fortsetzt, ist eine Frage der fortlaufenden Bewertung der potenziellen Umweltrisiken – Persistenz, Ausbreitung, natürliche Austauscher, Eigenschaften der Wirtszelle, Spezifität des Wirtsspektrums für verwendete Transfermittel, Art der eingefügtes Gen und so weiter. Es ist wichtig, dies für alle möglichen betroffenen Umgebungen und Arten zu berücksichtigen, um Überraschungen zu minimieren, die die Natur oft bietet.

 

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Adaptiert aus der 3. Auflage, „Lexikon des Arbeits- und Gesundheitsschutzes“.

Die pyrotechnische Industrie kann definiert werden als die Herstellung von pyrotechnischen Gegenständen (Feuerwerk) zur Unterhaltung, für technische und militärische Zwecke in der Signalgebung und Beleuchtung, zur Verwendung als Pestizide und für verschiedene andere Zwecke. Diese Gegenstände enthalten pyrotechnische Stoffe aus Pulvern oder pastösen Massen, die je nach Bedarf geformt, kompaktiert oder verdichtet werden. Wenn sie gezündet werden, wird die in ihnen enthaltene Energie freigesetzt, um bestimmte Effekte zu erzielen, wie z. B. Aufleuchten, Detonation, Pfeifen, Schreien, Rauchbildung, Schwelen, Vortrieb, Zündung, Zündung, Schießen und Zerfall. Der wichtigste pyrotechnische Stoff ist nach wie vor Schwarzpulver (Schießpulver, bestehend aus Holzkohle, Schwefel und Kaliumnitrat), das lose zur Detonation, kompaktiert zum Antrieb oder Schießen oder gepuffert mit Holzkohle als Zündkapsel verwendet werden kann.

Prozesse

Rohstoffe für die Herstellung von Pyrotechnik müssen sehr rein, frei von allen mechanischen Verunreinigungen und (vor allem) frei von Säurebestandteilen sein. Dies gilt auch für Hilfsstoffe wie Papier, Pappe und Leim. Tabelle 1 listet gängige Rohstoffe auf, die bei der Herstellung von Pyrotechnik verwendet werden.

Tabelle 1. Rohstoffe, die bei der Herstellung von Pyrotechnik verwendet werden

 

Nach dem Trocknen, Mahlen und Sieben werden die Rohstoffe in einem speziellen Gebäude gewogen und gemischt. Früher wurden sie immer von Hand gemischt, aber in modernen Anlagen werden oft mechanische Mischer verwendet. Nach dem Mischen sollten die Stoffe in speziellen Lagergebäuden aufbewahrt werden, um Anreicherungen in Arbeitsräumen zu vermeiden. Aus diesen Gebäuden sollten nur die für die eigentlichen Verarbeitungsvorgänge erforderlichen Mengen in die Arbeitsräume gebracht werden.

Die Hüllen für pyrotechnische Gegenstände können aus Papier, Pappe, Kunststoff oder Metall bestehen. Die Art der Verpackung variiert. Beispielsweise wird die Zusammensetzung zur Detonation lose in ein Gehäuse gegossen und versiegelt, wohingegen sie zum Antrieb, zur Beleuchtung, zum Schreien oder Pfeifen lose in das Gehäuse gegossen und dann verdichtet oder komprimiert und versiegelt wird.

Das Verdichten oder Komprimieren erfolgte früher durch Schläge mit einem Hammer auf ein hölzernes „Absetzwerkzeug“, aber diese Methode wird in modernen Anlagen selten angewendet; stattdessen werden hydraulische Pressen oder Rotationspastillenpressen verwendet. Hydraulische Pressen ermöglichen in einer Reihe von Fällen das gleichzeitige Verdichten der Masse.

Leuchtstoffe werden oft im nassen Zustand zu Sternen geformt, die dann getrocknet und in Gehäuse für Raketen, Bomben und so weiter gesteckt werden. Stoffe, die durch ein Nassverfahren hergestellt werden, müssen gut getrocknet sein oder sie können sich spontan entzünden.

Da viele pyrotechnische Stoffe im komprimierten Zustand schwer zu zünden sind, werden die betreffenden pyrotechnischen Gegenstände mit einem Zwischen- oder Zündmittel versehen, um die Zündung sicherzustellen; Der Fall wird dann versiegelt. Der Artikel wird von außen durch ein Streichholz, eine Lunte, einen Schaber oder manchmal durch ein Zündhütchen gezündet.

Gefahren

Die wichtigsten Gefahren in der Pyrotechnik sind eindeutig Feuer und Explosion. Aufgrund der geringen Anzahl beteiligter Maschinen sind mechanische Gefährdungen weniger wichtig; Sie ähneln denen in anderen Branchen.

Die Empfindlichkeit der meisten pyrotechnischen Stoffe ist so groß, dass sie in loser Form leicht durch Schläge, Reibung, Funken und Hitze entzündet werden können. Sie stellen ein Brand- und Explosionsrisiko dar und gelten als Explosivstoffe. Viele pyrotechnische Substanzen haben die Explosionswirkung gewöhnlicher Sprengstoffe, und die Kleidung oder der Körper von Arbeitern kann durch Flammen verbrennen.

Bei der Verarbeitung von giftigen Stoffen, die in der Pyrotechnik verwendet werden (z. B. Blei- und Bariumverbindungen und Kupferacetatarsenit), kann eine Gesundheitsgefährdung durch Einatmen des Staubs beim Wiegen und Mischen bestehen.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Bei der Herstellung von pyrotechnischen Stoffen sollten nur zuverlässige Personen beschäftigt werden. Jugendliche unter 18 Jahren sollten nicht beschäftigt werden. Eine ordnungsgemäße Unterweisung und Beaufsichtigung der Arbeiter ist erforderlich.

Vor jedem Herstellungsprozess ist es wichtig, die Empfindlichkeit von pyrotechnischen Stoffen gegenüber Reibung, Schlag und Hitze sowie ihre explosive Wirkung zu ermitteln. Von diesen Eigenschaften hängen die Art des Herstellungsverfahrens und die zulässigen Mengen in den Arbeitsräumen sowie den Lager- und Trocknungsgebäuden ab.

Bei der Herstellung von pyrotechnischen Stoffen und Gegenständen sind folgende grundsätzliche Vorsichtsmaßnahmen zu treffen:

• Die Gebäude im nicht explosionsgefährdeten Teil des Unternehmens (Büros, Werkstätten, Essensbereiche usw.) sollten weit entfernt von denen in den explosionsgefährdeten Bereichen liegen.
• Für die unterschiedlichen Herstellungsprozesse in den explosionsgefährdeten Bereichen sollten getrennte Fertigungs-, Verarbeitungs- und Lagergebäude vorhanden sein, und diese Gebäude sollten weit auseinander liegen
• Die Verarbeitungsgebäude sollten in separate Arbeitsräume aufgeteilt werden.
• Die Mengen pyrotechnischer Stoffe in den Misch-, Verarbeitungs-, Lager- und Trocknungsgebäuden sind zu begrenzen.
• Die Anzahl der Arbeiter in den verschiedenen Arbeitsräumen sollte begrenzt werden.

 

Folgende Abstände werden empfohlen:

• zwischen Gebäuden in den explosionsgefährdeten Bereichen und denen in den nicht explosionsgefährdeten Bereichen mindestens 30 m
• zwischen den verschiedenen Verarbeitungsgebäuden selbst, 15 m
• zwischen Misch-, Trocknungs- und Lagergebäuden und anderen Gebäuden, 20 bis 40 m je nach Konstruktion und Anzahl der betroffenen Arbeitnehmer
• zwischen verschiedenen Misch-, Trocknungs- und Lagergebäuden, 15 bis 20 m.

 

Die Abstände zwischen den Arbeitsräumen können unter günstigen Umständen verringert werden, wenn zwischen ihnen Schutzwände errichtet werden.

Gesonderte Gebäude sollten für folgende Zwecke vorgesehen werden: Lagern und Aufbereiten von Rohstoffen, Mischen, Lagern von Zusammensetzungen, Verarbeiten (Verpacken, Verdichten oder Komprimieren), Trocknen, Konfektionieren (Kleben, Lackieren, Verpacken, Paraffinieren usw.), Trocknen und Lagern der fertige Artikel und die Lagerung von Schwarzpulver.

Folgende Rohstoffe sollten in isolierten Räumen gelagert werden: Chlorate und Perchlorate, Ammoniumperchlorat; Nitrate, Peroxide und andere oxidierende Substanzen; Leichtmetalle; brennbare Stoffe; Entflammbare Flüssigkeiten; roter Phosphor; Nitrozellulose. Nitrozellulose muss feucht gehalten werden. Metallpulver müssen vor Feuchtigkeit, fetten Ölen und Fetten geschützt werden. Oxidationsmittel sollten getrennt von anderen Materialien gelagert werden.

Gebäudedesign

Für das Mischen sind Gebäude mit Explosionsdruckentlastung (drei widerstandsfähige Wände, widerstandsfähiges Dach und eine Explosionsschutzwand aus Kunststoffplatten) am besten geeignet. Empfehlenswert ist eine Schutzwand vor der Berstwand. Mischräume für chlorathaltige Stoffe sollten nicht für metall- oder antimonsulfidhaltige Stoffe verwendet werden.

Für die Trocknung haben sich Gebäude mit Explosionsraum und mit Erde bedeckte Gebäude mit einer Explosionswand bewährt. Sie sollten von einem Damm umgeben sein. In Trockenhäusern ist eine kontrollierte Raumtemperatur von 50 ºC empfehlenswert.

In den Verarbeitungsgebäuden sollten getrennte Räume vorhanden sein für: Abfüllung; Komprimieren oder Kompaktieren; Abschneiden, „Würgen“ und Verschließen der Etuis; Lackieren geformter und komprimierter pyrotechnischer Substanzen; Zünden pyrotechnischer Substanzen; Lagerung pyrotechnischer Stoffe und Zwischenprodukte; Verpackung; und Lagerung von verpackten Stoffen. Am besten hat sich eine Gebäudereihe mit Explosionsschutzzonen bewährt. Die Stärke der Zwischenwände sollte der Art und Menge der umgeschlagenen Stoffe angepasst sein.

Für Gebäude, in denen explosionsgefährliche Stoffe verwendet werden oder vorhanden sind, gelten folgende Grundregeln:

• Die Gebäude sollen eingeschossig und nicht unterkellert sein.
• Dachflächen sollten einen ausreichenden Schutz gegen Brandausbreitung bieten.
• Die Wände der Räume müssen glatt und abwaschbar sein.
• Böden sollten eine ebene, glatte Oberfläche ohne Fugen haben. Sie sollten aus weichem Material wie Xylolith, sandfreiem Asphalt und synthetischen Materialien bestehen. Gewöhnliche Holzböden sollten nicht verwendet werden. Die Böden gefährlicher Räume sollten elektrisch leitfähig sein, und die Arbeiter darin sollten Schuhe mit elektrisch leitfähigen Sohlen tragen.
• Die Türen und Fenster aller Gebäude müssen nach außen öffnen. Während der Arbeitszeit sollten Türen nicht abgeschlossen werden.
• Das Beheizen von Gebäuden durch offenes Feuer ist nicht zulässig. Zur Beheizung gefährlicher Gebäude sollten nur Heißwasser, Niederdruckdampf oder staubdichte elektrische Anlagen verwendet werden. Heizkörper sollten allseitig glatt und leicht zu reinigen sein: Heizkörper mit Lamellenrohren sollten nicht verwendet werden. Für die Erwärmung von Flächen und Rohren wird eine Temperatur von 115 ºC empfohlen.
• Werkbänke und Regale sollten aus feuerfestem Material oder Hartholz sein.
• Die Arbeits-, Lager- und Trockenräume und deren Ausstattung sind regelmäßig feucht zu reinigen.
• Arbeitsplätze, Zugänge und Fluchtwege müssen so geplant werden, dass Räume schnell evakuiert werden können.
• Soweit möglich, sind Arbeitsplätze durch Schutzwände abzutrennen.
• Notwendige Vorräte sollten sicher aufbewahrt werden.
• Alle Gebäude sollten mit Blitzableitern ausgestattet sein.
• Rauchen, offenes Feuer und das Mitführen von Streichhölzern und Feuerzeugen innerhalb der Räumlichkeiten sind zu untersagen.

 

Ausrüstung

Mechanische Pressen sollten Schutzabschirmungen oder -wände haben, damit bei einem Brand die Arbeiter nicht gefährdet werden und das Feuer nicht auf benachbarte Arbeitsplätze übergreifen kann. Wenn große Materialmengen gehandhabt werden, sollten Pressen in isolierten Räumen stehen und von außen bedient werden. Niemand darf sich im Presseraum aufhalten.

Feuerlöschgeräte sind in ausreichender Menge vorzuhalten, auffällig zu kennzeichnen und in regelmäßigen Abständen zu überprüfen. Sie sollten an die Art der vorhandenen Materialien angepasst sein. Feuerlöscher der Klasse D sollten zum Verbrennen von Metallpulver verwendet werden, nicht für Wasser, Schaum, Trockenchemikalien oder Kohlendioxid. Zum Löschen brennender Kleidung werden Duschen, Wolldecken und feuerhemmende Decken empfohlen.

Personen, die mit pyrotechnischen Stoffen in Kontakt kommen oder durch Flammenbögen gefährdet werden können, sollten geeignete feuer- und hitzebeständige Schutzkleidung tragen. Die Kleidung sollte täglich an einer dafür bestimmten Stelle entstaubt werden, um Verunreinigungen zu entfernen.

Im Betrieb sollten Maßnahmen zur Ersten Hilfe bei Unfällen getroffen werden.

Materialien

Gefährliche Abfallstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften sollten getrennt gesammelt werden. Abfallbehälter müssen täglich geleert werden. Der gesammelte Abfall sollte bis zu seiner Vernichtung an einem geschützten Ort mindestens 15 m von jedem Gebäude entfernt aufbewahrt werden. Fehlerhafte Produkte und Zwischenprodukte sind grundsätzlich als Abfall zu behandeln. Sie sollten nur dann aufbereitet werden, wenn dadurch keine Risiken entstehen.

Bei der Verarbeitung gesundheitsgefährdender Materialien sollte der direkte Kontakt mit ihnen vermieden werden. Schädliche Gase, Dämpfe und Stäube sollen effektiv und sicher abgeführt werden. Bei unzureichender Absaugung ist Atemschutz zu tragen. Für geeignete Schutzkleidung ist zu sorgen.

 

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Allgemeines Profil

Die Erdölraffination beginnt mit der Destillation oder Fraktionierung von Rohölen in separate Kohlenwasserstoffgruppen. Die resultierenden Produkte stehen in direktem Zusammenhang mit den Eigenschaften des verarbeiteten Rohöls. Die meisten dieser Destillationsprodukte werden weiter in brauchbarere Produkte umgewandelt, indem ihre physikalischen und molekularen Strukturen durch Cracken, Reformieren und andere Umwandlungsprozesse verändert werden. Diese Produkte werden anschließend verschiedenen Behandlungs- und Trennprozessen wie Extraktion, Hydrotreating und Süßung unterzogen, um Endprodukte herzustellen. Während die einfachsten Raffinerien normalerweise auf atmosphärische Destillation und Vakuumdestillation beschränkt sind, umfassen integrierte Raffinerien Fraktionierung, Umwandlung, Behandlung und Mischung mit Schmiermitteln, Schwerbrennstoffen und Asphaltherstellung; Sie können auch die petrochemische Verarbeitung umfassen.

Die erste Raffinerie, die 1861 eröffnet wurde, produzierte Kerosin durch einfache atmosphärische Destillation. Zu seinen Nebenprodukten gehörten Teer und Naphtha. Es wurde bald entdeckt, dass hochwertige Schmieröle durch Destillation von Erdöl unter Vakuum hergestellt werden konnten. Für die nächsten 30 Jahre war Kerosin jedoch das Produkt, das die Verbraucher am meisten wollten. Die beiden wichtigsten Ereignisse, die diese Situation veränderten, waren:

• die Erfindung des elektrischen Lichts, die den Bedarf an Kerosin senkte
• die Erfindung des Verbrennungsmotors, die eine Nachfrage nach Dieselkraftstoff und Benzin (Naphtha) schuf.

 

Mit dem Aufkommen der Massenproduktion und dem Ersten Weltkrieg nahm die Zahl der benzinbetriebenen Fahrzeuge dramatisch zu, und die Nachfrage nach Benzin wuchs entsprechend. Durch atmosphärische und Vakuumdestillationsverfahren konnte jedoch nur eine bestimmte Menge Benzin aus Rohöl gewonnen werden. Das erste thermische Crackverfahren wurde 1913 entwickelt. Beim thermischen Cracken wurden schwere Brennstoffe sowohl Druck als auch intensiver Hitze ausgesetzt, wodurch ihre großen Moleküle physikalisch in kleinere zerlegt wurden, wodurch zusätzliches Benzin und Destillatbrennstoffe erzeugt wurden. Eine ausgeklügelte Form des thermischen Crackens, das Visbreaking, wurde in den späten 1930er Jahren entwickelt, um wünschenswertere und wertvollere Produkte herzustellen.

Als Benzinmotoren mit höherer Verdichtung entwickelt wurden, bestand eine Nachfrage nach Benzin mit höherer Oktanzahl und besseren Antiklopfeigenschaften. Die Einführung von katalytischen Crack- und Polymerisationsverfahren Mitte bis Ende der 1930er Jahre erfüllte diese Nachfrage, indem verbesserte Benzinausbeuten und höhere Oktanzahlen bereitgestellt wurden. Die Alkylierung, ein weiteres katalytisches Verfahren, wurde in den frühen 1940er Jahren entwickelt, um hochoktanigeres Flugbenzin und petrochemische Rohstoffe, die Ausgangsmaterialien für Sprengstoffe und synthetischen Kautschuk, herzustellen. Anschließend wurde die katalytische Isomerisierung entwickelt, um Kohlenwasserstoffe umzuwandeln, um größere Mengen an Alkylierungseinsatzmaterialien herzustellen.

Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden verschiedene Reformierungsverfahren eingeführt, die die Benzinqualität und -ausbeute verbesserten und höherwertige Produkte hervorbrachten. Einige davon beinhalteten die Verwendung von Katalysatoren und/oder Wasserstoff, um Moleküle zu verändern und Schwefel zu entfernen. Verbesserte Katalysatoren und Prozessverfahren wie Hydrocracken und Reformieren wurden in den 1960er Jahren entwickelt, um die Benzinausbeute zu erhöhen und die Antiklopfeigenschaften zu verbessern. Bei diesen katalytischen Prozessen entstehen auch Moleküle mit einer Doppelbindung (Alkene), die die Grundlage der modernen petrochemischen Industrie bilden.

Die Anzahl und Art der verschiedenen Prozesse, die in modernen Raffinerien verwendet werden, hängt hauptsächlich von der Art des Rohrohmaterials und den Anforderungen an das Endprodukt ab. Prozesse werden auch von wirtschaftlichen Faktoren beeinflusst, darunter Rohölkosten, Produktwerte, Verfügbarkeit von Betriebsmitteln und Transport. Die Chronologie der Einführung verschiedener Verfahren ist in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1. Zusammenfassung der Geschichte der Raffinationsverarbeitung

 

Grundlegende Raffinationsprozesse und -operationen

Erdölraffinationsprozesse und -operationen können in die folgenden grundlegenden Bereiche eingeteilt werden: Trennung, Umwandlung, Behandlung, Formulierung und Mischung, Hilfsraffinationsoperationen und Raffinations-Nichtprozessoperationen. Siehe Abbildung 1 für ein vereinfachtes Flussdiagramm.

Abbildung 1. Raffinerie-Prozessdiagramm

Trennen. Rohöl wird physikalisch durch Fraktionierung in atmosphärischen und Vakuumdestillationstürmen in Gruppen von Kohlenwasserstoffmolekülen mit unterschiedlichen Siedepunktbereichen getrennt, die als „Fraktionen“ oder „Schnitte“ bezeichnet werden.

Umwandlung (Conversion). Umwandlungsprozesse, die zur Änderung der Größe und/oder Struktur von Kohlenwasserstoffmolekülen verwendet werden, umfassen:

• Zersetzung (Teilung) durch hydro-, thermisches und katalytisches Cracken, Verkoken und Visbreaking
• Vereinigung (Kombination) durch Alkylierung und Polymerisation
• Veränderung (Umlagerung) mit Isomerisierung und katalytischer Reformierung
• Behandlung.

 

Seit Beginn der Raffination wurden verschiedene Behandlungsmethoden eingesetzt, um Nicht-Kohlenwasserstoffe, Verunreinigungen und andere Bestandteile zu entfernen, die die Leistungseigenschaften der Endprodukte beeinträchtigen oder die Effizienz der Umwandlungsprozesse verringern. Die Behandlung umfasst sowohl chemische Reaktionen als auch eine physikalische Trennung, wie beispielsweise Auflösen, Absorption oder Ausfällung, wobei eine Vielzahl und Kombination von Verfahren verwendet werden. Behandlungsverfahren umfassen das Entfernen oder Abtrennen von Aromaten und Naphthenen sowie das Entfernen von Verunreinigungen und unerwünschten Verunreinigungen. Süßstoffe und Säuren werden zur Entschwefelung von Rohöl vor der Verarbeitung und zur Behandlung von Produkten während und nach der Verarbeitung verwendet. Andere Behandlungsverfahren schließen Rohentsalzung, chemisches Süßen, Säurebehandlung, Tonkontaktierung, Hydrodesulfurierung, Lösungsmittelraffination, alkalisches Waschen, Hydrotreating, Trocknen, Lösungsmittelextraktion und Lösungsmittelentparaffinieren ein.

Formulieren und Mischen ist der Prozess des Mischens und Kombinierens von Kohlenwasserstofffraktionen, Additiven und anderen Komponenten, um Endprodukte mit bestimmten gewünschten Leistungseigenschaften herzustellen.

Hilfsveredelungsverfahren. Andere Raffinerievorgänge, die zur Unterstützung der Kohlenwasserstoffverarbeitung erforderlich sind, umfassen die Rückgewinnung von leichten Endprodukten; Strippen mit saurem Wasser; Aufbereitung und Kühlung von festen Abfällen, Abwasser und Prozesswasser; Wasserstoffproduktion; Schwefelrückgewinnung; und Säure- und Endgasbehandlung. Andere Prozessfunktionen stellen Katalysatoren, Reagenzien, Dampf, Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Brenngase bereit.

Raffinerie-Nichtprozessanlagen. Alle Raffinerien verfügen über eine Vielzahl von Einrichtungen, Funktionen, Ausrüstungen und Systemen, die den Kohlenwasserstoffprozess unterstützen. Typische Unterstützungsbetriebe sind Wärme- und Stromerzeugung; Produktbewegung; Tanklagerung; Versandkosten; Fackeln und Entlastungssysteme; Öfen und Heizgeräte; Alarme und Sensoren; und Probenahme, Prüfung und Inspektion. Zu den prozessfremden Einrichtungen und Systemen gehören Feuerlösch-, Wasser- und Schutzsysteme, Lärm- und Verschmutzungskontrollen, Labors, Kontrollräume, Lager, Wartungs- und Verwaltungseinrichtungen.

Hauptprodukte der Rohölraffination

Die Erdölraffination hat sich als Reaktion auf die sich ändernde Verbrauchernachfrage nach besseren und anderen Produkten kontinuierlich weiterentwickelt. Die ursprüngliche Prozessanforderung bestand darin, Kerosin als billigere und bessere Brennstoffquelle für die Beleuchtung als Walöl herzustellen. Die Entwicklung des Verbrennungsmotors führte zur Produktion von Benzol, Benzin und Dieselkraftstoffen. Die Entwicklung des Flugzeugs hat einen Bedarf an hochoktanigem Flugbenzin und Düsentreibstoff geschaffen, bei denen es sich um eine raffinierte Form des ursprünglichen Raffinerieprodukts Kerosin handelt. Heutige Raffinerien produzieren eine Vielzahl von Produkten, darunter viele, die als Rohstoffe für Crackprozesse und die Schmiermittelherstellung sowie für die petrochemische Industrie verwendet werden. Diese Produkte können grob in Kraftstoffe, petrochemische Rohstoffe, Lösungsmittel, Prozessöle, Schmiermittel und Spezialprodukte wie Wachs, Asphalt und Koks eingeteilt werden. (Siehe Tabelle 2.)

Tabelle 2. Hauptprodukte der Rohölraffination

Schwefeldioxid

Rauchgas aus der Verbrennung von Brennstoffen mit hohem Schwefelgehalt enthält normalerweise hohe Konzentrationen an Schwefeldioxid, das normalerweise durch Wasserwäsche entfernt wird.

Kaustik

Ätzmittel werden dem Entsalzungswasser zugesetzt, um Säuren zu neutralisieren und Korrosion zu reduzieren. Dem entsalzten Rohöl werden auch Ätzmittel zugesetzt, um die Menge an korrosiven Chloriden in den Turmkopfprodukten zu verringern. Sie werden in Raffineriebehandlungsverfahren verwendet, um Verunreinigungen aus Kohlenwasserstoffströmen zu entfernen.

Stickoxide und Kohlenmonoxid

Rauchgas enthält bis zu 200 ppm Stickoxid, das langsam mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid reagiert. Stickoxid wird nicht durch Waschen mit Wasser entfernt, und Stickstoffdioxid kann sich in Wasser lösen, um salpetrige und Salpetersäure zu bilden. Rauchgas enthält normalerweise nur eine geringe Menge Kohlenmonoxid, es sei denn, die Verbrennung ist anormal.

Schwefelwasserstoff

Schwefelwasserstoff kommt natürlicherweise in den meisten Rohölen vor und entsteht auch während der Verarbeitung durch die Zersetzung instabiler Schwefelverbindungen. Schwefelwasserstoff ist ein äußerst giftiges, farbloses, brennbares Gas, das schwerer als Luft und wasserlöslich ist. Es hat einen Geruch nach faulen Eiern, der bei Konzentrationen deutlich unter seinem sehr niedrigen Expositionsgrenzwert wahrnehmbar ist. Man kann sich nicht darauf verlassen, dass dieser Geruch eine angemessene Warnung liefert, da die Sinne bei Exposition fast sofort desensibilisiert werden. Spezielle Detektoren sind erforderlich, um die Arbeiter auf das Vorhandensein von Schwefelwasserstoff aufmerksam zu machen, und in Gegenwart des Gases sollte ein angemessener Atemschutz verwendet werden. Die Exposition gegenüber niedrigen Schwefelwasserstoffkonzentrationen führt zu Reizungen, Schwindel und Kopfschmerzen, während die Exposition gegenüber Konzentrationen, die die vorgeschriebenen Grenzwerte überschreiten, zu einer Depression des Nervensystems und schließlich zum Tod führt.

Saures Wasser

Sauerwasser ist Prozesswasser, das Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Phenole, Kohlenwasserstoffe und niedermolekulare Schwefelverbindungen enthält. Saures Wasser wird durch Dampfstrippen von Kohlenwasserstofffraktionen während der Destillation, Regenerieren des Katalysators oder Dampfstrippen von Schwefelwasserstoff während des Hydrotreatings und Hydrofinishings hergestellt. Sauerwasser entsteht auch durch die Zugabe von Wasser zu Prozessen zur Absorption von Schwefelwasserstoff und Ammoniak.

Schwefelsäure und Flusssäure

Schwefelsäure und Flusssäure werden als Katalysatoren in Alkylierungsprozessen verwendet. Schwefelsäure wird auch in einigen der Behandlungsverfahren verwendet.

Feste Katalysatoren

In Raffinationsprozessen werden eine Reihe verschiedener fester Katalysatoren in vielen Formen und Gestalten, von Pellets über körnige Perlen bis hin zu Stäuben, aus verschiedenen Materialien und mit verschiedenen Zusammensetzungen verwendet. Extrudierte Pellet-Katalysatoren werden in Fließbett- und Festbettanlagen verwendet, während Fließbettverfahren feine, kugelförmige Partikelkatalysatoren verwenden. Katalysatoren, die in Prozessen verwendet werden, die Schwefel entfernen, werden mit Kobalt, Nickel oder Molybdän imprägniert. Cracking-Einheiten verwenden Katalysatoren mit Säurefunktion, wie z. B. natürlicher Ton, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und synthetische Zeolithe. Mit Platin oder anderen Edelmetallen imprägnierte Säurefunktionskatalysatoren werden bei der Isomerisierung und Reformierung verwendet. Gebrauchte Katalysatoren erfordern eine besondere Handhabung und Schutz vor Exposition, da sie Metalle, aromatische Öle, krebserzeugende polyzyklische aromatische Verbindungen oder andere gefährliche Materialien enthalten und auch pyrophor sein können.

Fuels

Die wichtigsten Brennstoffprodukte sind Flüssiggas, Benzin, Kerosin, Düsentreibstoff, Dieselkraftstoff sowie Heizöl und Rückstandsheizöle.

Flüssiggas (LPG), das aus Mischungen von paraffinischen und olefinischen Kohlenwasserstoffen wie Propan und Butan besteht, wird zur Verwendung als Kraftstoff hergestellt und als Flüssigkeiten unter Druck gelagert und gehandhabt. LPG hat Siedepunkte im Bereich von etwa –74 °C bis
38 °C, ist farblos, und die Dämpfe sind schwerer als Luft und hochentzündlich. Die wichtigen Eigenschaften von LPGs aus Sicht des Arbeitsschutzes sind der Dampfdruck und die Schadstoffkontrolle.

Benzin. Das wichtigste Raffinerieprodukt ist Motorbenzin, eine Mischung aus relativ niedrigsiedenden Kohlenwasserstofffraktionen, darunter Reformat, Alkylat, aliphatisches Naphtha (leichtes Straight-run-Naphtha), aromatisches Naphtha (thermisch und katalytisch gekracktes Naphtha) und Additive. Benzinmischmaterialien haben Siedepunkte, die von Umgebungstemperatur bis etwa 204 °C reichen, und einen Flammpunkt unter –40 °C. Die kritischen Qualitäten für Benzin sind die Oktanzahl (Klopfschutz), die Flüchtigkeit (Start und Dampfsperre) und der Dampfdruck (Umweltkontrolle). Additive werden verwendet, um die Benzinleistung zu verbessern und Schutz vor Oxidation und Rostbildung zu bieten. Flugbenzin ist ein Produkt mit hoher Oktanzahl, das speziell für eine gute Leistung in großen Höhen gemischt wurde.

Tetraethylblei (TEL) und Tetramethylblei (TML) sind Benzinadditive, die die Oktanzahl und die Klopffestigkeit verbessern. In dem Bemühen, Blei in Autoabgasemissionen zu reduzieren, werden diese Additive außer in Flugbenzin nicht mehr allgemein verwendet.

Ethyl-Tertiär-Butylether (ETBE), Methyl-Tertiär-Butylether (MTBE), Tertiär-Amylmethylether (TAME) und andere sauerstoffhaltige Verbindungen werden anstelle von TEL und TML verwendet, um die Klopffestigkeit von bleifreiem Benzin zu verbessern und Kohlenmonoxidemissionen zu reduzieren.

Düsentreibstoff und Kerosin. Kerosin ist ein Gemisch aus Paraffinen und Naphthenen mit meist weniger als 20 % Aromaten. Es hat einen Flammpunkt über 38 °C und einen Siedebereich von 160 °C bis 288 °C und wird zum Anzünden, Erhitzen, als Lösungsmittel und zum Einmischen in Dieselkraftstoff verwendet. Düsentreibstoff ist ein Mitteldestillat-Kerosinprodukt, dessen kritische Eigenschaften Gefrierpunkt, Flammpunkt und Rauchpunkt sind. Kommerzieller Düsentreibstoff hat einen Siedebereich von etwa 191 °C bis 274 °C und militärischer Düsentreibstoff von 55 °C bis 288 °C.

Kraftstoffe destillieren. Dieselkraftstoffe und Haushaltsheizöle sind helle Mischungen aus Paraffinen, Naphthenen und Aromaten und können mäßige Mengen an Olefinen enthalten. Destillatkraftstoffe haben Flammpunkte über 60 °C und Siedebereiche von etwa 163 °C bis 371 °C und werden zur Verbesserung der Stabilität häufig hydrodesulfuriert. Destillatbrennstoffe sind brennbar und können beim Erhitzen Dämpfe freisetzen, die mit Luft zündfähige Gemische bilden können. Zu den wünschenswerten Eigenschaften, die für Destillatkraftstoffe erforderlich sind, gehören kontrollierte Flamm- und Stockpunkte, saubere Verbrennung, keine Bildung von Ablagerungen in Lagertanks und eine angemessene Cetanzahl von Dieselkraftstoff für gutes Starten und gute Verbrennung.

Restbrennstoffe. Viele Schiffe und Handels- und Industrieanlagen verwenden Restbrennstoffe oder Kombinationen aus Rest- und Destillatbrennstoffen für Strom, Wärme und Verarbeitung. Restbrennstoffe sind dunkel gefärbte, hochviskose flüssige Gemische aus großen Kohlenwasserstoffmolekülen mit Flammpunkten über 121 °C und hohen Siedepunkten. Die kritischen Spezifikationen für Restbrennstoffe sind Viskosität und niedriger Schwefelgehalt (zur Umweltkontrolle).

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen

Das Hauptsicherheitsrisiko von LPG und Benzin ist Feuer. Die hohe Flüchtigkeit und hohe Entflammbarkeit der Produkte mit niedrigerem Siedepunkt lässt Dämpfe leicht in die Luft verdunsten und entflammbare Gemische bilden, die leicht entzündet werden können. Dies ist eine anerkannte Gefahr, die besondere Vorsichtsmaßnahmen bei Lagerung, Eindämmung und Handhabung sowie Sicherheitsmaßnahmen erfordert, um sicherzustellen, dass Freisetzungen von Dämpfen und Zündquellen kontrolliert werden, damit keine Brände entstehen. Die weniger flüchtigen Kraftstoffe wie Kerosin und Dieselkraftstoff sollten vorsichtig gehandhabt werden, um ein Verschütten und eine mögliche Entzündung zu vermeiden, da ihre Dämpfe auch brennbar sind, wenn sie mit Luft im brennbaren Bereich gemischt werden. Beim Arbeiten in Atmosphären, die Kraftstoffdämpfe enthalten, sind die Konzentrationen leicht flüchtiger, brennbarer Produktdämpfe in der Luft oft auf nicht mehr als 10 % der unteren Entflammbarkeitsgrenzen (LFL) und die Konzentrationen weniger flüchtiger, brennbarer Produktdämpfe auf nicht mehr als 20 beschränkt % LFL, abhängig von geltenden Unternehmens- und Regierungsvorschriften, um das Entzündungsrisiko zu verringern.

Obwohl die Benzindampfkonzentrationen in Luftgemischen aus Sicherheitsgründen typischerweise unter 10 % des LFL gehalten werden, liegt diese Konzentration erheblich über den aus Gesundheitsgründen einzuhaltenden Expositionsgrenzwerten. Beim Einatmen können kleine Mengen von Benzindämpfen in der Luft, weit unterhalb der unteren Explosionsgrenze, Reizungen, Kopfschmerzen und Schwindel verursachen, während das Einatmen größerer Konzentrationen zu Bewusstlosigkeit und schließlich zum Tod führen kann. Auch langfristige gesundheitliche Auswirkungen sind möglich. Benzin enthält beispielsweise Benzol, ein bekanntes Karzinogen mit zulässigen Expositionsgrenzen von nur wenigen Teilen pro Million. Daher erfordert selbst das Arbeiten in Benzindampfatmosphären mit Konzentrationen unter 10 % LFL angemessene arbeitshygienische Vorkehrungen, wie Atemschutz oder örtliche Absaugung.

In der Vergangenheit enthielten viele Benzine Tetraethyl- oder Tetramethylalkylblei-Antiklopfadditive, die giftig sind und eine ernsthafte Gefahr der Bleiabsorption durch Hautkontakt oder Einatmen darstellen. Tanks oder Behälter, die während ihrer Verwendung zu irgendeinem Zeitpunkt verbleites Benzin enthielten, müssen entlüftet, gründlich gereinigt, mit einem speziellen „Blei-in-Luft“-Testgerät getestet und als bleifrei zertifiziert werden, um sicherzustellen, dass Arbeiter ohne Selbstzünder eintreten können. enthaltene oder versorgte Atemluftgeräte, obwohl der Sauerstoffgehalt normal ist und die Tanks jetzt bleifreies Benzin oder andere Produkte enthalten.

Gasförmige Erdölfraktionen und die leichter flüchtigen Kraftstoffprodukte haben eine milde anästhetische Wirkung, im Allgemeinen im umgekehrten Verhältnis zum Molekulargewicht. Flüssige Kraftstoffe mit niedrigerem Siedepunkt, wie Benzin und Kerosin, verursachen beim Einatmen eine schwere chemische Pneumonitis und sollten nicht mit dem Mund abgesaugt oder versehentlich eingenommen werden. Gase und Dämpfe können auch in ausreichend hohen Konzentrationen vorhanden sein, um den Sauerstoff (in der Luft) unter das normale Atemniveau zu verdrängen. Das Aufrechterhalten der Dampfkonzentrationen unter den Expositionsgrenzwerten und des Sauerstoffgehalts in normalen Atmungsbereichen wird normalerweise durch Spülen oder Belüften erreicht.

Krackdestillate enthalten geringe Mengen an krebserzeugenden polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK); Daher sollte die Exposition begrenzt werden. Dermatitis kann sich auch durch den Kontakt mit Benzin, Kerosin und destillierten Kraftstoffen entwickeln, da diese dazu neigen, die Haut zu entfetten. Die Vorbeugung erfolgt durch die Verwendung von persönlicher Schutzausrüstung, Schutzcremes oder reduziertem Kontakt und guten Hygienepraktiken, wie z. B. Waschen mit warmem Wasser und Seife, anstatt die Hände mit Benzin, Kerosin oder Lösungsmitteln zu reinigen. Manche Personen reagieren empfindlich auf die Farbstoffe, die zum Färben von Benzin und anderen Destillatprodukten verwendet werden.

Rückstandsheizöle enthalten Spuren von Metallen und können hochgiftigen Schwefelwasserstoff enthalten. Restbrennstoffe mit hochgecrackten Beständen, die über 370 °C sieden, enthalten krebserzeugende PAK. Wiederholter Kontakt mit Restbrennstoffen ohne angemessenen persönlichen Schutz sollte vermieden werden, insbesondere beim Öffnen von Tanks und Behältern, da Schwefelwasserstoffgas freigesetzt werden kann.

Petrochemische Rohstoffe

Viele aus der Rohölraffination stammende Produkte, wie Ethylen, Propylen und Butadien, sind olefinische Kohlenwasserstoffe, die aus Raffinerie-Crackprozessen stammen, und sind zur Verwendung in der petrochemischen Industrie als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Kunststoffen, Ammoniak, synthetischem Gummi, Glykol und bald.

Lösungsmittel auf Erdölbasis

Zur Verwendung als Lösungsmittel wird eine Vielzahl reiner Verbindungen hergestellt, darunter Benzol, Toluol, Xylol, Hexan und Heptan, deren Siedepunkte und Kohlenwasserstoffzusammensetzung genau kontrolliert werden. Lösungsmittel können je nach ihrer Zusammensetzung als aromatisch oder nicht aromatisch klassifiziert werden. Ihre Verwendung als Farbverdünner, chemische Reinigungsflüssigkeiten, Entfetter, Industrie- und Pestizidlösungsmittel usw. wird im Allgemeinen durch ihre Flammpunkte bestimmt, die von deutlich unter –18 °C bis über 60 °C reichen.

Die mit Lösungsmitteln verbundenen Gefahren ähneln denen von Kraftstoffen, da die Lösungsmittel mit niedrigerem Flammpunkt brennbar sind und ihre Dämpfe, wenn sie mit Luft im brennbaren Bereich gemischt werden, entzündlich sind. Aromatische Lösungsmittel haben normalerweise eine höhere Toxizität als nichtaromatische Lösungsmittel.

Prozessöle

Prozessöle umfassen den hochsiedenden Bereich, geradlinige atmosphärische oder Vakuumdestillatströme und solche, die durch katalytisches oder thermisches Cracken hergestellt werden. Diese komplexen Gemische, die große paraffinische, naphthenische und aromatische Kohlenwasserstoffmoleküle mit mehr als 15 Kohlenstoffatomen enthalten, werden als Ausgangsmaterialien für das Cracken oder die Schmiermittelherstellung verwendet. Prozessöle haben ziemlich hohe Viskositäten, Siedepunkte im Bereich von 260 °C bis 538 °C und Flammpunkte über 121 °C.

Prozessöle sind hautreizend und enthalten hohe Konzentrationen an PAK sowie Schwefel-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen. Das Einatmen von Dämpfen und Nebeln sollte vermieden werden, und die Hautexposition sollte durch persönliche Schutzausrüstung und gute Hygienepraktiken kontrolliert werden.

Schmierstoffe und Fette

Schmierölgrundstoffe werden durch spezielle Raffinationsverfahren hergestellt, um spezifische Verbraucheranforderungen zu erfüllen. Schmiergrundstoffe sind hell- bis mittelfarbige, schwerflüchtige, mittel- bis hochviskose Mischungen aus paraffinischen, naphthenischen und aromatischen Ölen mit Siedebereichen von 371 °C bis 538 °C. Additive wie Demulgatoren, Antioxidantien und Viskositätsverbesserer werden in die Schmierölgrundstoffe eingemischt, um die für Motoröle, Turbinen- und Hydrauliköle, Industriefette, Schmiermittel, Getriebeöle und Schneidöle erforderlichen Eigenschaften bereitzustellen. Die kritischste Qualität für Schmieröl-Basismaterialien ist ein hoher Viskositätsindex, der für eine geringere Änderung der Viskosität bei unterschiedlichen Temperaturen sorgt. Diese Eigenschaft kann im Rohöleinsatzmaterial vorhanden sein oder durch die Verwendung von Viskositätsindexverbessereradditiven erreicht werden. Detergenzien werden hinzugefügt, um jeglichen Schlamm, der sich während der Verwendung des Öls bildet, in Suspension zu halten.

Fette sind Mischungen aus Schmierölen und Metallseifen, denen Spezialmaterialien wie Asbest, Graphit, Molybdän, Silikone und Talkum zur Isolierung oder Schmierung zugesetzt werden. Schneid- und Metallprozessöle sind Schmieröle mit speziellen Additiven wie Chlor-, Schwefel- und Fettsäurezusätzen, die unter Hitze reagieren, um die Schneidwerkzeuge zu schmieren und zu schützen. Wasserlöslichen Schneidölen werden Emulgatoren und Bakterienschutzmittel zugesetzt.

Obwohl Schmieröle selbst nicht reizend sind und eine geringe Toxizität aufweisen, können von den Additiven Gefahren ausgehen. Benutzer sollten die Materialsicherheitsdaten des Lieferanten konsultieren, um die Gefahren bestimmter Additive, Schmiermittel, Schneidöle und Fette zu bestimmen. Die Hauptgefahr für Schmierstoffe ist Dermatitis, die normalerweise durch die Verwendung von persönlicher Schutzausrüstung zusammen mit angemessenen Hygienepraktiken kontrolliert werden kann. Gelegentlich können Arbeiter eine Empfindlichkeit gegenüber Schneidölen oder Schmiermitteln entwickeln, die eine Neuzuweisung an einen Arbeitsplatz erfordern, an dem kein Kontakt stattfinden kann. Es gibt einige Bedenken hinsichtlich der krebserzeugenden Exposition gegenüber Nebeln aus Schneidölen auf Naphthenbasis und leichten Spindelölen, die durch Substitution, technische Kontrollen oder persönlichen Schutz kontrolliert werden können. Die Gefahren des Kontakts mit Fett ähneln denen von Schmieröl, mit zusätzlichen Gefahren, die von den Fettmaterialien oder -additiven ausgehen. Die meisten dieser Gefahren werden an anderer Stelle in diesem Dokument erörtert Enzyklopädie.

Spezielle Produkte

Wachs wird zum Schutz von Lebensmitteln verwendet; in Beschichtungen; als Zutat in anderen Produkten wie Kosmetika und Schuhcreme sowie für Kerzen.

Sulfur entsteht durch die Erdölraffination. Es wird entweder als erhitzte, geschmolzene Flüssigkeit in geschlossenen Tanks oder als Feststoff in Behältern oder im Freien gelagert.

Koks ist fast reiner Kohlenstoff, der je nach seinen physikalischen Eigenschaften, die aus dem Verkokungsprozess resultieren, von Elektroden bis zu Holzkohlebriketts vielfältig verwendet werden kann.

Asphalt, das hauptsächlich zum Pflastern von Straßen und Dachmaterialien verwendet wird, sollte gegenüber den meisten Chemikalien und Wetterbedingungen inert sein.

Wachse und Asphalte sind bei Umgebungstemperatur fest, und für Lagerung, Handhabung und Transport sind höhere Temperaturen erforderlich, was zu Verbrennungsgefahr führt. Petroleumwachs ist so hochraffiniert, dass es normalerweise keine Gefahren darstellt. Hautkontakt mit Wachs kann zum Verstopfen der Poren führen, was durch angemessene Hygienepraktiken kontrolliert werden kann. Die Exposition gegenüber Schwefelwasserstoff beim Öffnen von Tanks für Asphalt und geschmolzenen Schwefel kann durch die Verwendung geeigneter technischer Kontrollen oder Atemschutz kontrolliert werden. Schwefel ist auch bei erhöhten Temperaturen leicht entzündlich. Asphalt wird an anderer Stelle in the diskutiert Enzyklopädie.

Erdölraffinationsverfahren

Kohlenwasserstoffraffination ist die Verwendung von Chemikalien, Katalysatoren, Hitze und Druck, um die Grundtypen von Kohlenwasserstoffmolekülen, die natürlicherweise in Rohöl vorkommen, zu trennen und zu Gruppen ähnlicher Moleküle zu kombinieren. Der Raffinationsprozess ordnet auch die Strukturen und Bindungsmuster der Grundmoleküle in andere, wünschenswertere Kohlenwasserstoffmoleküle und -verbindungen um. Die Art des Kohlenwasserstoffs (paraffinisch, naphthenisch oder aromatisch) und nicht die spezifischen vorhandenen chemischen Verbindungen ist der wichtigste Faktor im Raffinationsprozess.

In der gesamten Raffinerie sind Betriebsverfahren, sichere Arbeitspraktiken und die Verwendung geeigneter persönlicher Schutzkleidung und -ausrüstung, einschließlich zugelassener Atemschutzgeräte, erforderlich, um Feuer, Chemikalien, Partikeln, Hitze und Lärm ausgesetzt zu sein und während des Prozessbetriebs, der Probenahme, Inspektion, des Turnarounds und Wartungstätigkeiten. Da die meisten Raffinerieprozesse kontinuierlich ablaufen und die Prozessströme in geschlossenen Behältern und Rohrleitungen enthalten sind, besteht ein begrenztes Expositionspotenzial. Es besteht jedoch die Möglichkeit eines Brandes, da, obwohl Raffinerievorgänge geschlossene Prozesse sind, die Heizungen, Öfen und Wärmetauscher in den Prozesseinheiten Zündquellen sind, wenn ein Leck oder eine Freisetzung von Kohlenwasserstoffflüssigkeit, -dampf oder -gas auftritt.

Vorbehandlung von Rohöl

Entsalzung

Rohöl enthält oft Wasser, anorganische Salze, Schwebstoffe und wasserlösliche Spurenmetalle. Der erste Schritt im Raffinationsprozess besteht darin, diese Verunreinigungen durch Entsalzen (Dehydratisierung) zu entfernen, um Korrosion, Verstopfung und Verschmutzung der Ausrüstung zu reduzieren und eine Vergiftung der Katalysatoren in den Verarbeitungseinheiten zu verhindern. Chemische Entsalzung, elektrostatische Trennung und Filterung sind drei typische Methoden der Rohölentsalzung. Bei der chemischen Entsalzung werden dem Rohöl Wasser und chemische Tenside (Demulgatoren) zugesetzt, erhitzt, sodass sich Salze und andere Verunreinigungen im Wasser lösen oder an das Wasser anlagern, und dann in einem Tank gehalten, wo sie sich absetzen. Die elektrische Entsalzung wendet elektrostatische Hochspannungsladungen an, um suspendierte Wasserkügelchen im unteren Teil des Absetzbehälters zu konzentrieren. Tenside werden nur zugesetzt, wenn das Rohöl einen großen Anteil an suspendierten Feststoffen aufweist. Ein drittes, weniger verbreitetes Verfahren beinhaltet das Filtern von erhitztem Rohöl unter Verwendung von Diatomeenerde als Filtermedium.

Bei der chemischen und elektrostatischen Entsalzung wird das Rohrohmaterial auf 66 °C bis 177 °C erhitzt, um die Viskosität und Oberflächenspannung zu verringern und das Wasser leichter zu mischen und abzutrennen. Die Temperatur wird durch den Dampfdruck des Rohöleinsatzmaterials begrenzt. Beide Entsalzungsmethoden sind kontinuierlich. Ätzmittel oder Säure können hinzugefügt werden, um den pH-Wert der Wasserwäsche einzustellen, und Ammoniak hinzugefügt werden, um Korrosion zu reduzieren. Abwasser wird zusammen mit Verunreinigungen vom Boden des Absetzbeckens zur Abwasserbehandlungsanlage abgelassen. Das entsalzte Rohöl wird kontinuierlich von der Oberseite der Absetztanks abgezogen und zu einem atmosphärischen Rohdestillationsturm (Fraktionierturm) geleitet. (Siehe Abbildung 2.)

Abbildung 2. Entsalzungsprozess (Vorbehandlung).

Unzureichende Entsalzung verursacht in allen Prozesseinheiten der Raffinerie eine Verschmutzung von Heizrohren und Wärmetauschern, schränkt den Produktfluss und die Wärmeübertragung ein und führt zu Ausfällen aufgrund erhöhter Drücke und Temperaturen. Ein Überdruck der Entsalzungseinheit führt zu einem Ausfall.

Korrosion, die aufgrund des Vorhandenseins von Schwefelwasserstoff, Chlorwasserstoff, naphthenischen (organischen) Säuren und anderen Verunreinigungen im Rohöl auftritt, verursacht ebenfalls Geräteausfälle. Korrosion tritt auf, wenn neutralisierte Salze (Ammoniumchloride und -sulfide) mit Kondenswasser befeuchtet werden. Da die Entsalzung ein geschlossener Prozess ist, besteht nur ein geringes Potenzial für den Kontakt mit Rohöl oder Prozesschemikalien, es sei denn, es kommt zu einem Leck oder einer Freisetzung. Ein Brand kann als Folge eines Lecks in den Heizungen entstehen, wodurch niedrigsiedende Bestandteile des Rohöls freigesetzt werden.

Während des Entsalzens besteht die Möglichkeit, Ammoniak, Trockenchemikalien-Demulgatoren, Ätzmitteln und/oder Säuren ausgesetzt zu werden. Wenn beim Entsalzen von sauren Rohölen erhöhte Betriebstemperaturen verwendet werden, ist Schwefelwasserstoff vorhanden. Abhängig vom Rohrohstoff und den verwendeten Behandlungschemikalien enthält das Abwasser unterschiedliche Mengen an Chloriden, Sulfiden, Bicarbonaten, Ammoniak, Kohlenwasserstoffen, Phenol und Schwebstoffen. Wenn Diatomeenerde zur Filtration verwendet wird, sollte die Exposition minimiert oder kontrolliert werden, da Diatomeenerde Kieselsäure mit einer sehr feinen Partikelgröße enthalten kann, was sie zu einer potenziellen Gefahr für die Atemwege macht.

Verfahren zur Trennung von Rohöl

Der erste Schritt bei der Erdölraffination ist die Fraktionierung von Rohöl in atmosphärischen und Vakuumdestillationstürmen. Erhitztes Rohöl wird physikalisch in verschiedene Fraktionen bzw. Straight-run-Cuts getrennt, die nach bestimmten Siedepunktbereichen unterschieden und nach abnehmender Flüchtigkeit in Gase, leichte Destillate, Mitteldestillate, Gasöle und Rückstände eingeteilt werden. Die Fraktionierung funktioniert, weil die Temperaturabstufung vom Boden zum Kopf des Destillationsturms bewirkt, dass die Komponenten mit höherem Siedepunkt zuerst kondensieren, während die Fraktionen mit niedrigerem Siedepunkt im Turm höher steigen, bevor sie kondensieren. Innerhalb des Turms vermischen sich die aufsteigenden Dämpfe und die absteigenden Flüssigkeiten (Rückfluss) auf Niveaus, wo ihre Zusammensetzungen im Gleichgewicht miteinander sind. Auf diesen Ebenen (oder Stufen) sind spezielle Böden angeordnet, die einen Teil der Flüssigkeit entfernen, die auf jeder Ebene kondensiert. In einer typischen zweistufigen Rohöleinheit folgt dem atmosphärischen Turm, der leichte Fraktionen und Destillat produziert, unmittelbar ein Vakuumturm, der die atmosphärischen Rückstände verarbeitet. Nach der Destillation sind nur wenige Kohlenwasserstoffe ohne weitere Verarbeitung als Fertigprodukt verwendbar.

Atmosphärische Destillation

In atmosphärischen Destillationstürmen wird der entsalzte Rohrohstoff mit rückgewonnener Prozesswärme vorgewärmt. Es fließt dann zu einem direkt befeuerten Rohchargenerhitzer, wo es knapp über dem Sumpf bei Drücken leicht über Atmosphäre und Temperaturen von 343 °C bis 371 °C in die vertikale Destillationskolonne eingespeist wird, um unerwünschtes thermisches Cracken bei höheren Temperaturen zu vermeiden . Die leichteren (niedriger siedende) Fraktionen diffundieren in den oberen Teil des Turms und werden kontinuierlich abgezogen und anderen Einheiten zur weiteren Verarbeitung, Behandlung, Mischung und Verteilung zugeführt.

Fraktionen mit den niedrigsten Siedepunkten, wie Brenngas und leichtes Naphtha, werden von der Spitze des Turms durch eine Freileitung als Dampf entfernt. Naphtha oder Straight-Run-Benzin wird aus dem oberen Abschnitt des Turms als Überkopfstrom entnommen. Diese Produkte werden als Ausgangsmaterialien für Petrochemikalien und Reformer, Benzinmischmaterialien, Lösungsmittel und LPGs verwendet.

Fraktionen im mittleren Siedebereich, einschließlich Gasöl, schweres Naphtha und Destillate, werden aus dem mittleren Abschnitt des Turms als Seitenströme entfernt. Diese werden zur Verwendung als Kerosin, Dieselkraftstoff, Heizöl, Düsentreibstoff, Ausgangsmaterial für katalytische Cracker und Mischmaterialien an Veredelungsbetriebe geschickt. Einige dieser flüssigen Fraktionen werden von ihren leichteren Enden befreit, die als nach unten fließende Rückflussströme in den Turm zurückgeführt werden.

Die schwereren Fraktionen mit höherem Siedepunkt (sogenanntes Rückstands-, Sumpf- oder getopptes Rohöl), die am Boden des Turms kondensieren oder verbleiben, werden für Heizöl, Bitumenherstellung oder Cracking-Ausgangsmaterial verwendet oder zu einem Erhitzer und in den geleitet Vakuumdestillationsturm zur weiteren Fraktionierung. (Siehe Abbildung 3 und Abbildung 4.)

Abbildung 3. Atmosphärischer Destillationsprozess

Abbildung 4. Schematische Darstellung des atmosphärischen Destillationsprozesses

Vakuumdestillation

Vakuumdestillationstürme stellen den erforderlichen reduzierten Druck bereit, um thermisches Cracken zu verhindern, wenn der Rückstand oder das gekappte Rohöl aus dem atmosphärischen Turm bei höheren Temperaturen destilliert wird. Das Innendesign einiger Vakuumtürme unterscheidet sich von atmosphärischen Türmen dadurch, dass Füllkörper und Demister-Pads anstelle von Böden verwendet werden. Es können auch Türme mit größerem Durchmesser verwendet werden, um die Geschwindigkeiten niedriger zu halten. Ein typischer Vakuumturm der ersten Phase kann Gasöle, Schmierölbasismaterialien und schwere Rückstände für die Propan-Deasphaltierung produzieren. Ein Zweitphasenturm, der bei einem niedrigeren Vakuum betrieben wird, destilliert überschüssige Rückstände aus dem atmosphärischen Turm, die nicht für die Schmierstoffverarbeitung verwendet werden, und überschüssige Rückstände aus dem ersten Vakuumturm, die nicht für die Entasphaltierung verwendet werden.

Vakuumtürme werden typischerweise verwendet, um katalytische Crackereinsatzmaterialien von überschüssigem Rückstand zu trennen. Vakuumturmrückstände können auch zu einem Verkoker geschickt, als Schmiermittel oder Asphaltmaterial verwendet oder entschwefelt und in schwefelarmes Heizöl gemischt werden. (Siehe Abbildung 5 und Abbildung 6.)

Abbildung 5. Vakuumdestillationsprozess

Abbildung 6. Schema des Vakuumdestillationsprozesses

Destillationskolonnen

Innerhalb von Raffinerien gibt es zahlreiche andere kleinere Destillationstürme, sogenannte Kolonnen, die zur Trennung spezifischer und einzigartiger Produkte ausgelegt sind und alle nach den gleichen Prinzipien wie atmosphärische Türme arbeiten. Beispielsweise ist ein Depropanizer eine kleine Säule, die entwickelt wurde, um Propan von Isobutan und schwereren Komponenten zu trennen. Eine weitere größere Kolonne dient zur Trennung von Ethylbenzol und Xylol. Kleine „Bubbler“-Türme, sogenannte Stripper, verwenden Dampf, um Spuren leichter Produkte (Benzin) aus schwereren Produktströmen zu entfernen.

Kontrolltemperaturen, Drücke und Rückfluss müssen innerhalb der Betriebsparameter gehalten werden, um zu verhindern, dass thermisches Cracken in Destillationstürmen stattfindet. Entlastungssysteme sind vorgesehen, da es bei Ausfall automatischer Regeleinrichtungen zu Druck-, Temperatur- oder Füllstandsabweichungen kommen kann. Der Betrieb wird überwacht, um zu verhindern, dass Rohöl in die Reformercharge eintritt. Rohe Beschickungsmaterialien können beträchtliche Mengen Wasser in Suspension enthalten, die sich während des Anfahrens abscheiden und sich zusammen mit Wasser, das von der Dampfspülung im Turm verbleibt, am Boden des Turms absetzen. Dieses Wasser kann sich bis zum Siedepunkt erhitzen und bei Kontakt mit dem Öl im Gerät eine sofortige Verdampfungsexplosion auslösen.

Der Vorwärmetauscher, der Vorwärmofen und Bodenaustauscher, der atmosphärische Turm und der Vakuumofen, der Vakuumturm und das Überkopfteil sind anfällig für Korrosion durch Salzsäure (HCl), Schwefelwasserstoff (H₂S), Wasser, Schwefelverbindungen und organische Säuren. Bei der Verarbeitung von sauren Rohölen kann es sowohl in atmosphärischen als auch in Vakuumtürmen, in denen Metalltemperaturen 232 °C überschreiten, und in Ofenrohren zu schwerer Korrosion kommen. Nasses H₂S verursacht auch Risse in Stahl. Bei der Verarbeitung von stickstoffreichen Rohölen bilden sich in den Rauchgasen von Hochöfen Stickoxide, die für Stahl korrosiv sind, wenn sie in Gegenwart von Wasser auf niedrige Temperaturen abgekühlt werden.

Chemikalien werden verwendet, um die Korrosion durch in Destillationsanlagen erzeugte Salzsäure zu kontrollieren. Ammoniak kann vor der anfänglichen Kondensation in den Überkopfstrom eingespritzt werden, und/oder eine alkalische Lösung kann vorsichtig in die heiße Rohölbeschickung eingespritzt werden. Wenn nicht genügend Waschwasser eingespritzt wird, können sich Ablagerungen von Ammoniumchlorid bilden, die schwere Korrosion verursachen.

Atmosphärische und Vakuumdestillation sind geschlossene Prozesse, und die Belastungen sind minimal. Wenn saure (schwefelreiche) Rohöle verarbeitet werden, kann es im Vorwärmetauscher und Ofen, in der Turmentspannungszone und im Überkopfsystem, im Vakuumofen und im Turm sowie im Sumpfaustauscher zu einer potenziellen Exposition gegenüber Schwefelwasserstoff kommen. Rohöle und Destillationsprodukte enthalten alle hochsiedende aromatische Verbindungen, einschließlich krebserregender PAK. Eine kurzfristige Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von Naphtha-Dampf kann zu Kopfschmerzen, Übelkeit und Schwindel führen, und eine langfristige Exposition kann zu Bewusstlosigkeit führen. Benzol ist in aromatischen Naphthas vorhanden, und die Exposition muss begrenzt werden. Der Overhead des Enthexanisierers kann große Mengen an normalem Hexan enthalten, das das Nervensystem beeinträchtigen kann. Chlorwasserstoff kann im Vorwärmetauscher, in den Turmkopfzonen und im Überkopf vorhanden sein. Abwasser kann wasserlösliche Sulfide in hohen Konzentrationen und andere wasserlösliche Verbindungen wie Ammoniak, Chloride, Phenol und Mercaptan enthalten, je nach Roheinsatzmaterial und Behandlungschemikalien.

Rohölumwandlungsprozesse

Umwandlungsprozesse wie Cracken, Kombinieren und Umordnen ändern die Größe und Struktur von Kohlenwasserstoffmolekülen, um Fraktionen in wünschenswertere Produkte umzuwandeln. (Siehe Tabelle 3.)

Tabelle 3. Überblick über Erdölraffinationsverfahren

 

Als Ergebnis der Umwandlung entstehen eine Reihe von Kohlenwasserstoffmolekülen, die normalerweise nicht in Rohöl zu finden sind, aber für den Raffinationsprozess wichtig sind. Olefine (Alkene, Diolefine und Alkine) sind ungesättigte Kohlenwasserstoffmoleküle vom Ketten- oder Ringtyp mit mindestens einer Doppelbindung. Sie werden normalerweise durch thermisches und katalytisches Cracken gebildet und kommen selten natürlich in unverarbeitetem Rohöl vor.

Alkene sind geradkettige Moleküle mit der Formel C_nH_n die mindestens eine (ungesättigte) Doppelbindung in der Kette enthalten. Das einfachste Alkenmolekül ist das Monoolefin Ethylen mit zwei durch eine Doppelbindung verbundenen Kohlenstoffatomen und vier Wasserstoffatomen. Di-Olefine (mit zwei Doppelbindungen), wie 1,2-Butadien und 1,3-Butadien, und Alkine (mit einer Dreifachbindung), wie Acetylen, kommen in C vor₅ und leichtere Fraktionen vom Cracken. Olefine sind reaktiver als Paraffine oder Naphthene und verbinden sich leicht mit anderen Elementen wie Wasserstoff, Chlor und Brom.

Crackprozesse

Nach der Destillation werden nachfolgende Raffinerieprozesse verwendet, um die Molekularstrukturen der Fraktionen zu verändern, um wünschenswertere Produkte zu erzeugen. Einer dieser Prozesse, das Cracken, bricht (oder crackt) schwerere Erdölfraktionen mit höherem Siedepunkt in wertvollere Produkte wie gasförmige Kohlenwasserstoffe, Benzinmischungen, Gasöl und Heizöl. Während des Prozesses verbinden (polymerisieren) sich einige der Moleküle, um größere Moleküle zu bilden. Die Grundarten des Crackens sind thermisches Cracken, katalytisches Cracken und Hydrocracken.

Thermische Crackverfahren

1913 entwickelte thermische Crackverfahren erhitzen destillierte Kraftstoffe und Schweröle unter Druck in großen Fässern, bis sie in kleinere Moleküle mit besseren Klopfeigenschaften zerbrechen (aufteilen). Dieses frühe Verfahren, das große Mengen an festem, unerwünschtem Koks erzeugte, hat sich zu modernen thermischen Crackverfahren entwickelt, einschließlich Visbreaking, Dampfcracken und Verkoken.

Visbreaking

Visbreaking ist eine milde Form des thermischen Crackens, das den Pourpoint von wachsartigen Rückständen senkt und die Viskosität des Einsatzmaterials deutlich senkt, ohne seinen Siedepunktbereich zu beeinflussen. Der Rest aus dem atmosphärischen Destillationsturm wird in einem Erhitzer bei atmosphärischem Druck leicht gecrackt. Es wird dann mit kühlem Gasöl abgeschreckt, um das Übercracken zu kontrollieren, und in einem Destillationsturm geflasht. Der thermisch gecrackte Restteer, der sich am Boden des Fraktionierungsturms ansammelt, wird in einem Stripper vakuumverdampft und das Destillat zurückgeführt. (Siehe Abbildung 7.)

Abbildung 7. Visbreaking-Prozess

Dampfcracken

Das Dampfcracken erzeugt Olefine durch thermisches Cracken von Einsatzmaterialien mit großen Kohlenwasserstoffmolekülen bei Drücken, die leicht über Atmosphärendruck liegen, und bei sehr hohen Temperaturen. Rückstände aus dem Steamcracken werden Schwerbrennstoffen beigemischt. Durch Dampfcracken hergestelltes Naphtha enthält normalerweise Benzol, das vor dem Hydrotreating extrahiert wird.

Verkokung

Verkoken ist eine strenge Form des thermischen Crackens, die verwendet wird, um Straight-Run-Benzin (Coker-Naphtha) und verschiedene Mitteldestillatfraktionen zu erhalten, die als Einsatzmaterialien für katalytisches Cracken verwendet werden. Dieser Prozess reduziert Wasserstoff so vollständig aus dem Kohlenwasserstoffmolekül, dass der Rückstand eine Form von fast reinem Kohlenstoff ist, der so genannte Koks. Die beiden gebräuchlichsten Verkokungsverfahren sind die verzögerte Verkokung und die kontinuierliche (Kontakt- oder Fluid-) Verkokung, bei denen je nach Reaktionsmechanismus, Zeit, Temperatur und Rohmaterial drei Arten von Koks entstehen: Schwamm-, Waben- und Nadelkoks. (Siehe Abbildung 8.)

Abbildung 8. Verkokungsprozess

• Verzögertes Verkoken. Beim verzögerten Verkoken wird das Ausgangsmaterial zuerst einem Fraktionator zugeführt, um leichtere Kohlenwasserstoffe abzutrennen, und dann mit schwerem Recyclingöl kombiniert. Das schwere Ausgangsmaterial wird dem Verkokungsofen zugeführt und bei niedrigem Druck auf hohe Temperaturen erhitzt, um ein vorzeitiges Verkoken in den Heizrohren zu verhindern, was zu einer teilweisen Verdampfung und einem milden Cracken führt. Das Flüssigkeit/Dampf-Gemisch wird vom Erhitzer zu einer oder mehreren Verkokungstrommeln gepumpt, wo das heiße Material etwa 24 Stunden (verzögert) bei niedrigem Druck gehalten wird, bis es in leichtere Produkte zerfällt. Nachdem der Koks in einer Trommel ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat, wird der Strom zu einer anderen Trommel umgeleitet, um einen kontinuierlichen Betrieb aufrechtzuerhalten. Dampf aus den Fässern wird zum Fraktionator zurückgeführt, um Gas, Naphtha und Gasöle abzutrennen und schwerere Kohlenwasserstoffe durch den Ofen zu recyclen. Die volle Trommel wird gedämpft, um ungecrackte Kohlenwasserstoffe zu entfernen, durch Wassereinspritzung gekühlt und mechanisch durch eine vom Boden der Trommel aufsteigende Schnecke oder hydraulisch durch Brechen des Koksbetts mit Hochdruckwasser, das von einer rotierenden Schneidvorrichtung ausgestoßen wird, entkokt.
• Kontinuierliche Verkokung. Kontinuierliches (Kontakt- oder Fluid-) Verkoken ist ein Bewegtbettverfahren, das bei niedrigeren Drücken und höheren Temperaturen als verzögertes Verkoken arbeitet. Beim kontinuierlichen Verkoken erfolgt thermisches Cracken durch Verwendung von Wärme, die von heißen rezyklierten Kokspartikeln auf das Einsatzmaterial in einem Radialmischer, genannt a, übertragen wird Reaktor. Gase und Dämpfe werden aus dem Reaktor entnommen, gequencht, um die weitere Reaktion zu stoppen, und fraktioniert. Der reagierte Koks tritt in eine Auffangtrommel ein und wird zu einem Beschicker und Klassierer gehoben, wo die größeren Kokspartikel entfernt werden. Der verbleibende Koks wird in den Reaktorvorwärmer getropft, um mit Einsatzmaterial recycelt zu werden. Das Verfahren ist dahingehend automatisch, dass Koks und Einsatzmaterial kontinuierlich fließen und sowohl im Reaktor als auch im Zwischenbehälter verkokt wird.

 

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen

Beim Verkoken sollte die Temperaturkontrolle in einem engen Bereich gehalten werden, da hohe Temperaturen Koks erzeugen, der zu hart ist, um aus der Trommel herausgeschnitten zu werden. Umgekehrt führen zu niedrige Temperaturen zu einer Aufschlämmung mit hohem Asphaltgehalt. Sollten die Verkokungstemperaturen außer Kontrolle geraten, könnte eine exotherme Reaktion auftreten.

Beim thermischen Cracken bei der Verarbeitung von Sauerölen kann es bei Metalltemperaturen zwischen 232 °C und 482 °C zu Korrosion kommen. Es scheint, dass Koks oberhalb von 482 °C eine Schutzschicht auf dem Metall bildet. Schwefelwasserstoffkorrosion tritt jedoch auf, wenn Temperaturen über 482 °C nicht richtig kontrolliert werden. Der untere Teil des Turms, die Hochtemperaturaustauscher, der Ofen und die Einweichtrommeln sind Korrosion ausgesetzt. Ständige thermische Veränderungen führen dazu, dass Kokstrommelmäntel ausbeulen und reißen.

Wasser- oder Dampfinjektion wird verwendet, um die Ansammlung von Koks in Ofenrohren mit verzögerter Verkokung zu verhindern. Das Wasser muss vollständig aus dem Koker abgelassen werden, um beim Wiederbefüllen mit heißem Koks keine Explosion zu verursachen. In Notfällen sind alternative Ausstiegsmöglichkeiten von der Arbeitsplattform auf Kokereifässern erforderlich.

Verbrennungen können beim Umgang mit heißem Koks, durch Dampf im Falle eines Dampfleitungslecks oder durch heißes Wasser, heißen Koks oder heiße Aufschlämmung auftreten, die beim Öffnen von Verkokungsanlagen austreten können. Es besteht die Möglichkeit einer Exposition gegenüber aromatischen Naphthas, die Benzol-, Schwefelwasserstoff- und Kohlenmonoxidgase enthalten, und Spuren von karzinogenen PAKs im Zusammenhang mit Verkokungsvorgängen. Saures Abwasser kann stark alkalisch sein und Öl, Sulfide, Ammoniak und Phenol enthalten. Wenn Koks als Aufschlämmung transportiert wird, kann es in geschlossenen Räumen wie Lagersilos zu Sauerstoffmangel kommen, da feuchte Kohle Sauerstoff adsorbiert.

Katalytische Crackverfahren

Katalytisches Cracken zerlegt komplexe Kohlenwasserstoffe in einfachere Moleküle, um die Qualität und Quantität leichterer, wünschenswerterer Produkte zu erhöhen und die Menge an Rückständen zu verringern. Schwere Kohlenwasserstoffe werden bei hoher Temperatur und niedrigem Druck Katalysatoren ausgesetzt, die chemische Reaktionen fördern. Dieser Prozess ordnet die Molekularstruktur neu und wandelt schwere Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterialien in leichtere Fraktionen wie Kerosin, Benzin, LPG, Heizöl und petrochemische Ausgangsmaterialien um (siehe Abbildung 9 und Abbildung 10). Die Auswahl eines Katalysators hängt von einer Kombination aus größtmöglicher Reaktivität und bester Abriebfestigkeit ab. Die in Crackanlagen von Raffinerien verwendeten Katalysatoren sind typischerweise feste Materialien (Zeolith, Aluminiumhydrosilikat, behandelter Bentonit-Ton, Bleicherde, Bauxit und Siliciumdioxid-Aluminiumoxid), die in Form von Pulvern, Kügelchen, Pellets oder geformten Materialien, Extruditen genannt, vorliegen.

Abbildung 9. Katalytischer Crackprozess

Abbildung 10. Schema des katalytischen Crackverfahrens

Bei allen katalytischen Crackverfahren gibt es drei Grundfunktionen:

• Reaktion – Ausgangsmaterial reagiert mit Katalysator und crackt in verschiedene Kohlenwasserstoffe.
• Regeneration – Katalysator wird durch Abbrennen von Koks reaktiviert.
• Fraktionierung – der gecrackte Kohlenwasserstoffstrom wird in verschiedene Produkte getrennt.

 

Katalytische Crackverfahren sind sehr flexibel und die Betriebsparameter können angepasst werden, um sich ändernden Produktanforderungen gerecht zu werden. Die drei Grundtypen katalytischer Crackverfahren sind:

• Fluid Catalytic Cracking (FCC)
• Katalytisches Cracken im beweglichen Bett
• Thermokatalytisches Cracken (TCC).

 

Fluidkatalytisches Cracken

Katalytische Wirbelschichtcracker haben einen Katalysatorabschnitt (Riser, Reaktor und Regenerator) und einen Fraktionierungsabschnitt, die beide zusammen als integrierte Verarbeitungseinheit arbeiten. Die FCC verwendet fein pulverisierten Katalysator, der in Öldampf oder Gas suspendiert ist und als Flüssigkeit wirkt. Das Cracken findet im Zulaufrohr (Steigrohr) statt, in dem das Gemisch aus Katalysator und Kohlenwasserstoffen den Reaktor durchströmt.

Das FCC-Verfahren mischt eine vorgewärmte Kohlenwasserstoffbeschickung mit heißem, regeneriertem Katalysator, wenn er in die zum Reaktor führende Steigleitung eintritt. Die Beschickung verbindet sich mit dem zurückgeführten Öl innerhalb des Risers, wird verdampft und durch den heißen Katalysator auf Reaktortemperatur gebracht. Während die Mischung den Reaktor hinauf wandert, wird die Beschickung bei niedrigem Druck gecrackt. Dieses Cracken wird fortgesetzt, bis die Öldämpfe in den Reaktorzyklonen vom Katalysator getrennt werden. Der resultierende Produktstrom tritt in eine Kolonne ein, wo er in Fraktionen getrennt wird, wobei ein Teil des Schweröls als Rückführungsöl zurück in die Steigleitung geleitet wird.

Verbrauchter Katalysator wird regeneriert, um Koks zu entfernen, der sich während des Verfahrens auf dem Katalysator ansammelt. Verbrauchter Katalysator fließt durch den Katalysatorstripper zum Regenerator, wo er sich mit vorgewärmter Luft vermischt und die meisten Koksablagerungen abbrennt. Frischer Katalysator wird hinzugefügt und abgenutzter Katalysator entfernt, um den Crackprozess zu optimieren.

Katalytisches Cracken im beweglichen Bett

Das katalytische Bewegtbettcracken ist dem katalytischen Wirbelschichtcracken ähnlich; der Katalysator liegt jedoch in Form von Pellets anstelle von feinem Pulver vor. Die Pellets bewegen sich kontinuierlich über ein Förderband oder pneumatische Heberohre zu einem Vorratstrichter am oberen Ende der Einheit und fließen dann durch die Schwerkraft nach unten durch den Reaktor zu einem Regenerator. Der Regenerator und der Trichter sind durch Dampfdichtungen vom Reaktor isoliert. Das gecrackte Produkt wird in Kreisgas, Öl, geklärtes Öl, Destillat, Naphtha und Nassgas getrennt.

Thermofor katalytisches Cracken

Beim thermokatalytischen Cracken fließt das vorgewärmte Ausgangsmaterial durch die Schwerkraft durch das katalytische Reaktorbett. Dämpfe werden vom Katalysator getrennt und zu einem Fraktionierturm geleitet. Der verbrauchte Katalysator wird regeneriert, gekühlt und recycelt, und das Rauchgas aus der Regenerierung wird zur Wärmerückgewinnung zu einem Kohlenmonoxidkessel geleitet.

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen

Es sollten regelmäßige Probenahmen und Tests von Rohstoff-, Produkt- und Recyclingströmen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass der Crackprozess wie beabsichtigt funktioniert und dass keine Verunreinigungen in den Prozessstrom gelangt sind. Korrosive Stoffe oder Ablagerungen im Ausgangsmaterial können Gaskompressoren verschmutzen. Bei der Verarbeitung von Sour Crude ist bei Temperaturen darunter mit Korrosion zu rechnen
482 Grad. Korrosion findet dort statt, wo sowohl Flüssig- als auch Dampfphasen vorhanden sind, und an Bereichen, die örtlicher Abkühlung unterliegen, wie z. B. Düsen und Plattformstützen. Bei der Verarbeitung von Ausgangsmaterialien mit hohem Stickstoffgehalt kann der Kontakt mit Ammoniak und Cyanid Kohlenstoffstahlausrüstung im FCC-Überkopfsystem Korrosion, Rissbildung oder Wasserstoffblasenbildung aussetzen, was durch Waschen mit Wasser oder Korrosionsinhibitoren minimiert werden kann. Eine Wasserwäsche kann verwendet werden, um Kopfkondensatoren in der Hauptkolonne zu schützen, die einer Verschmutzung durch Ammoniumhydrosulfid ausgesetzt sind.

Kritische Ausrüstung, einschließlich Pumpen, Kompressoren, Öfen und Wärmetauscher, sollte inspiziert werden. Die Inspektionen sollten die Überprüfung auf Lecks aufgrund von Erosion oder anderen Fehlfunktionen, wie z. B. Katalysatoraufbau an den Expandern, Verkokung in den Überkopf-Zuführungsleitungen durch Rohstoffrückstände und andere ungewöhnliche Betriebsbedingungen, umfassen.

Flüssige Kohlenwasserstoffe im Katalysator oder beim Eintritt in den erhitzten Verbrennungsluftstrom können exotherme Reaktionen hervorrufen. Bei einigen Prozessen muss darauf geachtet werden, dass während der Wiederbefüllung oder Entsorgung keine explosiven Konzentrationen von Katalysatorstaub vorhanden sind. Beim Entladen von verkoktem Katalysator besteht die Möglichkeit von Eisensulfidbränden. Eisensulfid entzündet sich an der Luft von selbst und muss daher mit Wasser benetzt werden, damit es nicht zu einer Zündquelle für Dämpfe wird. Verkokter Katalysator kann entweder auf unter 49 °C gekühlt werden, bevor er aus dem Reaktor entleert wird, oder zuerst in Behälter geschüttet werden, die mit inertem Stickstoff gespült und dann vor der weiteren Handhabung gekühlt werden.

Während der Probenahme aus dem Prozess oder wenn ein Leck oder eine Freisetzung auftritt, besteht die Möglichkeit, extrem heißen Kohlenwasserstoffflüssigkeiten oder -dämpfen ausgesetzt zu werden. Darüber hinaus kann es bei einer Freisetzung von krebserzeugenden PAK, aromatischem Naphtha, das Benzol enthält, Sauergas (Brenngas aus Prozessen wie katalytischem Cracken und Hydrotreating, das Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthält), Schwefelwasserstoff und/oder Kohlenmonoxidgas vorkommen Produkt oder Dampf. Bei Crackprozessen, die Nickelkatalysatoren verwenden, kann es zu einer unbeabsichtigten Bildung von hochgiftigem Nickelcarbonyl kommen, was zu potenziell gefährlichen Expositionen führen kann.

Die Katalysatorregeneration umfasst das Dampfstrippen und Entkoken, was zu einer potenziellen Exposition gegenüber flüssigen Abfallströmen führt, die je nach Einsatzmaterialien, Rohölen und Prozessen unterschiedliche Mengen an Sauerwasser, Kohlenwasserstoff, Phenol, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Mercaptan und anderen Materialien enthalten können. Sichere Arbeitspraktiken und die Verwendung geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (PSA) sind erforderlich, wenn verbrauchter Katalysator gehandhabt, Katalysator nachgefüllt wird oder wenn Lecks oder Freisetzungen auftreten.

Hydrocracking-Verfahren

Hydrocracken ist ein zweistufiges Verfahren, das katalytisches Cracken und Hydrierung kombiniert, wobei Destillatfraktionen in Gegenwart von Wasserstoff und speziellen Katalysatoren gecrackt werden, um wünschenswertere Produkte herzustellen. Das Hydrocracken hat gegenüber dem katalytischen Cracken den Vorteil, dass schwefelreiche Ausgangsmaterialien ohne vorherige Entschwefelung verarbeitet werden können. Dabei wird schweres aromatisches Ausgangsmaterial unter sehr hohen Drücken und ziemlich hohen Temperaturen in leichtere Produkte umgewandelt. Wenn das Ausgangsmaterial einen hohen Paraffingehalt hat, verhindert der Wasserstoff die Bildung von PAKs, verringert die Teerbildung und verhindert die Ansammlung von Koks auf dem Katalysator. Das Hydrocracken erzeugt relativ große Mengen an Isobutan für Alkylierungseinsatzmaterialien und verursacht auch eine Isomerisierung zur Stockpunktsteuerung und Rauchpunktsteuerung, die beide in hochwertigem Düsentreibstoff wichtig sind.

In der ersten Stufe wird das Ausgangsmaterial mit recyceltem Wasserstoff gemischt, erhitzt und zum Primärreaktor geleitet, wo eine große Menge des Ausgangsmaterials in Mitteldestillate umgewandelt wird. Schwefel- und Stickstoffverbindungen werden durch einen Katalysator im Primärstufenreaktor zu Schwefelwasserstoff und Ammoniak umgewandelt. Der Rückstand wird erhitzt und zu einem Hochdruckabscheider geleitet, wo wasserstoffreiche Gase entfernt und recycelt werden. Die verbleibenden Kohlenwasserstoffe werden gestrippt oder gereinigt, um Schwefelwasserstoff, Ammoniak und leichte Gase zu entfernen, die in einem Akkumulator gesammelt werden, wo Benzin von Sauergas getrennt wird.

Die gestrippten flüssigen Kohlenwasserstoffe aus dem Primärreaktor werden mit Wasserstoff gemischt und zum Reaktor der zweiten Stufe geleitet, wo sie in hochwertiges Benzin, Kerosin und Destillatmischungen gecrackt werden. Diese Produkte durchlaufen eine Reihe von Hoch- und Niederdruckabscheidern, um Gase zu entfernen, die recycelt werden. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe werden stabilisiert, gespalten und gestrippt, wobei die leichten Naphtha-Produkte aus dem Hydrocracker zum Mischen von Benzin verwendet werden, während die schwereren Naphthas recycelt oder zu einer katalytischen Reformereinheit geleitet werden. (Siehe Abbildung 11.)

Abbildung 11. Hydrocracking-Prozess

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen

Aufgrund der sehr hohen Drücke in diesem Prozess sind Inspektionen und Tests von Sicherheitsentlastungsvorrichtungen wichtig. Zum Schutz vor Verstopfung der Reaktorbetten ist eine ordnungsgemäße Prozesssteuerung erforderlich. Aufgrund der Betriebstemperaturen und des Vorhandenseins von Wasserstoff muss der Schwefelwasserstoffgehalt des Ausgangsmaterials strikt auf ein Minimum gehalten werden, um die Möglichkeit einer starken Korrosion zu verringern. Auch die Korrosion durch feuchtes Kohlendioxid in Kondensationsbereichen muss berücksichtigt werden. Bei der Verarbeitung von stickstoffreichen Ausgangsmaterialien bilden Ammoniak und Schwefelwasserstoff Ammoniumhydrogensulfid, das bei Temperaturen unterhalb des Wassertaupunkts starke Korrosion verursacht. Ammoniumhydrosulfid ist auch beim Sauerwasserstrippen vorhanden. Da der Hydrocracker bei sehr hohen Drücken und Temperaturen arbeitet, ist die Kontrolle sowohl von Kohlenwasserstofflecks als auch von Wasserstofffreisetzungen wichtig, um Brände zu verhindern.

Da es sich um einen geschlossenen Prozess handelt, sind die Expositionen unter normalen Betriebsbedingungen minimal. Es besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber aliphatischem Naphtha, das Benzol, karzinogenen PAKs, Kohlenwasserstoffgas- und Dampfemissionen, wasserstoffreichem Gas und Schwefelwasserstoffgas als Folge von Hochdrucklecks enthält. Während der Katalysatorregeneration und -umstellung können große Mengen Kohlenmonoxid freigesetzt werden. Katalysatordampfstrippen und -regenerierung erzeugt Abfallströme, die saures Wasser und Ammoniak enthalten. Beim Umgang mit verbrauchtem Katalysator sind sichere Arbeitspraktiken und geeignete persönliche Schutzausrüstung erforderlich. Bei einigen Prozessen ist Vorsicht geboten, um sicherzustellen, dass sich während des Wiederaufladens keine explosiven Konzentrationen von katalytischem Staub bilden. Das Entladen von verkoktem Katalysator erfordert besondere Vorsichtsmaßnahmen, um durch Eisensulfid verursachte Brände zu verhindern. Der verkokte Katalysator sollte vor dem Abladen entweder auf unter 49 °C gekühlt oder bis zum Abkühlen in mit Stickstoff inertisierte Behälter gegeben werden.

Prozesse kombinieren

Zwei Kombinationsprozesse, Polymerisation und Alkylierung, werden verwendet, um kleine wasserstoffarme Moleküle, sog Olefine, aus thermischem und katalytischem Cracken gewonnen werden, um wünschenswertere Benzinmischmaterialien zu erzeugen.

Polymerisation

Polymerisation ist der Prozess der Kombination von zwei oder mehr ungesättigten organischen Molekülen (Olefinen), um ein einzelnes, schwereres Molekül mit den gleichen Elementen im gleichen Verhältnis wie das ursprüngliche Molekül zu bilden. Es wandelt gasförmige Olefine wie Ethylen, Propylen und Butylen, die durch thermische und Fluid-Crackanlagen umgewandelt wurden, in schwerere, komplexere Moleküle mit höherer Oktanzahl um, einschließlich Naphtha und petrochemischer Ausgangsmaterialien. Das Olefineinsatzmaterial wird vorbehandelt, um Schwefelverbindungen und andere unerwünschte Stoffe zu entfernen, und dann über einen Phosphorkatalysator geleitet, üblicherweise einen festen Katalysator oder flüssige Phosphorsäure, wo eine exotherme Polymerreaktion auftritt. Dies erfordert die Verwendung von Kühlwasser und das Einspritzen von kaltem Ausgangsmaterial in den Reaktor, um die Temperaturen bei verschiedenen Drücken zu steuern. Säure in den Flüssigkeiten wird durch ätzendes Waschen entfernt, die Flüssigkeiten werden fraktioniert und der Säurekatalysator wird zurückgeführt. Der Dampf wird fraktioniert, um Butane zu entfernen, und neutralisiert, um Säurespuren zu entfernen. (Siehe Abbildung 12.)

Abbildung 12. Polymerisationsprozess

Sollte Wasser mit der Phosphorsäure in Kontakt kommen, wie z. B. beim Waschen mit Wasser bei Abschaltungen, tritt schwere Korrosion auf, die zu Geräteausfällen führt. Korrosion kann auch in Rohrverteilern, Reboilern, Wärmetauschern und anderen Stellen auftreten, an denen sich Säure absetzen kann. Es besteht die Möglichkeit, dass es ätzenden Waschmitteln (Natriumhydroxid), Phosphorsäure, die im Prozess verwendet oder während der Wenden ausgewaschen wird, und Katalysatorstaub ausgesetzt wird. Bei Verlust von Kühlwasser besteht die Möglichkeit einer unkontrollierten exothermen Reaktion.

Alkylierung

Die Alkylierung kombiniert die Moleküle von Olefinen, die beim katalytischen Cracken entstehen, mit denen von Isoparaffinen, um das Volumen und die Oktanzahl von Benzinmischungen zu erhöhen. Olefine reagieren mit Isoparaffinen in Gegenwart eines hochaktiven Katalysators, üblicherweise Schwefelsäure oder Flusssäure (oder Aluminiumchlorid), um ein langverzweigtes paraffinisches Molekül zu erzeugen, genannt Alkoxid (Iso-Octan), mit außergewöhnlicher Antiklopf-Qualität. Das Alkylat wird dann abgetrennt und fraktioniert. Die relativ niedrigen Reaktionstemperaturen von 10°C bis 16°C für Schwefelsäure, 27°C bis 0°C für Flusssäure (HF) und 0°C für Aluminiumchlorid werden durch Kühlung kontrolliert und aufrechterhalten. (Siehe Abbildung 13.)

Abbildung 13. Alkylierungsprozess

Schwefelsäurealkylierung. In Schwefelsäure-Alkylierungseinheiten vom Kaskadentyp treten Ausgangsmaterialien, einschließlich Propylen, Butylen, Amylen und frisches Isobutan, in den Reaktor ein, wo sie mit dem Schwefelsäurekatalysator in Kontakt kommen. Der Reaktor ist in Zonen unterteilt, wobei jeder Zone Olefine durch Verteiler zugeführt werden und die Schwefelsäure und die Isobutane über Leitbleche von Zone zu Zone strömen. Reaktionswärme wird durch Verdampfen von Isobutan entfernt. Das Isobutangas wird von der Oberseite des Reaktors entfernt, gekühlt und zurückgeführt, wobei ein Teil zum Entpropanisierungsturm geleitet wird. Reste aus dem Reaktor werden abgesetzt, und die Schwefelsäure wird vom Boden des Gefäßes entfernt und rezirkuliert. Laugen- und/oder Wasserwäscher werden verwendet, um kleine Säuremengen aus dem Prozessstrom zu entfernen, der dann zu einem De-Isobutanisierungsturm geleitet wird. Das Isobutankopfprodukt des Debutans wird zurückgeführt, und die verbleibenden Kohlenwasserstoffe werden in einem Rerun-Turm getrennt und/oder zum Mischen geleitet.

Alkylierung von Flusssäure. Es gibt zwei Arten von Flusssäure-Alkylierungsprozessen: Phillips und UOP. Beim Phillips-Verfahren wird Olefin- und Isobutan-Einsatzmaterial getrocknet und einer Reaktor/Abscheider-Kombinationseinheit zugeführt. Der Kohlenwasserstoff aus der Absetzzone wird dem Hauptfraktionierer zugeführt. Der Overhead des Hauptfraktionierers geht zu einem Depropanisierer. Propan mit Spuren von Flusssäure (HF) geht zu einem HF-Stripper und wird dann katalytisch entfluoriert, behandelt und zur Lagerung geschickt. Isobutan wird aus dem Hauptfraktionator abgezogen und in den Reaktor/Absetzer zurückgeführt, und Alkylat vom Boden des Hauptfraktionators wird zu einem Splitter geleitet.

Das UOP-Verfahren verwendet zwei Reaktoren mit getrennten Absetzern. Die Hälfte des getrockneten Einsatzmaterials wird in den ersten Reaktor eingebracht, zusammen mit zurückgeführtem und ergänzendem Isobutan, und dann in seinen Absetzer, wo die Säure zurückgeführt und der Kohlenwasserstoff in den zweiten Reaktor eingebracht wird. Die andere Hälfte des Einsatzmaterials geht in den zweiten Reaktor, wobei die Absetzsäure zurückgeführt und die Kohlenwasserstoffe dem Hauptfraktionator zugeführt werden. Die anschließende Verarbeitung ähnelt der von Phillips, da das Kopfprodukt aus dem Hauptfraktionierer zu einem Depropanisierer geht, Isobutan zurückgeführt und Alkylat zu einem Splitter geschickt wird.

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen

Schwefelsäure und Flusssäure sind gefährliche Chemikalien, und beim Anliefern und Entladen von Säure ist Vorsicht geboten. Für einen guten Betrieb und zur Minimierung von Korrosion müssen Schwefelsäurekonzentrationen von 85 bis 95 % aufrechterhalten werden. Um Korrosion durch Flusssäure zu vermeiden, muss die Säurekonzentration in der Prozesseinheit über 65 % und die Feuchtigkeit unter 4 % gehalten werden. Etwas Korrosion und Fouling in Schwefelsäureanlagen treten durch den Abbau von Schwefelsäureestern auf oder wenn Ätzmittel zur Neutralisation hinzugefügt wird. Diese Ester können durch Behandlung mit frischer Säure und Waschen mit heißem Wasser entfernt werden.

Störungen können durch den Verlust des Kühlwassers verursacht werden, das zum Aufrechterhalten der Prozesstemperaturen benötigt wird. Der Druck auf der Kühlwasser- und Dampfseite von Wärmetauschern sollte unter dem Mindestdruck auf der Säureseite gehalten werden, um eine Wasserverunreinigung zu vermeiden. Entlüftungen können zu Soda-Wäschern geleitet werden, um Fluorwasserstoffgas oder Flusssäuredämpfe vor der Freisetzung zu neutralisieren. Bordsteine, Entwässerung und Isolierung können für die Eindämmung der Prozesseinheit bereitgestellt werden, damit das Abwasser vor der Einleitung in das Abwassersystem neutralisiert werden kann.

Einheiten mit Flusssäure sollten vor dem Wenden und Betreten gründlich entleert und chemisch gereinigt werden, um alle Spuren von Eisenfluorid und Flusssäure zu entfernen. Wenn Wasser verwendet wurde, sollte das Gerät nach dem Abschalten gründlich getrocknet werden, bevor Flusssäure eingefüllt wird. Lecks, Verschüttungen oder Freisetzungen von Flusssäure oder flusssäurehaltigen Kohlenwasserstoffen sind äußerst gefährlich. Es sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, um sicherzustellen, dass Ausrüstung und Materialien, die mit Säure in Kontakt gekommen sind, sorgfältig gehandhabt und gründlich gereinigt werden, bevor sie den Prozessbereich oder die Raffinerie verlassen. Zur Neutralisation von Geräten, die mit Flusssäure in Kontakt gekommen sind, werden häufig Tauchwaschbecken bereitgestellt.

Es besteht die Möglichkeit ernsthafter gefährlicher und toxischer Belastungen, falls es zu Lecks, Verschüttungen oder Freisetzungen kommt. Direkter Kontakt mit Schwefel- oder Flusssäure verursacht schwere Haut- und Augenschäden, und das Einatmen von Säurenebeln oder säurehaltigen Kohlenwasserstoffdämpfen verursacht schwere Reizungen und Schäden an den Atemwegen. Es sollten besondere vorsorgliche Notfallvorsorgemaßnahmen ergriffen werden, und es sollte ein Schutz bereitgestellt werden, der der potenziellen Gefahr und den möglicherweise betroffenen Bereichen angemessen ist. Sichere Arbeitspraktiken und angemessene persönliche Schutzausrüstung für Haut und Atemwege sind dort erforderlich, wo eine potenzielle Exposition gegenüber Fluss- und Schwefelsäure während des normalen Betriebs besteht, wie z. Es sollten Verfahren vorhanden sein, um sicherzustellen, dass Schutzausrüstung und -kleidung, die bei Schwefel- oder Flusssäureaktivitäten getragen werden, einschließlich Chemikalienschutzanzügen, Kopf- und Schuhbedeckungen, Handschuhen, Gesichts- und Augenschutz und Atemschutzausrüstung, vor der Wiederausgabe gründlich gereinigt und dekontaminiert werden.

Prozesse neu ordnen

Katalytische Reformierung und Isomerisierung sind Prozesse, die Kohlenwasserstoffmoleküle neu anordnen, um Produkte mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Nach dem Cracken erfordern einige Benzinströme, obwohl sie die richtige Molekülgröße haben, eine weitere Verarbeitung, um ihre Leistung zu verbessern, da sie in einigen Qualitäten, wie Oktanzahl oder Schwefelgehalt, mangelhaft sind. Das Reformieren von Wasserstoff (Dampf) erzeugt zusätzlichen Wasserstoff zur Verwendung in der Hydrierungsverarbeitung.

Katalytische Reformierung

Katalytische Reformierungsprozesse wandeln schwere Naphthas mit niedriger Oktanzahl in aromatische Kohlenwasserstoffe für petrochemische Ausgangsmaterialien und Benzinkomponenten mit hoher Oktanzahl um, genannt reformiert, durch molekulare Umlagerung oder Dehydrierung. Je nach Einsatzmaterial und Katalysatoren können Reformate mit sehr hohen Konzentrationen an Toluol, Benzol, Xylol und anderen Aromaten hergestellt werden, die beim Benzinmischen und in der petrochemischen Verarbeitung nützlich sind. Wasserstoff, ein bedeutendes Nebenprodukt, wird zum Recycling und zur Verwendung in anderen Prozessen vom Reformat getrennt. Das resultierende Produkt hängt von Reaktortemperatur und -druck, dem verwendeten Katalysator und der Wasserstoffrückführungsrate ab. Einige katalytische Reformer arbeiten bei niedrigem Druck und andere bei hohem Druck. Einige katalytische Reformierungssysteme regenerieren den Katalysator kontinuierlich, einige Anlagen regenerieren alle Reaktoren während der Turnarounds und andere nehmen einen Reaktor nach dem anderen zur Katalysatorregeneration vom Strom.

Beim katalytischen Reformieren wird Naphtha-Ausgangsmaterial mit Wasserstoff vorbehandelt, um Verunreinigungen wie Chlor-, Schwefel- und Stickstoffverbindungen zu entfernen, die den Katalysator vergiften könnten. Das Produkt wird geflasht und in Türmen fraktioniert, wo die verbleibenden Verunreinigungen und Gase entfernt werden. Das entschwefelte Naphtha-Ausgangsmaterial wird zum katalytischen Reformer geleitet, wo es zu Dampf erhitzt und durch einen Reaktor mit einem stationären Bett aus bimetallischem oder metallischem Katalysator geleitet wird, der eine kleine Menge Platin, Molybdän, Rhenium oder andere Edelmetalle enthält. Die zwei Hauptreaktionen, die auftreten, sind die Produktion von hochoktanigen Aromaten durch Entfernen von Wasserstoff aus den Ausgangsmaterialmolekülen und die Umwandlung von normalen Paraffinen in verzweigtkettige oder Isoparaffine.

Beim Plattforming, einem weiteren katalytischen Reformierungsverfahren, wird nicht hydrodesulfuriertes Ausgangsmaterial mit Rückführgas kombiniert und zunächst über einen weniger teuren Katalysator geleitet. Alle verbleibenden Verunreinigungen werden in Schwefelwasserstoff und Ammoniak umgewandelt und entfernt, bevor der Strom über den Platinkatalysator geleitet wird. Wasserstoffreicher Dampf wird rezirkuliert, um Reaktionen zu verhindern, die den Katalysator vergiften könnten. Der Reaktorausgang wird in flüssiges Reformat, das zu einem Strippturm geleitet wird, und Gas, das komprimiert und zurückgeführt wird, getrennt. (Siehe Abbildung 14.)

Abbildung 14. Katalytischer Reformierungsprozess

Betriebsverfahren sind erforderlich, um Hot Spots während des Starts zu kontrollieren. Es muss darauf geachtet werden, den Katalysator beim Beladen der Betten nicht zu zerbrechen oder zu zerquetschen, da kleine Feinteile die Siebe des Reformers verstopfen. Vorsichtsmaßnahmen gegen Staub beim Regenerieren oder Ersetzen des Katalysators sind erforderlich. Während der Katalysatorregeneration können geringe Emissionen von Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff auftreten.

Eine Wasserwäsche sollte in Erwägung gezogen werden, wenn in Reformern aufgrund der Bildung von Ammoniumchlorid und Eisensalzen Stabilisatorfouling aufgetreten ist. Ammoniumchlorid kann sich in Vorbehandlungsaustauschern bilden und Korrosion und Fouling verursachen. Chlorwasserstoff aus der Hydrierung von Chlorverbindungen kann Säuren oder Ammoniumchloridsalze bilden. Es besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber aliphatischen und aromatischen Naphthas, wasserstoffreichem Prozessgas, Schwefelwasserstoff und Benzol, falls ein Leck oder eine Freisetzung auftritt.

Isomerisierung

Isomerisierung wandelt um n-Butan, n-Pentan u n-Hexan in ihre jeweiligen Isoparaffine. Einige der normalen geradkettigen Paraffinkomponenten von leichtem Straight-run-Naphtha haben eine niedrige Oktanzahl. Diese können in verzweigtkettige Isomere mit hoher Oktanzahl umgewandelt werden, indem die Bindungen zwischen Atomen neu angeordnet werden, ohne die Anzahl oder Art der Atome zu ändern. Die Isomerisierung ähnelt dem katalytischen Reformieren insofern, als die Kohlenwasserstoffmoleküle neu angeordnet werden, aber im Gegensatz zum katalytischen Reformieren wandelt die Isomerisierung nur normale Paraffine in Isoparaffine um. Die Isomerisierung verwendet einen anderen Katalysator als die katalytische Reformierung.

Die beiden unterschiedlichen Isomerisierungsverfahren sind Butan (C₄) und Pentan/Hexan. (C₅/C₆).

Butan (C₄) Isomerisierung erzeugt Ausgangsmaterial für die Alkylierung. Ein Niedertemperaturverfahren verwendet hochaktiven Aluminiumchlorid- oder Chlorwasserstoff-Katalysator ohne befeuerte Heizelemente zur Isomerisierung n-Butan. Das behandelte und vorgewärmte Ausgangsmaterial wird dem Rückführungsstrom zugesetzt, mit HCl vermischt und durch den Reaktor geleitet (siehe Abbildung 15).

Abbildung 15. C4-Isomerisierung

Die Pentan/Hexan-Isomerisierung wird verwendet, um die Oktanzahl durch Umwandlung zu erhöhen n-Pentan u n-Hexan. In einem typischen Pentan/Hexan-Isomerisierungsverfahren wird getrocknetes und entschwefeltes Ausgangsmaterial mit einer kleinen Menge organischem Chlorid und zurückgeführtem Wasserstoff gemischt und auf Reaktortemperatur erhitzt. Anschließend wird es über einen Metallträgerkatalysator in den ersten Reaktor geleitet, wo Benzol und Olefine hydriert werden. Die Beschickung geht als nächstes zum Isomerisierungsreaktor, wo die Paraffine katalytisch zu Isoparaffinen isomerisiert, gekühlt und zu einem Separator geleitet werden. Trenngas und Wasserstoff werden zusammen mit Frischwasserstoff recycelt. Die Flüssigkeit wird mit alkalischen Materialien neutralisiert und zu einer Stripperkolonne geleitet, wo Chlorwasserstoff zurückgewonnen und zurückgeführt wird. (Siehe Abbildung 16.)

Abbildung 16. Isomerisierungsprozess

Wenn das Ausgangsmaterial nicht vollständig getrocknet und entschwefelt wird, besteht die Möglichkeit einer Säurebildung, die zu einer Katalysatorvergiftung und Metallkorrosion führt. Wasser oder Dampf dürfen nicht in Bereiche gelangen, in denen Chlorwasserstoff vorhanden ist. Es sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, um zu verhindern, dass HCl in die Kanalisation und Kanalisation gelangt. Es besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber Isopentan- und aliphatischen Naphtha-Dämpfen und -Flüssigkeiten sowie gegenüber wasserstoffreichem Prozessgas, Salzsäure und Chlorwasserstoff und Staub, wenn ein fester Katalysator verwendet wird.

Wasserstofferzeugung (Dampfreformierung)

Hochreiner Wasserstoff (95 bis 99 %) wird für Hydrodesulfurierung, Hydrierung, Hydrocracken und petrochemische Prozesse benötigt. Wenn nicht genug Wasserstoff als Nebenprodukte von Raffinerieprozessen produziert wird, um den gesamten Raffineriebedarf zu decken, ist die Herstellung von zusätzlichem Wasserstoff erforderlich.

Bei der Wasserstoffdampfreformierung werden entschwefelte Gase mit überhitztem Dampf gemischt und in Rohren reformiert, die einen Katalysator auf Nickelbasis enthalten. Das reformierte Gas, das aus Wasserdampf, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid besteht, wird gekühlt und durch Konverter geleitet, wo das Kohlenmonoxid mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlendioxid reagiert. Das Kohlendioxid wird mit Aminlösungen gewaschen und in die Atmosphäre entlüftet, wenn die Lösungen durch Erhitzen reaktiviert werden. Im Produktstrom verbleibendes Kohlenmonoxid wird in Methan umgewandelt. (Siehe Abbildung 17.)

Abbildung 17. Dampfreformierungsprozess

Inspektionen und Tests müssen durchgeführt werden, wenn die Möglichkeit eines Ventilausfalls aufgrund von Verunreinigungen im Wasserstoff besteht. Die Verschleppung von kaustischen Wäschern zur Verhinderung von Korrosion in Vorwärmern muss kontrolliert werden, und es muss verhindert werden, dass Chloride aus dem Ausgangsmaterial oder dem Dampfsystem in Reformerrohre eindringen und den Katalysator verunreinigen. Expositionen können aus der Verunreinigung des Kondensats durch Prozessmaterialien wie Ätzmittel und Aminverbindungen sowie aus überschüssigem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid resultieren. Bei einer Freisetzung besteht die Möglichkeit von Verbrennungen durch heiße Gase und überhitzten Dampf.

Verschiedene Raffinerieprozesse

Schmierbasis und Wachsprozesse

Schmieröle und Wachse werden aus verschiedenen Fraktionen atmosphärischer und Vakuumdestillation raffiniert. Mit der Erfindung der Vakuumdestillation wurde entdeckt, dass wachsartige Rückstände ein besseres Schmiermittel abgeben als jedes der damals verwendeten tierischen Fette, was der Beginn der modernen Raffinationstechnologie für Kohlenwasserstoffschmierstoffe war, deren Hauptziel es ist, unerwünschte Produkte zu entfernen. wie Asphalte, sulfonierte Aromaten und paraffinische und iso-paraffinische Wachse aus den Restfraktionen, um hochwertige Schmierstoffe herzustellen. Dies erfolgt durch eine Reihe von Prozessen, einschließlich Entasphaltierung, Lösungsmittelextraktion und Trenn- und Behandlungsprozessen wie Entparaffinieren und Hydrofinishing. (Siehe Abbildung 18)

Abbildung 18. Herstellungsprozess von Schmieröl und Wachs

Bei der Extraktionsverarbeitung wird reduziertes Rohöl aus der Vakuumeinheit von Propan entasphaltiert und mit Straight-Run-Schmieröl-Ausgangsmaterial kombiniert, vorgeheizt und mit Lösungsmittel extrahiert, um ein Ausgangsmaterial namens Raffinat zu erzeugen. In einem typischen Extraktionsverfahren, das Phenol als Lösungsmittel verwendet, wird das Ausgangsmaterial im Behandlungsabschnitt bei Temperaturen unter 204 °C mit Phenol vermischt. Phenol wird dann vom Raffinat abgetrennt und recycelt. Das Raffinat kann dann einem weiteren Extraktionsverfahren unterzogen werden, das Furfural verwendet, um aromatische Verbindungen von nichtaromatischen Kohlenwasserstoffen zu trennen, wodurch ein heller gefärbtes Raffinat mit verbessertem Viskositätsindex und verbesserter Oxidations- und Wärmestabilität erzeugt wird.

Entparaffiniertes Raffinat kann auch einer weiteren Verarbeitung unterzogen werden, um die Qualitäten des Grundmaterials zu verbessern. Tonadsorptionsmittel werden verwendet, um dunkel gefärbte, instabile Moleküle aus Schmierölgrundstoffen zu entfernen. Bei einem alternativen Verfahren, dem Lube Hydrofinishing, werden heißes entparaffiniertes Raffinat und Wasserstoff durch einen Katalysator geleitet, der die Molekularstruktur leicht verändert, was zu einem helleren Öl mit verbesserten Eigenschaften führt. Die behandelten Schmierölbasismaterialien werden dann mit Additiven gemischt und/oder compoundiert, um die erforderlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Motorölen, Industrieschmiermitteln und Metallbearbeitungsölen zu erfüllen.

Die zwei unterschiedlichen Wachsarten, die aus Rohöl gewonnen werden, sind Paraffinwachs, das aus Destillatvorräten hergestellt wird, und mikrokristallines Wachs, das aus Restvorräten hergestellt wird. Raffinat aus der Extraktionseinheit enthält eine beträchtliche Menge Paraffin, das durch Lösungsmittelextraktion und Kristallisation entfernt werden kann. Das Raffinat wird mit einem Lösungsmittel wie Propan, Methylethylketon (MEK) und Toluolgemisch oder Methylisobutylketon (MIBK) vermischt und in Wärmetauschern vorgekühlt. Die Kristallisationstemperatur wird durch die Verdampfung des Propans in den Kühler- und Filterspeisetanks erreicht. Das Wachs wird kontinuierlich durch Filter entfernt und mit kaltem Lösungsmittel gewaschen, um zurückgehaltenes Öl zurückzugewinnen. Das Lösungsmittel wird aus dem entparaffinierten Raffinat durch Flashen und Dampfstrippen zurückgewonnen und zurückgeführt.

Das Wachs wird mit heißem Lösungsmittel erhitzt, gekühlt, filtriert und abschließend gewaschen, um alle Spuren von Öl zu entfernen. Bevor das Wachs verwendet wird, kann es hydrobehandelt werden, um seinen Geruch zu verbessern und alle Spuren von Aromastoffen zu entfernen, damit das Wachs in der Lebensmittelverarbeitung verwendet werden kann. Das entparaffinierte Raffinat, das geringe Mengen an Paraffinen, Naphthenen und einigen Aromaten enthält, kann zur Verwendung als Schmierölbasismaterialien weiterverarbeitet werden.

Die Kontrolle der Temperatur des Behandlers ist wichtig, um eine Korrosion durch Phenol zu verhindern. Wachs kann Abwasser- oder Ölabflusssysteme verstopfen und die Abwasserbehandlung beeinträchtigen. Es besteht die Möglichkeit, Prozesslösungsmitteln wie Phenol, Propan, einer Mischung aus Methylethylketon und Toluol oder Methylisobutylketon ausgesetzt zu werden. Das Einatmen von Kohlenwasserstoffgasen und -dämpfen, aromatischem Naphtha mit Benzol, Schwefelwasserstoff und wasserstoffreichen Prozessgasen ist eine Gefahr.

Asphaltverarbeitung

Nach primären Destillationsvorgängen ist Asphalt ein Teil von Reststoffen, der weiterverarbeitet werden muss, um Eigenschaften zu verleihen, die für seine endgültige Verwendung erforderlich sind. Asphalt für Bedachungsmaterialien wird durch Luftblasen hergestellt. Der Rest wird in einer Rohrdestille fast bis zu seinem Flammpunkt erhitzt und einem Blasturm zugeführt, wo heiße Luft für eine vorbestimmte Zeitdauer eingeblasen wird. Die Dehydrierung des Asphalts bildet Schwefelwasserstoff und die Oxidation erzeugt Schwefeldioxid. Dampf wird verwendet, um die Oberseite des Turms abzudecken, um die Verunreinigungen mitzureißen, und wird durch einen Wäscher geleitet, um die Kohlenwasserstoffe zu kondensieren.

Zur Herstellung von Straßenteerasphalt wird im Allgemeinen Vakuumdestillation verwendet. Der Rückstand wird erhitzt und in eine Kolonne geladen, wo Vakuum angelegt wird, um ein Reißen zu verhindern.

Kondensdampf aus den verschiedenen Asphaltprozessen enthält Spuren von Kohlenwasserstoffen. Jede Unterbrechung des Vakuums kann zum Eindringen von atmosphärischer Luft und nachfolgendem Brand führen. Bei der Asphaltherstellung kann durch Erhöhen der Temperatur des Bodens des Vakuumturms zur Verbesserung der Effizienz Methan durch thermisches Cracken erzeugt werden. Dabei entstehen in Asphalt-Lagertanks Dämpfe, die im brennbaren Bereich liegen, aber durch Flash-Tests nicht nachweisbar sind. Das Einblasen von Luft kann einige mehrkernige Aromaten (dh PAKs) erzeugen. Kondensdampf aus dem Asphaltblasverfahren kann auch verschiedene Verunreinigungen enthalten.

Verfahren zum Süßen und Behandeln mit Kohlenwasserstoffen

Viele Produkte, wie thermische Naphthas aus Visbreaking, Verkokung oder thermischem Cracken und schwefelreiche Naphthas und Destillate aus der Rohöldestillation, müssen behandelt werden, um in Benzin- und Heizölmischungen verwendet zu werden. Destillationsprodukte, einschließlich Kerosin und andere Destillate, können Spuren von Aromaten enthalten, und Naphthene und Schmierölbasismaterialien können Wachs enthalten. Diese unerwünschten Stoffe werden entweder in zwischengeschalteten Raffinationsstufen oder kurz bevor die Produkte zum Mischen und zur Lagerung geschickt werden, durch Raffinationsverfahren wie Lösungsmittelextraktion und Lösungsmittelentparaffinierung entfernt. Eine Vielzahl von Zwischen- und Endprodukten, darunter Mitteldestillate, Benzin, Kerosin, Kerosin und Sauergase, müssen getrocknet und gesüßt werden.

Die Behandlung erfolgt entweder in einer Zwischenstufe des Raffinationsprozesses oder kurz bevor die fertigen Produkte zum Mischen und Lagern geschickt werden. Die Behandlung entfernt Verunreinigungen aus dem Öl, wie organische Verbindungen, die Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff enthalten, gelöste Metalle, anorganische Salze und lösliche Salze, die in emulgiertem Wasser gelöst sind. Zu den Behandlungsmaterialien gehören Säuren, Lösungsmittel, Laugen sowie Oxidations- und Adsorptionsmittel. Säurebehandlungen werden verwendet, um den Geruch, die Farbe und andere Eigenschaften von Schmierbasismaterialien zu verbessern, um Korrosion und Katalysatorverunreinigung zu verhindern und um die Produktstabilität zu verbessern. Schwefelwasserstoff, der durch ein Absorptionsmittel (Diethanolamin) aus „trockenem“ Sauergas entfernt wird, wird abgefackelt, als Brennstoff verwendet oder zu Schwefel umgewandelt. Die Art der Behandlung und der Mittel hängt vom Rohrohstoff, den Zwischenprozessen und den Spezifikationen des Endprodukts ab.

Lösungsmittelbehandlungsverfahren

Lösungsmittelextraktion trennt Aromaten, Naphthene und Verunreinigungen aus Produktströmen durch Lösen oder Ausfällen. Die Lösungsmittelextraktion verhindert Korrosion, schützt den Katalysator in nachfolgenden Prozessen und verbessert die Endprodukte, indem ungesättigte, aromatische Kohlenwasserstoffe aus Schmiermittel- und Fettbasismaterialien entfernt werden.

Das Ausgangsmaterial wird getrocknet und einer kontinuierlichen Lösungsmittelbehandlung im Gegenstrom unterzogen. Bei einem Verfahren wird Ausgangsmaterial mit einer Flüssigkeit gewaschen, in der die zu entfernenden Substanzen besser löslich sind als in dem gewünschten resultierenden Produkt. In einem anderen Verfahren werden ausgewählte Lösungsmittel zugesetzt, wodurch Verunreinigungen aus dem Produkt ausfallen. Das Lösungsmittel wird aus dem Produktstrom durch Erhitzen, Verdampfen oder Fraktionieren abgetrennt, wobei restliche Spurenmengen anschließend aus dem Raffinat durch Dampfstrippen oder Vakuumverdampfung entfernt werden. Elektrische Fällung kann zur Trennung von anorganischen Verbindungen verwendet werden. Das Lösungsmittel wird dann regeneriert, um erneut in dem Verfahren verwendet zu werden.

Zu den typischen Chemikalien, die im Extraktionsprozess verwendet werden, gehören eine Vielzahl von Säuren, Laugen und Lösungsmitteln, einschließlich Phenol und Furfural, sowie Oxidations- und Adsorptionsmittel. Beim Adsorptionsprozess sammeln hochporöse Feststoffe flüssige Moleküle an ihren Oberflächen. Die Auswahl spezifischer Verfahren und chemischer Mittel hängt von der Art des zu behandelnden Ausgangsmaterials, den vorhandenen Verunreinigungen und den Anforderungen an das Endprodukt ab. (Siehe Abbildung 19.)

Abbildung 19. Lösungsmittelextraktionsprozess

Lösungsmittelentparaffinierung entfernt Paraffin entweder aus Destillat oder Restrohstoffen und kann in jedem Stadium des Raffinationsprozesses angewendet werden. Beim Lösungsmittelentparaffinieren werden wachsartige Ausgangsmaterialien durch Wärmetauscher und Kühlung gekühlt, und Lösungsmittel wird hinzugefügt, um die Entwicklung von Kristallen zu unterstützen, die durch Vakuumfiltration entfernt werden. Das entparaffinierte Öl und das Lösungsmittel werden geflasht und gestrippt, und das Wachs passiert einen Wasserabsetzer, einen Lösungsmittelfraktionierer und einen Flashturm. (Siehe Abbildung 20.)

Abbildung 20. Lösungsmittelentparaffinierungsprozess

Lösemitteldeasphaltierung trennt Schwerölfraktionen, um schweres Schmieröl, Ausgangsmaterial für katalytisches Cracken und Asphalt herzustellen. Ausgangsmaterial und flüssiges Propan (oder Hexan) werden mit genau kontrollierten Mischungen, Temperaturen und Drücken zu einem Extraktionsturm gepumpt. Die Trennung erfolgt in einem Drehscheibenkontaktor aufgrund von Unterschieden in der Löslichkeit. Die Produkte werden dann verdampft und mit Dampf gestrippt, um Propan für die Rückführung zurückzugewinnen. Lösungsmitteldeasphaltierung entfernt auch Schwefel- und Stickstoffverbindungen, Metalle, Kohlenstoffrückstände und Paraffine aus dem Ausgangsmaterial. (Siehe Abbildung 21.)

Abbildung 21. Deasphaltierungsprozess mit Lösungsmittel

Gesundheits- und Sicherheitsüberlegungen.

Bei der Lösungsmittelentparaffinierung führt die Unterbrechung des Vakuums zu einer potenziellen Brandgefahr, da Luft in die Einheit eindringen kann. Es besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber Entparaffinierungslösungsmitteldämpfen, einer Mischung aus MEK und Toluol. Obwohl die Lösungsmittelextraktion ein geschlossener Prozess ist, besteht während der Handhabung und des Betriebs eine potenzielle Exposition gegenüber karzinogenen PAK in den Prozessölen und Extraktionslösungsmitteln wie Phenol, Furfural, Glykol, MEK, Aminen und anderen Prozesschemikalien.

Das Entasphaltieren erfordert eine genaue Temperatur- und Druckkontrolle, um Störungen zu vermeiden. Darüber hinaus können Feuchtigkeit, überschüssiges Lösungsmittel oder ein Abfall der Betriebstemperatur zu Schaumbildung führen, die die Produkttemperaturregelung beeinträchtigt und zu Störungen führen kann. Kontakt mit heißen Ölstrahlen führt zu Hautverbrennungen. Es besteht die Möglichkeit, heißen Ölströmen ausgesetzt zu werden, die krebserregende polyzyklische aromatische Verbindungen, verflüssigtes Propan und Propandämpfe, Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid enthalten.

Hydrotreating-Prozesse

Hydrotreating wird verwendet, um etwa 90 % der Verunreinigungen, einschließlich Stickstoff, Schwefel, Metalle und ungesättigte Kohlenwasserstoffe (Olefine), aus flüssigen Erdölfraktionen wie Straight-Run-Benzin zu entfernen. Das Hydrotreating ist dem Hydrocracken insofern ähnlich, als sowohl der Wasserstoff als auch der Katalysator verwendet werden, um den Wasserstoffgehalt des Olefineinsatzmaterials anzureichern. Allerdings ist der Sättigungsgrad nicht so hoch wie beim Hydrocracken. Typischerweise wird das Hydrotreating vor Prozessen wie dem katalytischen Reformieren durchgeführt, damit der Katalysator nicht durch unbehandeltes Ausgangsmaterial verunreinigt wird. Hydrotreating wird auch vor dem katalytischen Cracken verwendet, um Schwefel zu reduzieren und die Produktausbeute zu verbessern und um Mitteldestillat-Erdölfraktionen zu fertigem Kerosin, Dieselkraftstoff und Heizölen zu veredeln.

Hydrotreating-Verfahren unterscheiden sich in Abhängigkeit von den Ausgangsmaterialien und Katalysatoren. Die Hydroentschwefelung entfernt Schwefel aus Kerosin, reduziert Aromaten und gummibildende Eigenschaften und sättigt alle Olefine. Hydroforming ist ein Dehydrierungsverfahren zur Rückgewinnung von überschüssigem Wasserstoff und zur Herstellung von Benzin mit hoher Oktanzahl. Mit Wasserstoff behandelte Produkte werden gemischt oder als Einsatzmaterial für das katalytische Reformieren verwendet.

In katalytische Hydroentschwefelungwird der Einsatzstoff entlüftet, mit Wasserstoff vermischt, vorgewärmt und unter hohem Druck durch einen katalytischen Festbettreaktor geleitet. Der Wasserstoff wird abgetrennt und zurückgeführt und das Produkt in einer Stripperkolonne stabilisiert, wo die Leichtsieder entfernt werden.

Dabei werden im Ausgangsmaterial enthaltene Schwefel- und Stickstoffverbindungen zu Schwefelwasserstoff (H₂S) und Ammoniak (NH₃). Restlicher Schwefelwasserstoff und Ammoniak werden entweder durch Dampfstrippen, durch eine Kombination aus Hoch- und Niederdruckabscheider oder durch Aminwäsche entfernt, die Schwefelwasserstoff in einem hochkonzentrierten Strom zurückgewinnt, der für die Umwandlung in elementaren Schwefel geeignet ist. (Siehe Abbildung 22 und Abbildung 23.)

Abbildung 22. Hydrodesulfurierungsprozess

Abbildung 23. Schema des Hydrodesulfurierungsprozesses

Beim Hydrotreating muss der Schwefelwasserstoffgehalt des Ausgangsmaterials strikt auf ein Minimum kontrolliert werden, um die Korrosion zu reduzieren. Chlorwasserstoff kann sich bilden und als Salzsäure in den Niedertemperaturteilen der Einheit kondensieren. In Hochtemperatur- und Hochdruckanlagen kann sich Ammoniumhydrogensulfid bilden. Im Falle einer Freisetzung besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber aromatischen Naphtha-Dämpfen, die Benzol, Schwefelwasserstoff oder Wasserstoffgas enthalten, oder gegenüber Ammoniak, falls saures Wasser austritt oder verschüttet wird. Phenol kann auch vorhanden sein, wenn Einsatzmaterialien mit hohem Siedepunkt verarbeitet werden.

Eine zu lange Kontaktzeit und/oder Temperatur führt zu einer Verkokung im Gerät. Beim Entladen des verkokten Katalysators aus der Einheit müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um Eisensulfidbrände zu verhindern. Der verkokte Katalysator sollte vor dem Entfernen auf unter 49 °C gekühlt oder in mit Stickstoff inertisierte Behälter gekippt werden, wo er vor der weiteren Handhabung gekühlt werden kann. Spezielle Antischaumadditive können verwendet werden, um eine Katalysatorvergiftung durch das Verschleppen von Silikon in Coker-Einsatzmaterial zu verhindern.

Andere Süßungs- und Behandlungsverfahren

Behandlungs-, Trocknungs- und Süßungsprozesse werden verwendet, um Verunreinigungen aus Mischungsmaterialien zu entfernen. (Siehe Abbildung 24.)

Abbildung 24. Süßungs- und Behandlungsverfahren

Süßungsprozesse verwenden Luft oder Sauerstoff. Wenn zu viel Sauerstoff in diese Prozesse eindringt, kann es aufgrund der Erzeugung statischer Elektrizität zu einem Brand im Siedler kommen. Es besteht die Möglichkeit der Exposition gegenüber Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Ätzmittel (Natriumhydroxid), verbrauchtem Ätzmittel, verbrauchtem Katalysator (Merox), Katalysatorstaub und Süßungsmitteln (Natriumcarbonat und Natriumbicarbonat).

Aminanlagen (Säuregasbehandlung).

Sauergas (Brenngas aus Prozessen wie katalytisches Cracken und Hydrotreating, das Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid enthält) muss behandelt werden, bevor es als Raffineriebrennstoff verwendet werden kann. Aminanlagen entfernen saure Verunreinigungen aus Sauergas- und Kohlenwasserstoffströmen. In Aminanlagen werden gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffströme, die Kohlendioxid und/oder Schwefelwasserstoff enthalten, einem Gasabsorptionsturm oder Flüssigkeitskontaktor zugeführt, wo die sauren Verunreinigungen durch gegenströmende Aminlösungen – Monoethanolamin (MEA), Diethanolamin (DEA) oder Methyldiethanolamin – absorbiert werden (MDEA). Das gestrippte Gas oder die gestrippte Flüssigkeit wird über Kopf entfernt und das Amin wird einem Regenerator zugeführt. Im Regenerator werden die sauren Komponenten durch Hitze und Rückverdampfung gestrippt und entsorgt, während das Amin zurückgeführt wird.

Um die Korrosion zu minimieren, sollten geeignete Betriebspraktiken eingeführt werden, und die Boden- und Reboilertemperaturen des Regenerators müssen kontrolliert werden. Sauerstoff sollte aus dem System ferngehalten werden, um eine Aminoxidation zu verhindern. Es besteht die Möglichkeit einer Exposition gegenüber Aminverbindungen (dh MEA, DEA, MDEA), Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid.

Süßen und Trocknen

Süßung (Entfernung von Mercaptan) behandelt Schwefelverbindungen (Schwefelwasserstoff, Thiophen und Mercaptan), um die Farbe, den Geruch und die Oxidationsstabilität zu verbessern, und reduziert die Kohlendioxidkonzentration im Benzin. Einige Mercaptane werden entfernt, indem das Produkt mit wasserlöslichen Chemikalien (z. B. Schwefelsäure) in Kontakt gebracht wird, die mit den Mercaptanen reagieren. Ätzende Flüssigkeit (Natriumhydroxid), Aminverbindungen (Diethanolamin) oder Festbettkatalysatorsüßungsmittel können verwendet werden, um Mercaptane in weniger unangenehme Disulfide umzuwandeln.

Die Produkttrocknung (Entwässerung) erfolgt durch Wasseraufnahme mit oder ohne Adsorptionsmittel. Einige Verfahren trocknen und süßen gleichzeitig durch Adsorption an Molekularsieben.

Schwefelrückgewinnung

Die Schwefelrückgewinnung entfernt Schwefelwasserstoff aus Sauergasen und Kohlenwasserstoffströmen. Das Clause-Verfahren wandelt Schwefelwasserstoff durch thermische und katalytische Reaktionen in elementaren Schwefel um. Nach dem Verbrennen von Schwefelwasserstoff unter kontrollierten Bedingungen entfernen Knockout-Töpfe Wasser und Kohlenwasserstoffe aus den Speisegasströmen, die dann einem Katalysator ausgesetzt werden, um zusätzlichen Schwefel zurückzugewinnen. Der Schwefeldampf aus der Verbrennung und Umwandlung wird kondensiert und zurückgewonnen.

Endgasbehandlung

Abhängig von der Zusammensetzung des Gases und der Ökonomie der Raffinerie werden sowohl Oxidation als auch Reduktion verwendet, um Abgas aus Schwefelrückgewinnungsanlagen zu behandeln. Oxidationsprozesse verbrennen Abgas, um alle Schwefelverbindungen in Schwefeldioxid umzuwandeln, und Reduktionsprozesse wandeln Schwefelverbindungen in Schwefelwasserstoff um.

Schwefelwasserstoffwäsche

Die Schwefelwasserstoff-Wäsche ist ein primäres Behandlungsverfahren für Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial, das verwendet wird, um eine Katalysatorvergiftung zu verhindern. Abhängig vom Ausgangsmaterial und der Art der Verunreinigungen variieren die Entschwefelungsverfahren von der Aktivkohleabsorption bei Umgebungstemperatur bis zur katalytischen Hochtemperaturhydrierung mit anschließender Zinkoxidbehandlung.

Gesättigte und ungesättigte Gasanlagen

Ausgangsmaterialien aus verschiedenen Raffinerieeinheiten werden zu Gasbehandlungsanlagen geleitet, wo Butane und Butene zur Verwendung als Alkylierungsausgangsmaterial entfernt werden, schwerere Komponenten zum Mischen von Benzin geleitet werden, Propan für LPG zurückgewonnen wird und Propylen zur Verwendung in Petrochemikalien entfernt wird.

Sat-Gasanlagen separate Komponenten aus Raffineriegasen, einschließlich Butane für die Alkylierung, Pentane für Benzinmischungen, LPGs für Kraftstoffe und Ethan für Petrochemikalien. Es gibt zwei verschiedene Sat-Gas-Verfahren: Absorptionsfraktionierung oder direkte Fraktionierung. Bei der Absorptionsfraktionierung werden Gase und Flüssigkeiten aus verschiedenen Einheiten einem Absorber/Entethaner zugeführt, wo C₂ und leichtere Fraktionen werden durch Magerölabsorption abgetrennt und zur Verwendung als Brenngas oder petrochemisches Einsatzmaterial entfernt. Die verbleibenden schwereren Fraktionen werden gestrippt und zu einem Debutanisierer geleitet, und das magere Öl wird zum Absorber/Entethanisierer zurückgeführt. C₃/C₄ wird im Entbutaner von Pentanen getrennt, zur Entfernung von Schwefelwasserstoff gewaschen und einem Splitter zugeführt, um Propan und Butan zu trennen. In Fraktionieranlagen entfällt die Absorptionsstufe. Sat-Gas-Prozesse hängen von der Rohstoff- und Produktnachfrage ab.

Korrosion tritt durch das Vorhandensein von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und anderen Verbindungen als Folge einer vorherigen Behandlung auf. Ammoniakhaltige Ströme sollten vor der Verarbeitung getrocknet werden. Antifouling-Additive werden im Absorptionsöl zum Schutz von Wärmetauschern verwendet. Korrosionsinhibitoren werden verwendet, um die Korrosion in Überkopfsystemen zu kontrollieren. Es besteht die Möglichkeit, dass die Exposition gegenüber Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Natriumhydroxid, MEA, DEA und MDEA aus der vorherigen Behandlung übertragen wird.

Ungesättigte Gasanlagen Rückgewinnung leichter Kohlenwasserstoffe aus nassen Gasströmen aus katalytischen Crackern und Delayed-Coker-Überkopfakkumulatoren oder Fraktionierungsempfängern. In einem typischen Verfahren werden feuchte Gase komprimiert und mit Amin behandelt, um Schwefelwasserstoff zu entfernen, entweder bevor oder nachdem sie in einen fraktionierenden Absorber eintreten, wo sie sich in einen gleichzeitigen Strom von debutanisiertem Benzin mischen. Die leichten Fraktionen werden in einem Aufkocher thermisch getrennt, wobei das Abgas einem Schwammabsorber zugeführt wird und der Sumpf einem Debutanisierer zugeführt wird. Ein Teil des debutanisierten Kohlenwasserstoffs wird zurückgeführt, und der Rest geht zu einem Splitter zur Trennung. Überkopfgase gehen zu einem Entpropanisierer zur Verwendung als Ausgangsmaterial für die Alkylierungsanlage. (Siehe Abbildung 25.)

Abbildung 25. Ungesättigter Gasanlagenprozess

Korrosion kann durch feuchten Schwefelwasserstoff und Cyanide in ungesättigten Gasanlagen entstehen, die FCC-Ausgangsmaterialien handhaben. Korrosion durch Schwefelwasserstoff und Ablagerungen in den Hochdruckteilen von Gaskompressoren durch Ammoniumverbindungen sind möglich, wenn Einsatzstoffe aus dem Delayed Coker oder dem TCC stammen. Es besteht die Möglichkeit einer Exposition gegenüber Schwefelwasserstoff und Aminverbindungen wie MEA, DEA und MDEA.

Mischprozesse für Benzin, Destillatkraftstoffe und Schmiermittelgrundstoffe

Blending ist die physikalische Mischung einer Reihe verschiedener flüssiger Kohlenwasserstofffraktionen zur Herstellung von Endprodukten mit bestimmten gewünschten Eigenschaften. Die Produkte können inline durch ein Verteilersystem oder chargenweise in Tanks und Behältern gemischt werden. Das Inline-Mischen von Benzin, Destillaten, Düsentreibstoff und Schmiermittelbasismaterialien wird erreicht, indem proportionale Mengen jeder Komponente in den Hauptstrom eingespritzt werden, wo Turbulenzen ein gründliches Mischen fördern.

• Benzine sind Mischungen aus Reformaten, Alkylaten, Straight-run-Benzin, thermisch und katalytisch gekrackten Benzinen, Kokerbenzin, Butan und geeigneten Additiven.
• Heizöl und Dieselkraftstoff sind Mischungen aus Destillaten und Kreislaufölen, und Düsentreibstoff kann Straight-Run-Destillat oder mit Naphtha gemischt sein.
• Schmieröle sind Mischungen raffinierter Grundöle
• Asphalt wird je nach Verwendungszweck aus verschiedenen Reststoffen gemischt.

 

Additive werden häufig während oder nach dem Mischen in Benzin und Motorkraftstoffe eingemischt, um ihnen spezifische Eigenschaften zu verleihen, die Erdölkohlenwasserstoffen nicht eigen sind. Zu diesen Additiven gehören Oktanzahlverbesserer, Antiklopfmittel, Antioxidantien, Entharzungshemmer, Schaumhemmer, Rosthemmer, Vergaser-(Kohlenstoff-)Reiniger, Reinigungsmittel für die Einspritzdüsenreinigung, Dieselodorierungsmittel, Farbstoffe, Destillat-Antistatika, Benzin-Oxidationsmittel wie z Methanol, Ethanol und Methyl-tert.-butylether, Metalldesaktivatoren und andere.

Chargen- und Inline-Mischvorgänge erfordern strenge Kontrollen, um die gewünschte Produktqualität aufrechtzuerhalten. Verschüttungen sollten gereinigt und Lecks repariert werden, um Ausrutschen und Stürze zu vermeiden. Zusatzstoffe in Fässern und Säcken müssen ordnungsgemäß gehandhabt werden, um Belastungen und Belastungen zu vermeiden. Während des Mischens besteht die Möglichkeit, mit gefährlichen Zusatzstoffen, Chemikalien, Benzol und anderen Materialien in Kontakt zu kommen, und es sind geeignete technische Kontrollen, persönliche Schutzausrüstung und angemessene Hygiene erforderlich, um die Exposition zu minimieren.

Hilfsraffineriebetriebe

Nebenbetriebe, die Raffinerieprozesse unterstützen, umfassen solche, die Prozesswärme und -kühlung bereitstellen; sorgen für Druckentlastung; Luftemissionen kontrollieren; Abwasser sammeln und behandeln; Bereitstellung von Betriebsmitteln wie Strom, Dampf, Luft und Betriebsgasen; und Prozesswasser pumpen, speichern, aufbereiten und kühlen.

Abwasserbehandlung

Raffinerieabwasser umfasst kondensierten Dampf, Strippwasser, verbrauchte Alkalilösungen, Kühlturm- und Kesselabschlämmung, Waschwasser, alkalisches und saures Neutralisationswasser und anderes prozessbegleitendes Wasser. Abwasser enthält typischerweise Kohlenwasserstoffe, gelöste Materialien, suspendierte Feststoffe, Phenole, Ammoniak, Sulfide und andere Verbindungen. Die Abwasserbehandlung wird für Prozesswasser, Niederschlagswasser und Abwasser vor ihrer Einleitung eingesetzt. Diese Behandlungen erfordern möglicherweise Genehmigungen oder es muss ein Recycling stattfinden.

Es besteht Brandgefahr, wenn kohlenwasserstoffhaltige Dämpfe aus Abwasser während des Behandlungsprozesses eine Zündquelle erreichen. Während Prozessprobenahmen, Inspektionen, Wartungen und Turnarounds besteht die Möglichkeit, den verschiedenen Chemikalien und Abfallprodukten ausgesetzt zu werden.

Vorbehandlung

Die Vorbehandlung ist die anfängliche Abtrennung von Kohlenwasserstoffen und Feststoffen aus dem Abwasser. API-Separatoren, Interceptor-Platten und Absetzbecken werden verwendet, um suspendierte Kohlenwasserstoffe, Ölschlamm und Feststoffe durch Schwerkraftabscheidung, Skimming und Filtration zu entfernen. Saures Abwasser wird mit Ammoniak, Kalk oder Soda neutralisiert. Alkalische Abwässer werden mit Schwefelsäure, Salzsäure, kohlendioxidreichem Rauchgas oder Schwefel behandelt. Einige Öl-in-Wasser-Emulsionen werden zuerst erhitzt, um die Trennung von Öl und Wasser zu unterstützen. Die Schwerkraftabscheidung hängt von den unterschiedlichen spezifischen Gewichten von Wasser und nicht mischbaren Ölkügelchen ab, wodurch freies Öl von der Oberfläche des Abwassers abgeschöpft werden kann.

Strippen mit saurem Wasser

Sulfidhaltiges Wasser, Sauerwasser genannt, entsteht in katalytischen Crack- und Hydrotreating-Prozessen und immer dann, wenn Dampf in Gegenwart von schwefelwasserstoffhaltigen Gasen kondensiert wird.

Das Strippen wird bei sulfid- und/oder ammoniakhaltigem Abwasser verwendet, und die Lösungsmittelextraktion wird verwendet, um Phenole aus dem Abwasser zu entfernen. Zu recycelndes Abwasser muss möglicherweise gekühlt werden, um Wärme und/oder Oxidation durch Sprühen oder Luftstrippen zu entfernen, um alle verbleibenden Phenole, Nitrate und Ammoniak zu entfernen.

Sekundärbehandlung

Nach der Vorbehandlung werden suspendierte Feststoffe durch Sedimentation oder Luftflotation entfernt. Abwässer mit geringen Feststoffanteilen werden gesiebt oder gefiltert, gegebenenfalls werden Flockungsmittel zugesetzt, um die Trennung zu unterstützen. Materialien mit hohen Adsorptionseigenschaften werden in Festbettfiltern verwendet oder dem Abwasser zugesetzt, um eine Aufschlämmung zu bilden, die durch Sedimentation oder Filtration entfernt wird. Nachklärverfahren bauen lösliche organische Stoffe biologisch ab und oxidieren sie durch den Einsatz von Belebtschlamm, unbelüfteten oder belüfteten Lagunen, Tropfkörperverfahren oder anaeroben Behandlungen. Zusätzliche Behandlungsmethoden werden verwendet, um Öle und Chemikalien aus dem Abwasser zu entfernen.

Tertiäre Behandlung

Tertiäre Behandlungen entfernen bestimmte Schadstoffe, um die behördlichen Einleitungsanforderungen zu erfüllen. Diese Behandlungen umfassen Chlorierung, Ozonierung, Ionenaustausch, Umkehrosmose, Aktivkohleadsorption und andere. Komprimierter Sauerstoff kann in Abwasserströme eindiffundiert werden, um bestimmte Chemikalien zu oxidieren oder um gesetzliche Anforderungen an den Sauerstoffgehalt zu erfüllen.

Kühltürme

Kühltürme entziehen dem Prozesswasser Wärme durch Verdunstung und latente Wärmeübertragung zwischen heißem Wasser und Luft. Die zwei Arten von Türmen sind Gegenstrom und Kreuzstrom.

• Bei der Gegenstromkühlung wird heißes Prozesswasser in den obersten Plenum gepumpt und durch den Turm fallen gelassen. Zahlreiche Lamellen oder Sprühdüsen sind über die gesamte Länge des Turms angeordnet, um den Wasserfluss zu verteilen und die Kühlung zu unterstützen. Gleichzeitig tritt Luft am Turmboden ein und erzeugt einen gleichzeitigen Luftstrom gegen das Wasser. Saugzugtürme haben die Ventilatoren am Luftauslass. Gebläsetürme haben die Ventilatoren oder Gebläse am Lufteinlass.
• Crossflow-Türme führen einen Luftstrom im rechten Winkel zum Wasserfluss durch die gesamte Struktur.

 

Umgewälztes Kühlwasser muss behandelt werden, um Verunreinigungen und gelöste Kohlenwasserstoffe zu entfernen. Verunreinigungen im Kühlwasser können Rohrleitungen und Wärmetauscher korrodieren und verschmutzen, Kalk aus gelösten Salzen kann sich auf Rohren ablagern und Kühltürme aus Holz können durch Mikroorganismen beschädigt werden.

Kühlturmwasser kann durch Prozessmaterialien und Nebenprodukte, einschließlich Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid, mit daraus resultierenden Expositionen verunreinigt werden. Wenn Abwasser in Verbindung mit Kühltürmen behandelt wird, besteht die Möglichkeit, dass es Wasserbehandlungschemikalien oder Schwefelwasserstoff ausgesetzt wird. Da das Wasser durch die Kühlung mit Luft mit Sauerstoff gesättigt ist, wird die Korrosionsgefahr erhöht. Ein Mittel zum Korrosionsschutz ist die Zugabe eines Materials zum Kühlwasser, das einen Schutzfilm auf Rohren und anderen Metalloberflächen bildet.

Wenn Kühlwasser durch Kohlenwasserstoffe verunreinigt ist, können brennbare Dämpfe in die Abluft verdampfen. Wenn eine Zündquelle oder ein Blitz vorhanden ist, können Brände entstehen. Brandgefahren bestehen, wenn es in Saugzug-Kühltürmen in brennbarer Bauweise relativ trockene Bereiche gibt. Der Stromausfall von Kühlturmventilatoren oder Wasserpumpen kann schwerwiegende Folgen im Prozessbetrieb haben.

Dampferzeugung

Dampf wird durch Erhitzer- und Kesselbetrieb in zentralen Dampferzeugungsanlagen und an verschiedenen Prozesseinheiten unter Verwendung von Wärme aus Rauchgas oder anderen Quellen erzeugt. Dampferzeugungssysteme umfassen:

• Erhitzer (Öfen) mit ihren Brennern und einem Verbrennungsluftsystem
• Zug- oder Drucksysteme zum Entfernen von Rauchgas aus dem Ofen, Rußbläser und Druckluftsysteme, die Öffnungen verschließen, um ein Entweichen von Rauchgas zu verhindern
• Kessel, bestehend aus einer Reihe von Rohren, die das Wasser-Dampf-Gemisch durch den Ofen führen und für eine maximale Wärmeübertragung sorgen (diese Rohre verlaufen zwischen Dampfverteilungstrommeln oben im Kessel und Wassersammeltrommeln am Boden des Kessels)
• Dampftrommeln, um Dampf zu sammeln und ihn zum Überhitzer zu leiten, bevor er in das Dampfverteilungssystem eintritt.

 

Der potenziell gefährlichste Vorgang bei der Dampferzeugung ist das Einschalten der Heizung. Durch den Flammenverlust an einem oder mehreren Brennern während des Anzündens kann sich ein brennbares Gas-Luft-Gemisch bilden. Für jeden unterschiedlichen Gerätetyp sind spezifische Startverfahren erforderlich, einschließlich Spülen vor dem Anzünden und Notfallverfahren im Falle einer Fehlzündung oder eines Verlusts der Brennerflamme. Wenn das Speisewasser zur Neige geht und die Kessel trocken sind, überhitzen die Rohre und fallen aus. Überschüssiges Wasser wird in das Dampfverteilungssystem übertragen und verursacht Schäden an den Turbinen. Kessel sollten über kontinuierliche oder intermittierende Abschlämmsysteme verfügen, um Wasser aus Dampftrommeln zu entfernen und die Bildung von Ablagerungen auf Turbinenschaufeln und Überhitzerrohren zu begrenzen. Es ist darauf zu achten, dass der Überhitzer beim An- und Abfahren nicht überhitzt. Für den Fall, dass Brenngas aufgrund einer Abschaltung der Raffinerieeinheit oder eines Notfalls ausfällt, sollten alternative Brennstoffquellen bereitgestellt werden.

Heizöl

Jeder Brennstoff oder jede Kombination von Brennstoffen, einschließlich Raffineriegas, Erdgas, Heizöl und Kohlepulver, kann in Heizgeräten verwendet werden. Raffinerieabgas wird von Prozesseinheiten gesammelt und mit Erdgas und Flüssiggas in einer Brenngas-Ausgleichstrommel kombiniert. Die Ausgleichstrommel sorgt für einen konstanten Systemdruck, einen relativ stabilen BTU- (Energie-) Gehalt des Kraftstoffs und eine automatische Trennung von schwebenden Flüssigkeiten in Gasdämpfen und verhindert das Mitreißen großer Kondensatschwalle in das Verteilungssystem.

Heizöl ist typischerweise eine Mischung aus Raffinerie-Rohöl und Straight-Run- und Crack-Rückständen, gemischt mit anderen Produkten. Das Heizölsystem liefert Brennstoff mit den erforderlichen Temperaturen und Drücken an Prozesslufterhitzer und Dampfgeneratoren. Das Heizöl wird auf Pumptemperatur erhitzt, durch ein grobes Saugsieb gesaugt, zu einem Temperiererhitzer gepumpt und dann durch ein feinmaschiges Sieb geleitet, bevor es verbrannt wird. Knockout-Töpfe, die an Prozesseinheiten bereitgestellt werden, werden verwendet, um Flüssigkeiten aus Brenngas vor dem Verbrennen zu entfernen.

In einem Beispiel der Wärmeerzeugung einer Prozesseinheit gewinnen Kohlenmonoxid(CO)-Kessel Wärme in katalytischen Crackeinheiten zurück, wenn Kohlenmonoxid im Rauchgas bis zur vollständigen Verbrennung verbrannt wird. Bei anderen Prozessen nutzen Abwärmerückgewinnungsanlagen die Wärme aus dem Rauchgas, um Dampf zu erzeugen.

Dampfverteilung

Dampf wird typischerweise durch Erhitzer und Boiler erzeugt, die zu einer Einheit kombiniert sind. Dampf verlässt die Kessel mit dem höchsten Druck, der von den Prozesseinheiten oder dem elektrischen Generator benötigt wird. Der Dampfdruck wird dann in Turbinen reduziert, die Prozesspumpen und Kompressoren antreiben. Wenn Raffineriedampf auch zum Antrieb von Dampfturbinengeneratoren zur Stromerzeugung verwendet wird, muss der Dampf mit einem viel höheren Druck erzeugt werden, als für Prozessdampf erforderlich ist. Das Dampfverteilungssystem besteht aus Ventilen, Armaturen, Rohrleitungen und Anschlüssen, die für den Druck des transportierten Dampfes geeignet sind. Der meiste Dampf, der in der Raffinerie verwendet wird, wird in Wärmetauschern zu Wasser kondensiert und als Kesselspeisewasser wiederverwendet oder zur Abwasserbehandlung abgeführt.

Dampfspeisewasser

Die Speisewasserversorgung ist ein wichtiger Bestandteil der Dampferzeugung. Es müssen immer so viele Pfund Wasser in das Dampferzeugungssystem eintreten, wie Pfund Dampf es verlassen. Das zur Dampferzeugung verwendete Wasser muss frei von Verunreinigungen sein, einschließlich Mineralien und gelösten Verunreinigungen, die das System beschädigen oder den Betrieb beeinträchtigen können. Schwebstoffe wie Schlick, Abwasser und Öl, die Kesselstein und Schlamm bilden, werden koaguliert oder aus dem Wasser gefiltert. Gelöste Gase, insbesondere Kohlendioxid und Sauerstoff, die Kesselkorrosion verursachen, werden durch Entlüftung und Behandlung entfernt. Gelöste Mineralien wie Metallsalze, Kalzium und Karbonate, die Kalk, Korrosion und Ablagerungen an Turbinenschaufeln verursachen, werden mit Kalk oder Soda behandelt, um sie aus dem Wasser auszufällen. Abhängig von seinen Eigenschaften kann rohes Kesselspeisewasser durch Klärung, Sedimentation, Filtration, Ionenaustausch, Entlüftung und interne Behandlung behandelt werden. Umgewälztes Kühlwasser muss auch behandelt werden, um Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen zu entfernen.

Prozesserhitzer, Wärmetauscher und Kühler

Prozesserhitzer und Wärmetauscher heizen Einsatzstoffe in Destillationstürmen und in Raffinerieprozessen auf Reaktionstemperaturen vor. Der größte Teil der Wärme, die Prozessanlagen zugeführt wird, stammt von befeuerten Erhitzern, die in Rohöl- und Reformer-Vorwärmeranlagen, Kokererhitzern und Großsäulen-Aufkochern zu finden sind, die mit Raffinerie- oder Erdgas, Destillat und Rückstandsölen betrieben werden. Heizungen sind in der Regel für bestimmte Prozessvorgänge ausgelegt und die meisten sind entweder zylindrische vertikale oder kastenförmige Konstruktionen. Wärmetauscher verwenden entweder Dampf oder heißen Kohlenwasserstoff, der von einem anderen Abschnitt des Prozesses übertragen wird, für die Wärmezufuhr.

Wärme wird aus einigen Prozessen auch durch Luft- und Wasseraustauscher, Rippenventilatoren, Gas- und Flüssigkeitskühler und Überkopfkondensatoren oder durch Übertragung der Wärme auf andere Systeme entfernt. Das grundlegende Kühlsystem mit mechanischer Dampfkompression ist für eine oder mehrere Prozesseinheiten ausgelegt und umfasst einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator, Steuerungen und Rohrleitungen. Gängige Kühlmittel sind Wasser, Alkohol/Wasser-Gemisch oder verschiedene Glykollösungen.

Um die Explosionsgefahr beim Entzünden von Feuern in Heizöfen zu verringern, ist eine Einrichtung zur Bereitstellung eines angemessenen Luftzugs oder einer Dampfspülung erforderlich. Für jeden Gerätetyp sind spezifische Start- und Notfallverfahren erforderlich. Wenn Feuer auf Rippenventilatoren trifft, kann es aufgrund von Überhitzung zu einem Ausfall kommen. Wenn brennbares Produkt aufgrund eines Lecks aus einem Wärmetauscher oder Kühler austritt, kann ein Brand entstehen.

Es muss darauf geachtet werden, dass der gesamte Druck aus den Heizungsrohren abgelassen wird, bevor Kopf- oder Anschlussstopfen entfernt werden. Es sollte erwogen werden, eine Druckentlastung in Wärmetauscher-Rohrleitungssystemen für den Fall vorzusehen, dass sie verschlossen werden, während sie mit Flüssigkeit gefüllt sind. Wenn die Steuerung ausfällt, können Temperatur- und Druckschwankungen auf beiden Seiten des Wärmetauschers auftreten. Wenn die Wärmetauscherrohre versagen und der Prozessdruck höher ist als der Erhitzerdruck, könnte Produkt in den Erhitzer eindringen und nachgeschaltete Folgen haben. Wenn der Druck geringer ist, könnte der Heizerstrom in den Prozessfluidstrom eintreten. Wenn es in Flüssigkeits- oder Gaskühlern zu einem Zirkulationsverlust kommt, kann eine erhöhte Produkttemperatur nachgeschaltete Vorgänge beeinträchtigen und eine Druckentlastung erforderlich machen.

Je nach Brennstoff, Prozessbetrieb und Gerätedesign besteht die Möglichkeit, Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen, Schlamm aus dem Speisewasser von Dampfkesseln und Wasserbehandlungschemikalien ausgesetzt zu werden. Hautkontakt mit Kesselabschlämmung, die phenolische Verbindungen enthalten kann, sollte vermieden werden. Einwirkung von Strahlungswärme, überhitztem Dampf und heißen Kohlenwasserstoffen ist möglich.

Druckentlastungs- und Fackelsysteme

Technische Kontrollen, die in Prozesse integriert werden, umfassen die Verringerung der Konzentrationen brennbarer Dämpfe durch Belüftung, Verdünnung und Inertisierung. Die Druckbeaufschlagung wird verwendet, um Kontrollräume über atmosphärischem Druck zu halten, um die Möglichkeit des Eindringens von Dämpfen zu verringern. Druckentlastungssysteme sind vorgesehen, um Dämpfe und Flüssigkeiten zu kontrollieren, die durch Druckentlastungsvorrichtungen und Abschlämmungen freigesetzt werden. Die Druckentlastung ist eine automatische, geplante Entlastung, wenn der Betriebsdruck ein vorgegebenes Niveau erreicht. Blowdown bezieht sich normalerweise auf die absichtliche Freisetzung von Material, wie z. B. Blowdowns beim Anfahren von Prozesseinheiten, Ofenabblasen, Abschaltungen und Notfällen. Dampfdruckentlastung ist die schnelle Entfernung von Dämpfen aus Druckbehältern im Notfall. Dies kann durch die Verwendung einer Berstscheibe erreicht werden, die normalerweise auf einen höheren Druck als das Entlastungsventil eingestellt ist.

Sicherheitsventile

Sicherheitsventile, die zum Steuern von Luft-, Dampf-, Gas- und Kohlenwasserstoffdämpfen und Flüssigkeitsdrücken verwendet werden, öffnen sich proportional zum Druckanstieg über den normalen Betriebsdruck. Sicherheitsventile, die in erster Linie zum Ablassen großer Dampfmengen ausgelegt sind, öffnen sich normalerweise vollständig. Der zum Öffnen von Flüssigkeitsentlastungsventilen benötigte Überdruck, bei dem kein großvolumiger Abfluss erforderlich ist, steigt mit dem Anheben des Ventils aufgrund des erhöhten Federwiderstands. Pilotgesteuerte Sicherheitsablassventile mit bis zu sechsmal größerer Kapazität als normale Entlastungsventile werden dort eingesetzt, wo eine dichtere Abdichtung und Abflüsse mit größerem Volumen erforderlich sind. Nichtflüchtige Flüssigkeiten werden normalerweise zu Öl/Wasser-Trenn- und Rückgewinnungssystemen gepumpt, und flüchtige Flüssigkeiten werden zu Einheiten geleitet, die bei einem niedrigeren Druck arbeiten.

Flares

Ein typisches geschlossenes Druckentlastungs- und Fackelsystem umfasst Entlastungsventile und Leitungen von Prozesseinheiten zum Sammeln von Ableitungen, Knockout-Trommeln zum Trennen von Dämpfen und Flüssigkeiten, Dichtungen und/oder Spülgas zum Schutz vor Flammenrückschlag und ein Fackel- und Zündsystem, das Dämpfe verbrennt, wenn Eine direkte Ableitung in die Atmosphäre ist nicht zulässig. Dampf kann in die Fackelspitze injiziert werden, um sichtbaren Rauch zu reduzieren.

Flüssigkeiten dürfen nicht in ein Dampfbeseitigungssystem gelangen. Fackel-Knockout-Trommeln und Fackeln müssen groß genug sein, um Notfall-Blowdowns zu bewältigen, und Fässer müssen im Falle eines Überdrucks entlastet werden. Stellen Sie Druckentlastungsventile bereit, wenn die Möglichkeit eines Überdrucks in Raffinerieprozessen besteht, z. B. aufgrund der folgenden Ursachen:

• Verlust von Kühlwasser, was möglicherweise zu einem stark erhöhten Druckabfall in Kondensatoren führt, was wiederum den Druck in der Prozesseinheit erhöht
• schnelle Verdampfung und Druckanstieg durch Injektion einer Flüssigkeit mit niedrigerem Siedepunkt, einschließlich Wasser, in einen Prozessbehälter, der bei höheren Temperaturen arbeitet
• Dampfausdehnung und daraus resultierender Überdruck durch überhitzten Prozessdampf, defekte Heizungen oder Feuer
• Ausfall von automatischen Steuerungen, geschlossene Auslässe, Ausfall von Wärmetauschern usw.
• interne Explosion, chemische Reaktion, Wärmeausdehnung, angesammelte Gase usw.
• Verlust des Rückflusses, was zu einem Druckanstieg in Destillationstürmen führt.

Da die Menge des Rückflusses das Dampfvolumen beeinflusst, das den Destillationsturm verlässt, verursacht der Volumenverlust einen Druckabfall in den Kondensatoren und einen Druckanstieg in den Destillationstürmen.

Die Wartung ist wichtig, da Ventile ordnungsgemäß funktionieren müssen. Häufige Probleme beim Ventilbetrieb sind:

• Nichtöffnen bei eingestelltem Druck aufgrund von Verstopfung des Ventileinlasses oder -auslasses oder durch Korrosion, wodurch der ordnungsgemäße Betrieb des Scheibenhalters und der Führungen verhindert wird
• Versagen des Wiederaufsetzens nach dem Aufspringen aufgrund von Verschmutzung, Korrosion oder Ablagerungen auf dem Sitz oder beweglichen Teilen oder durch Feststoffe im Gasstrom, die den Ventilteller schneiden
• Rattern und vorzeitiges Öffnen, da der Betriebsdruck zu nahe am Ventilsollwert liegt.

 

Utilities

Wasser. Abhängig vom Standort und den Ressourcen der Gemeinde können Raffinerien auf öffentliche Wasserversorgungen für Trink- und Prozesswasser zurückgreifen oder müssen ihr eigenes Trinkwasser pumpen und aufbereiten. Die Behandlung kann eine Vielzahl von Anforderungen umfassen, von der Entsalzung über die Filtration bis hin zur Chlorung und Prüfung.

Abwasser. Je nach Verfügbarkeit kommunaler oder privater externer Behandlungsanlagen müssen Raffinerien möglicherweise auch für die Genehmigung, Sammlung, Behandlung und Entsorgung ihrer Sanitärabfälle sorgen.

Elektrische Leistung. Raffinerien beziehen Strom entweder aus externen Quellen oder produzieren ihren eigenen Strom, indem sie elektrische Generatoren verwenden, die von Dampfturbinen oder Gasmotoren angetrieben werden. Bereiche werden in Bezug auf die Art des elektrischen Schutzes klassifiziert, der erforderlich ist, um zu verhindern, dass ein Funke Dämpfe entzündet oder eine Explosion in elektrischen Geräten eindämmt. Elektrische Umspannwerke, die sich normalerweise in nicht klassifizierten Bereichen befinden, entfernt von Quellen brennbarer Kohlenwasserstoffdämpfe oder Wasserspritzern von Kühltürmen, enthalten Transformatoren, Leistungsschalter und Einspeisekreisschalter. Unterstationen speisen Strom zu Verteilerstationen innerhalb der Bereiche der Verarbeitungseinheit. Verteilerstationen können sich in klassifizierten Bereichen befinden, sofern die Anforderungen an die elektrische Klassifizierung erfüllt sind. Verteilerstationen verwenden typischerweise einen flüssigkeitsgefüllten Transformator, der mit einer ölgefüllten oder luftunterbrochenen Trennvorrichtung ausgestattet ist.

Zum Schutz vor Stromschlägen sollten normale elektrische Sicherheitsvorkehrungen wie Trittsicherheit, „Hochspannungs“-Warnschilder und Schutzvorrichtungen getroffen werden. Die Mitarbeiter sollten mit den sicheren Arbeitsverfahren für elektrische Raffinerien vertraut sein. Lockout/Tagout und andere geeignete sichere Arbeitspraktiken sollten implementiert werden, um ein Einschalten zu verhindern, während Arbeiten an elektrischen Hochspannungsgeräten durchgeführt werden. Beim Arbeiten in der Nähe von Transformatoren und Schaltern, die eine dielektrische Flüssigkeit enthalten, können gefährliche Expositionen auftreten, die besondere Vorsichtsmaßnahmen erfordern. Diese Themen werden an anderer Stelle ausführlicher erörtert Enzyklopädie.

Betrieb von Turbinen, Gas- und Luftkompressoren

Luft- und Gaskompressoren

Abluft- und Luftversorgungssysteme von Raffinerien dienen zum Auffangen oder Verdünnen von Gasen, Dämpfen, Stäuben und Dämpfen, die Arbeitsräume oder die Außenatmosphäre kontaminieren können. Aufgefangene Verunreinigungen werden nach Möglichkeit zurückgewonnen oder nach Reinigung oder Verbrennung Entsorgungssystemen zugeführt. Luftversorgungssysteme umfassen Kompressoren, Kühler, Luftbehälter, Lufttrockner, Steuerungen und Verteilerleitungen. Gebläse werden auch verwendet, um bestimmte Prozesse mit Luft zu versorgen. Anlagenluft wird für den Betrieb von luftbetriebenen Werkzeugen, Katalysatorregeneration, Prozesserhitzern, Dampf-Luft-Entkokung, Sauerwasseroxidation, Benzinsüßung, Asphaltblasen und anderen Verwendungen bereitgestellt. Instrumentenluft wird zur Verwendung in pneumatischen Instrumenten und Steuerungen, Luftmotoren und Spülanschlüssen bereitgestellt. Betriebsgas, wie Stickstoff, wird zum Inertisieren von Behältern und anderen Verwendungen bereitgestellt. Für Gas und Druckluft werden sowohl Kolben- als auch Zentrifugalkompressoren eingesetzt.

Luftkompressoren sollten so aufgestellt werden, dass beim Ansaugen keine brennbaren Dämpfe oder korrosiven Gase angesaugt werden. Bei einem Leck in Gaskompressoren besteht Brandgefahr. Knockout-Trommeln werden benötigt, um zu verhindern, dass Flüssigkeitsstöße in Gaskompressoren eindringen. Wenn Gase mit Feststoffen verunreinigt sind, werden Schmutzfänger benötigt. Der Ausfall automatischer Kompressorsteuerungen wirkt sich auf die Prozesse aus. Wenn der maximale Druck potenziell höher sein könnte als der Auslegungsdruck des Kompressors oder der Prozessausrüstung, sollte eine Druckentlastung vorgesehen werden. Für freiliegende bewegliche Teile an Kompressoren ist ein Schutz erforderlich. Kompressorgebäude sollten ordnungsgemäß elektrisch klassifiziert und Vorkehrungen für eine ordnungsgemäße Belüftung getroffen werden.

Wenn Betriebsluft als Backup für die Instrumentenluft verwendet wird, müssen Verbindungen vor dem Instrumentenlufttrocknungssystem angebracht werden, um eine Kontamination der Instrumente mit Feuchtigkeit zu verhindern. Bei Stromausfällen oder Kompressorausfall können alternative Quellen für die Instrumentenluftversorgung erforderlich sein, z. B. die Verwendung von Stickstoff. Treffen Sie geeignete Sicherheitsvorkehrungen, damit Gas, Betriebsluft und Instrumentenluft nicht als Quelle zum Atmen oder für die Druckbeaufschlagung von Trinkwassersystemen verwendet werden.

Turbines

Turbinen sind normalerweise gas- oder dampfbetrieben und werden verwendet, um Pumpen, Kompressoren, Gebläse und andere Ausrüstungen für Raffinerieprozesse anzutreiben. Dampf tritt mit hohen Temperaturen und Drücken in Turbinen ein, breitet sich aus und treibt rotierende Schaufeln an, während er von feststehenden Schaufeln geleitet wird.

Dampfturbinen, die für Abgase im Vakuumbetrieb verwendet werden, benötigen ein Sicherheitsventil auf der Druckseite zum Schutz und zur Aufrechterhaltung des Dampfes im Falle eines Vakuumausfalls. Wo der maximale Betriebsdruck größer als der Auslegungsdruck sein könnte, benötigen Dampfturbinen Entlastungsvorrichtungen. Es sollte erwogen werden, Regler und Vorrichtungen zur Überdrehzahlkontrolle an Turbinen vorzusehen.

Pumpen, Rohrleitungen und Ventile

Zentrifugal- und Verdrängungspumpen (Kolbenpumpen) werden verwendet, um Kohlenwasserstoffe, Prozesswasser, Löschwasser und Abwasser durch die Raffinerie zu bewegen. Pumpen werden von Elektromotoren, Dampfturbinen oder Verbrennungsmotoren angetrieben.

Prozess- und Versorgungsrohrsysteme verteilen Kohlenwasserstoffe, Dampf, Wasser und andere Produkte in der gesamten Anlage. Sie sind aus Materialien bemessen und konstruiert, die von der Art der Anwendung, dem Druck, der Temperatur und der Art der Produkte abhängen. Es gibt Entlüftungs-, Abfluss- und Probenahmeanschlüsse an den Rohrleitungen sowie Vorkehrungen zum Blindstopfen. Je nach Einsatzzweck kommen unterschiedliche Arten von Armaturen zum Einsatz, darunter Absperrschieber, Bypassventile, Absperr- und Kugelhähne, Kükenhähne, Absperr- und Entlüftungsventile und Rückschlagventile. Diese Ventile können manuell oder automatisch betätigt werden.

Ventile und Instrumente, die eine Wartung oder andere Arbeiten erfordern, sollten auf Klassenebene oder von einer Bedienplattform aus zugänglich sein. Ferngesteuerte Ventile, Brandschutzventile und Absperrventile können verwendet werden, um den Produktverlust an Pumpenansaugleitungen im Falle eines Lecks oder Feuers zu begrenzen. Betriebsentlüftungs- und Entleerungsanschlüsse können mit doppelten Absperrventilen oder einem Absperrventil und Stopfen oder Blindflansch zum Schutz gegen Freisetzungen versehen sein. Je nach Produkt und Service kann ein Rückflussverhinderer aus der Druckleitung erforderlich sein. Es können Vorkehrungen für die Ausdehnung, Bewegung und Temperaturänderungen der Rohrleitung getroffen werden, um einen Bruch zu vermeiden. Pumpen, die mit reduziertem oder keinem Durchfluss betrieben werden, können überhitzen und platzen. Der Ausfall automatischer Pumpensteuerungen könnte zu einer Abweichung des Prozessdrucks und der Temperatur führen. Wo Pumpen unter Überdruck stehen können, sollte eine Druckentlastung in der Druckleitung vorgesehen werden.

Tanklagerung

Atmosphärische Lagertanks und Drucklagertanks werden in der gesamten Raffinerie zur Lagerung von Rohölen, Zwischenkohlenwasserstoffen (die für die Verarbeitung verwendet werden) und Endprodukten, sowohl Flüssigkeiten als auch Gasen, verwendet. Außerdem sind Tanks für Löschwasser, Prozess- und Behandlungswasser, Säuren, Luft und Wasserstoff, Additive und andere Chemikalien vorgesehen. Art, Konstruktion, Fassungsvermögen und Standort von Tanks hängen von ihrer Verwendung und der Art, dem Dampfdruck, den Flammpunkten und den Pourpoints der gelagerten Materialien ab. In Raffinerien werden viele Arten von Tanks verwendet, die einfachsten sind oberirdische Tanks mit Kegeldach zur Lagerung von brennbaren (nicht flüchtigen) Flüssigkeiten wie Dieselkraftstoffen, Heizölen und Schmierölen. Oben offene und abgedeckte (interne) Schwimmdachtanks, die brennbare (flüchtige) Flüssigkeiten wie Benzin und Rohöl lagern, begrenzen den Raum zwischen der Oberseite des Produkts und dem Tankdach, um einen dampfreichen Zustand aufrechtzuerhalten Atmosphäre, um eine Entzündung zu verhindern.

Brandgefahr besteht, wenn Lagertanks für Kohlenwasserstoffe überfüllt sind oder Lecks entwickeln, durch die Flüssigkeiten und Dämpfe entweichen und Zündquellen erreichen können. Raffinerien sollten manuelle Mess- und Produktannahmeverfahren einführen, um Überfüllungen zu kontrollieren, oder automatische Überlaufkontroll- und Signalisierungssysteme an Tanks bereitstellen. Tanks können mit festen oder halbfesten Schaum-Wasser-Brandschutzsystemen ausgestattet sein. An Tanks können ferngesteuerte Ventile, Absperrventile und Brandschutzventile zum Abpumpen oder Schließen im Falle eines Brandes innerhalb des Tanks oder im Tankdeich oder Lagerbereich vorgesehen sein. Tankentlüftungs-, Reinigungs- und Zugangsprogramme zu engen Räumen werden verwendet, um Arbeiten innerhalb von Tanks zu kontrollieren, und Heißarbeitserlaubnissysteme werden verwendet, um Zündquellen in und um Lagertanks zu kontrollieren.

Handhabung, Versand und Transport

Das Laden von Gasen und flüssigen Kohlenwasserstoffen in Pipelines, Kesselwagen, Tanklastwagen und Seeschiffe und Lastkähne für den Transport zu Terminals und Verbrauchern ist der letzte Raffinerievorgang. Produkteigenschaften, Vertriebsanforderungen, Versandanforderungen, Brandschutz sowie Umweltschutz und Betriebskriterien sind wichtig bei der Konstruktion von Schiffsdocks, Ladegestellen und Rohrleitungsverteilern. Betriebsverfahren müssen vom Versender und Empfänger festgelegt und vereinbart werden, und die Kommunikation muss während des Produkttransfers aufrechterhalten werden. Tankwagen und Eisenbahnkesselwagen können entweder von oben oder von unten beladen werden. Das Be- und Entladen von Flüssiggas (LPG) erfordert besondere Überlegungen, die über die von flüssigen Kohlenwasserstoffen hinausgehen. Wo erforderlich, sollten Dampfrückgewinnungssysteme an Ladegestellen und Schiffsanlegestellen bereitgestellt werden.

Sichere Arbeitspraktiken und geeignete persönliche Schutzausrüstung können beim Be- oder Entladen, beim Reinigen von Verschüttungen oder Lecks oder beim Messen, Inspizieren, Probennehmen oder Durchführen von Wartungsarbeiten an Ladeeinrichtungen oder Dampfrückgewinnungssystemen erforderlich sein. Die Lieferung sollte im Falle eines Notfalls, wie z. B. einer Überfüllung eines Tanklastwagens oder Tankwagens, gestoppt oder umgeleitet werden.

In Raffinerien werden eine Reihe verschiedener gefährlicher und giftiger Chemikalien verwendet, die von kleinen Mengen an Testreagenzien für Labors bis hin zu großen Mengen an Schwefelsäure und Flusssäuren für die alkalische Verarbeitung reichen. Diese Chemikalien müssen ordnungsgemäß empfangen, gelagert und gehandhabt werden. Chemikalienhersteller stellen Materialsicherheitsinformationen bereit, die von Raffinerien verwendet werden können, um Sicherheitsverfahren, technische Kontrollen, persönliche Schutzanforderungen und Notfallmaßnahmen für den Umgang mit Chemikalien zu entwickeln.

Die Art der Gefährdung an Be- und Entladeanlagen hängt von den zu ladenden Produkten und den zuvor im Tankwagen, Tanklastwagen oder Seeschiff transportierten Produkten ab. Das Bonden gleicht die elektrische Ladung zwischen dem Ladegestell und dem Tankwagen oder Tankwagen aus. Die Erdung verhindert das Fließen von Streuströmen an LKW- und Bahnverladeanlagen. Isolierflansche werden an Schiffsstegrohrverbindungen verwendet, um den Aufbau und die Entladung statischer Elektrizität zu verhindern. Flammensperren werden in Ladegestellen und Schiffsdampfrückgewinnungsleitungen installiert, um einen Flammenrückschlag zu verhindern. Wo Schalterbelastung zulässig ist, sollten sichere Verfahren festgelegt und befolgt werden.

An Top- und Bottom-Loading-Racks und Marine-Docks sollten automatische oder manuelle Abschaltsysteme an Versorgungsköpfen für den Fall von Lecks oder Überfüllungen bereitgestellt werden. Absturzsicherungen wie Handläufe können für Docks und Toploading-Racks erforderlich sein. Entwässerungs- und Rückgewinnungssysteme können an Ladegestellen für die Sturmentwässerung, an Docks und zur Handhabung von Verschüttungen und Lecks bereitgestellt werden. An LPG-Ladeanlagen sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, um Kesselwagen und Lastwagen nicht zu überladen oder unter Überdruck zu setzen.

Aktivitäten und Einrichtungen zur Unterstützung der Raffinerie

Abhängig vom Standort der Raffinerie und den verfügbaren Ressourcen sind zur Unterstützung der Raffinerieprozesse eine Reihe verschiedener Einrichtungen, Aktivitäten und Programme erforderlich, von denen jede ihre eigenen spezifischen Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen hat.

Administrative Tätigkeiten

Abhängig von der Philosophie des Raffinerieunternehmens und der Verfügbarkeit von Gemeinschaftsdiensten sind eine Vielzahl von administrativen Unterstützungsaktivitäten erforderlich, um den kontinuierlichen Betrieb einer Raffinerie sicherzustellen. Die Funktion, die Ölbewegungen in die, innerhalb und aus der Raffinerie steuert, ist einzigartig in Raffinerien. Die administrativen Funktionen lassen sich wie folgt aufgliedern. Der tägliche Betrieb der Prozesseinheiten ist die Betriebsfunktion. Eine weitere Funktion ist dafür verantwortlich, sicherzustellen, dass Vorkehrungen für eine kontinuierliche Versorgung mit Rohöl getroffen wurden. Andere funktionale Aktivitäten umfassen medizinische Dienstleistungen (sowohl Notfall- als auch kontinuierliche Gesundheitsversorgung), Lebensmittelservice, Ingenieurdienstleistungen, Hausmeisterdienste und routinemäßige Verwaltungs- und Managementfunktionen, die in den meisten Branchen üblich sind, wie Buchhaltung, Einkauf, menschliche Beziehungen und so weiter. Die Raffinerie-Schulungsfunktion ist verantwortlich für die Ausbildung von Vorgesetzten und Mitarbeitern in Fähigkeiten und Handwerk, einschließlich Erst-, Auffrischungs- und Abhilfeschulungen, sowie für die Orientierung und Schulung von Mitarbeitern und Auftragnehmern in Notfallmaßnahmen und sicheren Arbeitspraktiken und -verfahren.

Bau und Wartung

Der fortgesetzte sichere Betrieb von Raffinerien hängt von der Einrichtung und Umsetzung von Programmen und Verfahren für die regelmäßige Wartung und vorbeugende Wartung sowie von der Sicherstellung des Austauschs bei Bedarf ab. Turnarounds, bei dem die gesamte Raffinerie oder ganze Prozesseinheiten für die gesamte Ausrüstung und den Austausch auf einmal abgeschaltet werden, ist eine Art vorbeugendes Wartungsprogramm, das für die Prozessindustrie einzigartig ist. Aktivitäten zur mechanischen Integrität wie Inspektion, Reparatur, Prüfung und Zertifizierung von Ventilen und Entlastungsvorrichtungen, die Teil des Prozesssicherheitsmanagementprogramms sind, sind für den kontinuierlichen sicheren Betrieb einer Raffinerie wichtig, ebenso wie Wartungsaufträge für die kontinuierliche Wirksamkeit von das Raffinerieprogramm „Management of Change“. Arbeitserlaubnisprogramme regeln Heißarbeiten und sichere Arbeiten, wie Isolierung und Aussperrung sowie das Betreten geschlossener Räume. Wartungs- und Instrumentierungswerkstätten haben folgende Zwecke:

• heikle und präzise Arbeit zum Testen, Warten und Kalibrieren von Prozesssteuerungen, Instrumenten und Computern in Raffinerien
• Schweißen
• Reparatur und Überholung von Geräten
• Fahrzeugwartung
• Tischlerei und so weiter.

 

Sicherheit und Gesundheitsschutz bei Bau und Instandhaltung hängen von einigen der folgenden Programme ab.

Isolation

Die sichere Wartung, Reparatur und der Austausch von Geräten innerhalb von Prozesseinheiten erfordern häufig die Isolierung von Tanks, Behältern und Leitungen, um die Möglichkeit auszuschließen, dass brennbare Flüssigkeiten oder Dämpfe in einen Bereich gelangen, in dem heiße Arbeiten durchgeführt werden. Die Isolierung wird normalerweise erreicht, indem alle Rohrleitungen, die zu oder von einem Behälter führen, getrennt und verschlossen werden; Verschließen oder Verschließen des Rohrs an einer Verbindung in der Nähe des Tanks oder Behälters; oder Schließen eines doppelten Satzes Absperrventile an der Rohrleitung, falls vorhanden, und Öffnen eines Entlüftungsventils zwischen den beiden geschlossenen Ventilen.

Sperren/Kennzeichnen

Lockout- und Tagout-Programme verhindern die unbeabsichtigte Aktivierung von elektrischen, mechanischen, hydraulischen oder pneumatisch betriebenen Geräten während der Reparatur oder Wartung. Bei allen elektrisch betriebenen Geräten sollte der Leistungsschalter oder Hauptschalter verriegelt oder gekennzeichnet sein und getestet werden, um die Nichtfunktionsfähigkeit sicherzustellen, bevor mit der Arbeit begonnen wird. Mechanische, hydraulische und pneumatische Geräte sollten vor Arbeitsbeginn stromlos gemacht und ihre Stromquelle gesperrt oder gekennzeichnet werden. Ventilschließleitungen, an denen gearbeitet wird oder die isoliert sind, sollten ebenfalls gesperrt oder gekennzeichnet werden, um ein unbefugtes Öffnen zu verhindern.

Metallurgie

Metallurgie wird verwendet, um die kontinuierliche Festigkeit und Unversehrtheit von Leitungen, Behältern, Tanks und Reaktoren zu gewährleisten, die der Korrosion durch Säuren, Ätzmittel, Sauerwasser und Gase und andere Chemikalien ausgesetzt sind, die durch die Verarbeitung von Rohöl entstehen und verwendet werden. In der gesamten Raffinerie werden zerstörungsfreie Prüfmethoden eingesetzt, um übermäßige Korrosion und Verschleiß zu erkennen, bevor es zu einem Ausfall kommt. Es sind angemessene Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, um eine übermäßige Exposition von Arbeitern zu vermeiden, die mit radioaktiven Testgeräten, Farbstoffen und Chemikalien umgehen oder diesen ausgesetzt sind.

Lager

In Lagern werden nicht nur die für den laufenden Raffineriebetrieb benötigten Teile, Materialien und Ausrüstungen gelagert, sondern auch verpackte Chemikalien und Zusatzstoffe, die für Wartung, Verarbeitung und Mischung verwendet werden. Lager können auch Vorräte an erforderlicher persönlicher Schutzkleidung und -ausrüstung halten, einschließlich Schutzhelme, Handschuhe, Schürzen, Augen- und Gesichtsschutz, Atemschutz, Sicherheits- und undurchlässiges Schuhwerk, flammfeste Kleidung und Säureschutzkleidung. Eine ordnungsgemäße Lagerung und Trennung von brennbaren und brennbaren Flüssigkeiten und gefährlichen Chemikalien ist erforderlich, um Verschüttungen, Brände und das Mischen inkompatibler Produkte zu verhindern.

Laboratories

Labore sind dafür verantwortlich, die Werte und die Konsistenz der Rohöle vor der Verarbeitung zu bestimmen und die für die Qualitätskontrolle des Endprodukts erforderlichen Tests durchzuführen. Das Laborpersonal sollte geschult werden, um die Gefahren zu erkennen, die mit der Handhabung und dem Mischen von giftigen Chemikalien und brennbaren Flüssigkeiten verbunden sind, und sich selbst und andere zu schützen.

Sicherheit und Umwelt- und Arbeitshygiene

Weitere wichtige Aktivitäten zur Unterstützung von Raffinerien sind Sicherheit, Brandverhütung und -schutz, Umweltschutz und Arbeitshygiene. Diese können als separate Funktionen bereitgestellt oder in den Raffineriebetrieb integriert werden. Sicherheit, Notfallvorsorge und -maßnahmen sowie Brandverhütungs- und -schutzaktivitäten liegen häufig in der Verantwortung derselben Funktion innerhalb einer Raffinerie.

Die Sicherheitsfunktion nimmt an Prozesssicherheitsmanagementprogrammen als Teil der Teams für Entwurfsprüfung, Vorkonstruktion und Konstruktionsprüfung und Prüfung vor der Inbetriebnahme teil. Die Sicherheit unterstützt häufig den Qualifizierungsprozess von Auftragnehmern, überprüft die Aktivitäten von Auftragnehmern und untersucht Vorfälle, an denen Mitarbeiter und Auftragnehmer beteiligt sind. Das Sicherheitspersonal kann für die Beaufsichtigung von genehmigungspflichtigen Tätigkeiten, wie z. B. das Betreten geschlossener Räume und Heißarbeiten, sowie für die Überprüfung der Verfügbarkeit und Einsatzbereitschaft von tragbaren Feuerlöschern, Dekontaminationseinrichtungen, Notduschen, Augenspülstationen, fest installierten Detektionsgeräten und Alarmen sowie für Notfälle verantwortlich sein umluftunabhängige Atemschutzgeräte, die im Falle einer Freisetzung giftiger Gase an strategischen Stellen platziert werden.

Sicherheitsprogramme. Die Sicherheitsfunktion der Raffinerie ist normalerweise für die Entwicklung und Verwaltung verschiedener Sicherheits- und Unfallverhütungsprogramme verantwortlich, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die folgenden:

• Entwurfskonstruktion und Sicherheitsüberprüfungen vor der Inbetriebnahme
• Untersuchung und Meldung von Unfällen, Vorfällen und Beinaheunfällen
• Notfallpläne und Reaktionsprogramme
• Sicherheitsprogramm des Auftragnehmers
• sichere Arbeitspraktiken und Verfahren
• Sperre/Tagout
• Betreten von beengten und inerten Räumen
• Gerüst
• elektrische Sicherheit, Geräteerdung und Fehlerschutzprogramm
• Maschinenschutz
• Sicherheitszeichen und Hinweise
• Heißarbeit, sicheres Arbeiten und Zugangserlaubnissysteme.

 

Feuerwehr. Raffineriefeuerwehren und Einsatzkräfte können hauptamtliche Feuerwehrangehörige sein; benannte Raffineriemitarbeiter, wie Bediener und Wartungspersonal, die zusätzlich zu ihren regulären Pflichten geschult und beauftragt sind, zu reagieren; oder eine Kombination aus beidem. Neben Bränden reagieren Brigaden traditionell auch auf andere Vorfälle in Raffinerien wie Säure- oder Gasfreisetzungen, Rettungen aus Schiffen oder Tanks, Verschüttungen und so weiter. Die Brandschutzfunktion kann für die Inspektion und Prüfung von Brandmeldern und -signalen sowie ortsfesten und tragbaren Brandschutzsystemen und -ausrüstungen, einschließlich Löschfahrzeugen, Feuerlöschpumpen, Löschwasserleitungen, Hydranten, Schläuchen und Düsen, verantwortlich sein.

Die Brandbekämpfung in Raffinerien unterscheidet sich von der normalen Brandbekämpfung, da es oft vorzuziehen ist, bestimmte Brände weiterbrennen zu lassen, anstatt sie zu löschen. Darüber hinaus hat jede Art von Kohlenwasserstoffflüssigkeit, -gas und -dampf einzigartige brandchemische Eigenschaften, die gründlich verstanden werden müssen, um ihre Brände optimal zu kontrollieren. Beispielsweise würde das Löschen eines Kohlenwasserstoffdampffeuers ohne vorheriges Stoppen der Dampffreisetzung nur eine kontinuierliche Dampfgaswolke mit der Wahrscheinlichkeit einer Wiederentzündung und Explosion erzeugen. Brände in Tanks, die Rohöl und schwere Rückstände enthalten, müssen mit speziellen Brandbekämpfungstechniken behandelt werden, um die Möglichkeit einer Explosion oder eines Überkochens des Tanks zu vermeiden.

Kohlenwasserstoffbrände werden häufig gelöscht, indem der Produktfluss gestoppt und das Feuer ausbrennen gelassen wird, während Kühlwasser angewendet wird, um angrenzende Ausrüstung, Tanks und Behälter vor Hitzeeinwirkung zu schützen. Viele ortsfeste Brandschutzsysteme sind für diesen speziellen Zweck konzipiert. Die Brandbekämpfung in Prozesseinheiten unter Druck erfordert besondere Aufmerksamkeit und Schulung, insbesondere wenn Katalysatoren wie Flusssäure im Spiel sind. Spezielle Feuerlöschchemikalien wie Trockenpulver und Schaum-Wasser-Lösungen können zum Löschen von Kohlenwasserstoffbränden und zur Kontrolle von Dampfemissionen verwendet werden.

Notfallvorsorge. Raffinerien müssen Notfallpläne für eine Reihe verschiedener potenzieller Situationen entwickeln und umsetzen, darunter Explosionen, Brände, Freisetzungen und Rettungen. Die Notfallpläne sollten den Einsatz von externer Hilfe, einschließlich Auftragnehmern, staatlicher und gegenseitiger Hilfe, sowie die Verfügbarkeit von Spezialvorräten und -ausrüstung wie Feuerlöschschaum und Auffang- und Adsorptionsmaterialien umfassen.

Gas- und Dampfprüfung

Die Überwachung, Probenahme und Prüfung von Gasen, Partikeln und Dämpfen in Raffinerien wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass Arbeiten sicher durchgeführt und Prozesse ohne toxische oder gefährliche Belastungen, Explosionen oder Brände betrieben werden können. Atmosphärische Tests werden mit einer Vielzahl von Instrumenten und Techniken durchgeführt, um den Sauerstoffgehalt, Kohlenwasserstoffdämpfe und -gase zu messen und gefährliche und toxische Expositionsniveaus zu bestimmen. Die Instrumente müssen vor der Verwendung von qualifizierten Personen ordnungsgemäß kalibriert und eingestellt werden, um zuverlässige und genaue Messungen zu gewährleisten. Abhängig vom Arbeitsort, den möglichen Gefahren und der Art der auszuführenden Arbeiten können Tests, Probenahmen und Überwachungen vor Beginn der Arbeiten oder in bestimmten Abständen während der Arbeit oder kontinuierlich während des Arbeitsverlaufs durchgeführt werden.

Bei der Festlegung von Raffinerieverfahren zur Probenahme und Prüfung entzündlicher, inerter und toxischer Atmosphären sollte die Verwendung persönlicher Schutzausrüstung, einschließlich eines geeigneten Atemschutzes, in Betracht gezogen werden. Es ist zu beachten, dass Atemschutzgeräte mit Kanister für sauerstoffarme Atmosphären ungeeignet sind. Die Prüfanforderungen sollten von dem Gefährdungsgrad abhängen, der bei einem Geräteausfall bestehen würde.

Die Prüfung der folgenden Substanzen kann mit tragbaren Geräten oder stationären Instrumenten durchgeführt werden:

Sauerstoff. Gaszähler für brennbare Gase funktionieren, indem sie eine winzige Probe der zu testenden Atmosphäre verbrennen. Um einen genauen Messwert für brennbare Gase zu erhalten, müssen mindestens 10 % und höchstens 25 % Sauerstoff in der Atmosphäre vorhanden sein. Die in der Atmosphäre vorhandene Sauerstoffmenge wird unter Verwendung eines Sauerstoffmessgeräts vor oder gleichzeitig mit der Verwendung des Messgeräts für brennbare Gase bestimmt. Das Testen auf Sauerstoff ist bei Arbeiten in engen oder geschlossenen Räumen unerlässlich, da das Betreten ohne Atemschutz (sofern keine toxischen Expositionen vorliegen) normale Atemluft-Sauerstoffkonzentrationen von etwa 21% erfordert. Sauerstoffmessgeräte werden auch verwendet, um die in inertisierten Räumen vorhandene Sauerstoffmenge zu messen, um sicherzustellen, dass nicht genug vorhanden ist, um die Verbrennung während heißer Arbeiten oder anderer Vorgänge zu unterstützen.

Kohlenwasserstoffdämpfe und -gase. „Heiße Arbeit“ ist Arbeit, die eine Zündquelle erzeugt, wie Schweißen, Schneiden, Schleifen, Strahlen, Betreiben eines Verbrennungsmotors usw. in einem Bereich, in dem die Möglichkeit besteht, brennbaren Dämpfen und Gasen ausgesetzt zu werden. Um Heißarbeiten sicher durchführen zu können, werden Messgeräte für brennbare Gase verwendet, um die Atmosphäre auf Kohlenwasserstoffdämpfe zu prüfen. Kohlenwasserstoffdämpfe oder -gase brennen nur, wenn sie in bestimmten Anteilen mit Luft (Sauerstoff) gemischt und entzündet werden. Befindet sich zu wenig Dampf in der Luft, ist das Gemisch „too mager to burn“, ist zu viel Dampf (zu wenig Sauerstoff) vorhanden, ist das Gemisch „too rich to burn“. Die Grenzanteile werden als „obere und untere Zündgrenzen“ bezeichnet und in Prozent des Dampfvolumens in der Luft ausgedrückt. Jedes Kohlenwasserstoffmolekül oder -gemisch hat unterschiedliche Entflammbarkeitsgrenzen, die typischerweise von etwa 1 bis 10 % Dampf in Luft reichen. Benzindampf beispielsweise hat eine untere Zündgrenze von 1.4 % und eine obere Zündgrenze von 7.6 %.

Giftige Atmosphären. Spezielle Instrumente werden verwendet, um den Gehalt an toxischen und gefährlichen Gasen, Dämpfen und Partikeln zu messen, die in der Atmosphäre vorhanden sein können, in der Menschen arbeiten. Diese Messungen werden verwendet, um das Niveau und die Art des erforderlichen Schutzes zu bestimmen, die von der vollständigen Belüftung und dem Austausch der Atmosphäre bis zur Verwendung von Atem- und persönlicher Schutzausrüstung durch die in dem Bereich arbeitenden Personen reichen können. Beispiele für gefährliche und toxische Expositionen, die in Raffinerien auftreten können, sind Asbest, Benzol, Schwefelwasserstoff, Chlor, Kohlendioxid, Schwefel- und Flusssäure, Amine, Phenol und andere.

Gesundheits- und Sicherheitsprogramme

Die Grundlage für die industrielle Hygiene in Raffinerien ist ein administratives und technisches Kontrollprogramm, das die Exposition der Anlage gegenüber toxischen und gefährlichen Chemikalien, Laborsicherheit und -hygiene, Ergonomie und medizinische Überwachung abdeckt.

Aufsichtsbehörden und Unternehmen legen Expositionsbegrenzungen für verschiedene giftige und gefährliche Chemikalien fest. Die Arbeitshygienefunktion führt Überwachungen und Probennahmen durch, um die Exposition der Mitarbeiter gegenüber gefährlichen und giftigen Chemikalien und Substanzen zu messen. Industriehygieniker können technische Kontrollen, vorbeugende Arbeitspraktiken, Produktersatz, persönliche Schutzkleidung und -ausrüstung oder alternative Schutz- oder Reduzierungsmaßnahmen entwickeln oder empfehlen.

Medizinische Programme. Raffinerien verlangen in der Regel vorab durchgeführte und regelmäßige ärztliche Untersuchungen, um die Fähigkeit des Mitarbeiters festzustellen, die Arbeit zunächst und später auszuführen, und um sicherzustellen, dass die Anforderungen und Expositionen der fortgesetzten Arbeit die Gesundheit oder Sicherheit des Mitarbeiters nicht gefährden.

Personenschutz. Persönliche Schutzprogramme sollten typische Raffineriebelastungen wie Lärm, Asbest, Isolierung, gefährliche Abfälle, Schwefelwasserstoff, Benzol und Prozesschemikalien einschließlich Ätzmitteln, Fluorwasserstoff, Schwefelsäure usw. abdecken. Die Arbeitshygiene kann die geeignete persönliche Schutzausrüstung für verschiedene Expositionen benennen, einschließlich Unterdruck- und luftversorgter Atemschutzgeräte sowie Gehör-, Augen- und Hautschutz.

Produktsicherheit. Das Bewusstsein für Produktsicherheit umfasst das Wissen über die Gefahren von Chemikalien und Materialien, denen am Arbeitsplatz ein Expositionspotenzial besteht, und über die zu ergreifenden Maßnahmen im Falle einer Exposition durch Verschlucken, Einatmen oder Hautkontakt. Toxikologische Studien von Rohöl, Raffinerieströmen, Prozesschemikalien, Endprodukten und vorgeschlagenen neuen Produkten werden durchgeführt, um die potenziellen Auswirkungen einer Exposition auf Mitarbeiter und Verbraucher zu bestimmen. Die Daten werden verwendet, um Gesundheitsinformationen über zulässige Expositionsgrenzen oder akzeptable Mengen gefährlicher Materialien in Produkten zu entwickeln. Diese Informationen werden in der Regel durch Materialsicherheitsdatenblätter (MSDS) oder ähnliche Dokumente verteilt, und die Mitarbeiter werden in Bezug auf die Gefahren der Materialien am Arbeitsplatz geschult oder geschult.

Umweltschutz

Umweltschutz ist eine wichtige Überlegung im Raffineriebetrieb, da die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und die Notwendigkeit von Einsparungen bei steigenden Ölpreisen und -kosten eskalieren. Ölraffinerien produzieren ein breites Spektrum an Luft- und Wasseremissionen, die für die Umwelt schädlich sein können. Einige davon sind Verunreinigungen im ursprünglichen Rohöl, während andere das Ergebnis von Raffinerieprozessen und -vorgängen sind. Zu den Emissionen in die Luft gehören Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Stickoxide und Kohlenmonoxid (siehe Tabelle 2). Abwasser enthält typischerweise Kohlenwasserstoffe, gelöste Materialien, suspendierte Feststoffe, Phenole, Ammoniak, Sulfide, Säuren, Laugen und andere Verunreinigungen. Es besteht auch das Risiko des versehentlichen Verschüttens und Auslaufens einer breiten Palette von brennbaren und/oder giftigen Chemikalien.

Zu den Kontrollen, die eingerichtet wurden, um die Freisetzung von Flüssigkeiten und Dämpfen einzudämmen und die Betriebskosten zu senken, gehören:

• Energieeinsparung. Zu den Kontrollen gehören Dampfleckkontrolle und Kondensatrückgewinnungsprogramme, um Energie zu sparen und die Effizienz zu steigern.
• Wasserverschmutzung. Zu den Kontrollen gehören die Abwasserbehandlung in API-Separatoren und nachfolgenden Behandlungsanlagen, die Regenwassersammlung, -rückhaltung und -behandlung sowie Eindämmungs- und Kontrollprogramme zur Verhinderung von Verschüttungen.
• Luftverschmutzung. Da Raffinerien kontinuierlich arbeiten, ist die Lecksuche, insbesondere an Ventilen und Rohrverbindungen, wichtig. Zu den Kontrollen gehören die Reduzierung von Kohlenwasserstoffdampfemissionen und -freisetzungen in die Atmosphäre, Dichtheitsprogramme für Raffinerieventile und Armaturen, Schwimmdachtankdichtungen und Dampfeindämmungsprogramme sowie Dampfrückgewinnung für Be- und Entladeeinrichtungen und zum Entlüften von Tanks und Behältern.
• Bodenverschmutzung. Das Verhindern von Ölaustritt durch Verunreinigung des Bodens und Verunreinigung des Grundwassers wird durch die Verwendung von Deichen und die Bereitstellung von Entwässerungen zu bestimmten, geschützten Eindämmungsbereichen erreicht. Eine Kontamination durch Verschütten innerhalb von Deichbereichen kann durch den Einsatz sekundärer Eindämmungsmaßnahmen verhindert werden, wie z. B. undurchlässige Kunststoff- oder Tondeichauskleidungen.
• Spill-Antwort. Raffinerien sollten Programme entwickeln und umsetzen, um auf das Auslaufen von Rohöl, Chemikalien und Fertigprodukten auf Land und Wasser zu reagieren. Diese Programme können sich auf geschulte Mitarbeiter oder externe Agenturen und Auftragnehmer verlassen, um auf den Notfall zu reagieren. Der Bereitschaftsplan sollte die Art, die benötigte Menge und die Verfügbarkeit von Materialien und Geräten zur Beseitigung und Wiederherstellung von Verschüttungen, entweder vor Ort oder auf Abruf, enthalten.

 

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Definitionen

Diese Begriffe werden in der pharmazeutischen Industrie häufig verwendet:

Biologika sind bakterielle und virale Impfstoffe, Antigene, Antitoxine und analoge Produkte, Seren, Plasmen und andere Blutderivate zum therapeutischen Schutz oder zur Behandlung von Mensch und Tier.

Bulk sind Wirkstoffe, die zur Herstellung von Produkten in Darreichungsform, zur Verarbeitung von Arzneifuttermitteln oder zusammengesetzten verschreibungspflichtigen Medikamenten verwendet werden.

Diagnostika unterstützen die Diagnose von Krankheiten und Störungen bei Mensch und Tier. Diagnostische Mittel können anorganische Chemikalien zum Untersuchen des Gastrointestinaltrakts, organische Chemikalien zum Sichtbarmachen des Kreislaufsystems und der Leber und radioaktive Verbindungen zum Messen der Funktion des Organsystems sein.

Drogen sind Substanzen mit aktiven pharmakologischen Eigenschaften bei Mensch und Tier. Medikamente werden mit anderen Materialien, wie z. B. pharmazeutischen Bedarfsartikeln, gemischt, um ein Arzneimittel herzustellen.

Ethische Arzneimittel sind biologische und chemische Mittel zur Vorbeugung, Diagnose oder Behandlung von Krankheiten und Störungen bei Menschen oder Tieren. Diese Produkte werden auf Rezept oder Genehmigung eines Arztes, Apothekers oder Tierarztes abgegeben.

Sonstige Bestandteile sind inerte Inhaltsstoffe, die mit Arzneimittelsubstanzen kombiniert werden, um ein Produkt in Dosierungsform zu erzeugen. Hilfsstoffe können die Absorptions-, Auflösungs-, Metabolisierungs- und Verteilungsgeschwindigkeit bei Mensch und Tier beeinflussen.

Rezeptfreie Arzneimittel sind Arzneimittel, die in einem Einzelhandelsgeschäft oder einer Apotheke verkauft werden und kein Rezept oder die Genehmigung eines Arztes, Apothekers oder Tierarztes erfordern.

Apotheke ist die Kunst und Wissenschaft der Herstellung und Abgabe von Arzneimitteln zur Vorbeugung, Diagnose oder Behandlung von Krankheiten oder Störungen bei Menschen und Tieren.

Pharmacokinetics ist die Lehre von Stoffwechselvorgängen im Zusammenhang mit der Aufnahme, Verteilung, Biotransformation und Ausscheidung eines Arzneimittels bei Menschen oder Tieren.

Pharmakodynamik ist das Studium der Arzneimittelwirkung in Bezug auf ihre chemische Struktur, ihren Wirkungsort und die biochemischen und physiologischen Folgen bei Mensch und Tier.

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Die pharmazeutische Industrie ist ein wichtiger Bestandteil der Gesundheitssysteme auf der ganzen Welt; Sie besteht aus vielen öffentlichen und privaten Organisationen, die Medikamente für die Gesundheit von Mensch und Tier entdecken, entwickeln, herstellen und vermarkten (Gennaro 1990). Die pharmazeutische Industrie basiert in erster Linie auf der wissenschaftlichen Forschung und Entwicklung (F&E) von Arzneimitteln zur Vorbeugung oder Behandlung von Krankheiten und Störungen. Arzneistoffe weisen ein breites Spektrum pharmakologischer Aktivität und toxikologischer Eigenschaften auf (Hardman, Gilman und Limbird 1996; Reynolds 1989). Moderne wissenschaftliche und technologische Fortschritte beschleunigen die Entdeckung und Entwicklung innovativer Arzneimittel mit verbesserter therapeutischer Aktivität und reduzierten Nebenwirkungen. Molekularbiologen, medizinische Chemiker und Apotheker verbessern den Nutzen von Arzneimitteln durch erhöhte Wirksamkeit und Spezifität. Diese Fortschritte schaffen neue Bedenken hinsichtlich des Schutzes der Gesundheit und Sicherheit von Arbeitnehmern in der pharmazeutischen Industrie (Agius 1989; Naumann et al. 1996; Sargent und Kirk 1988; Teichman, Fallon und Brandt-Rauf 1988).

Viele dynamische wissenschaftliche, soziale und wirtschaftliche Faktoren beeinflussen die pharmazeutische Industrie. Einige pharmazeutische Unternehmen sind sowohl auf nationalen als auch auf multinationalen Märkten tätig. Daher unterliegen ihre Aktivitäten Gesetzen, Vorschriften und Richtlinien in Bezug auf Arzneimittelentwicklung und -zulassung, Herstellung und Qualitätskontrolle, Marketing und Vertrieb (Spilker 1994). Akademische, Regierungs- und Industriewissenschaftler, praktizierende Ärzte und Apotheker sowie die Öffentlichkeit beeinflussen die pharmazeutische Industrie. Gesundheitsdienstleister (z. B. Ärzte, Zahnärzte, Krankenschwestern, Apotheker und Tierärzte) in Krankenhäusern, Kliniken, Apotheken und Privatpraxen können Medikamente verschreiben oder empfehlen, wie sie abgegeben werden sollten. Staatliche Vorschriften und Gesundheitspolitiken zu Arzneimitteln werden von der Öffentlichkeit, Interessengruppen und privaten Interessen beeinflusst. Diese komplexen Faktoren interagieren, um die Entdeckung und Entwicklung, Herstellung, Vermarktung und den Verkauf von Arzneimitteln zu beeinflussen.

Die pharmazeutische Industrie wird weitgehend von wissenschaftlichen Entdeckungen und Entwicklungen in Verbindung mit toxikologischen und klinischen Erfahrungen angetrieben (siehe Abbildung 1). Es bestehen große Unterschiede zwischen großen Organisationen, die sich in einem breiten Spektrum von Wirkstoffforschung und -entwicklung, Herstellung und Qualitätskontrolle, Marketing und Vertrieb engagieren, und kleineren Organisationen, die sich auf einen bestimmten Aspekt konzentrieren. Die meisten multinationalen Pharmaunternehmen sind an all diesen Aktivitäten beteiligt; Sie können sich jedoch je nach lokalen Marktfaktoren auf einen Aspekt spezialisieren. Akademische, öffentliche und private Organisationen führen wissenschaftliche Forschung durch, um neue Medikamente zu entdecken und zu entwickeln. Die biotechnologische Industrie leistet zunehmend einen wichtigen Beitrag zur innovativen pharmazeutischen Forschung (Swarbick und Boylan 1996). Häufig werden Kooperationsvereinbarungen zwischen Forschungsorganisationen und großen Pharmaunternehmen geschlossen, um das Potenzial neuer Wirkstoffe zu erforschen.

Abbildung 1. Arzneimittelentwicklung in der pharmazeutischen Industrie

Viele Länder haben spezielle gesetzliche Schutzmaßnahmen für proprietäre Arzneimittel und Herstellungsverfahren, die als geistige Eigentumsrechte bekannt sind. In Fällen, in denen der gesetzliche Schutz begrenzt ist oder nicht besteht, spezialisieren sich einige Unternehmen auf die Herstellung und Vermarktung von Generika (Medical Economics Co. 1995). Die pharmazeutische Industrie erfordert aufgrund der hohen Kosten im Zusammenhang mit Forschung und Entwicklung, behördlicher Zulassung, Herstellung, Qualitätssicherung und -kontrolle, Marketing und Vertrieb große Kapitalinvestitionen (Spilker 1994). Viele Länder haben umfangreiche staatliche Vorschriften, die die Entwicklung und Zulassung von Arzneimitteln für den kommerziellen Verkauf betreffen. Diese Länder haben strenge Anforderungen an gute Herstellungspraktiken, um die Integrität der Arzneimittelherstellung und die Qualität, Sicherheit und Wirksamkeit pharmazeutischer Produkte zu gewährleisten (Gennaro 1990).

Internationaler und inländischer Handel sowie Steuer- und Finanzpolitik und -praktiken beeinflussen, wie die pharmazeutische Industrie innerhalb eines Landes operiert (Swarbick und Boylan 1996). Hinsichtlich ihres Bedarfs an pharmazeutischen Substanzen bestehen erhebliche Unterschiede zwischen Industrie- und Entwicklungsländern. In Entwicklungsländern, wo Unterernährung und Infektionskrankheiten weit verbreitet sind, werden Nahrungsergänzungsmittel, Vitamine und Antiinfektiva am dringendsten benötigt. In den entwickelten Ländern, wo die mit dem Altern verbundenen Krankheiten und spezifische Beschwerden primäre Gesundheitsprobleme darstellen, besteht die größte Nachfrage nach Herz-Kreislauf-, Zentralnervensystem-, Magen-Darm-, Antiinfektiva-, Diabetes- und Chemotherapie-Medikamenten.

Human- und Tierarzneimittel teilen ähnliche F&E-Aktivitäten und Herstellungsprozesse; sie haben jedoch einzigartige therapeutische Vorteile und Mechanismen für ihre Zulassung, ihren Vertrieb, ihr Marketing und ihren Verkauf (Swarbick und Boylan 1996). Tierärzte verabreichen Arzneimittel zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten und parasitären Organismen bei Nutz- und Haustieren. Zu diesem Zweck werden üblicherweise Impfstoffe und Antiinfektiva und Antiparasitika verwendet. Nahrungsergänzungsmittel, Antibiotika und Hormone werden in der modernen Landwirtschaft in großem Umfang eingesetzt, um das Wachstum und die Gesundheit von Nutztieren zu fördern. Die Forschung und Entwicklung von Arzneimitteln für die Gesundheit von Mensch und Tier sind häufig verbunden, da gleichzeitig Infektionserreger und Krankheiten kontrolliert werden müssen.

Gefährliche Industriechemikalien und arzneimittelbezogene Substanzen

In der pharmazeutischen Industrie werden viele verschiedene biologische und chemische Wirkstoffe entdeckt, entwickelt und verwendet (Hardman, Gilman und Limbird 1996; Reynolds 1989). Einige Herstellungsprozesse in der pharmazeutischen, biochemischen und synthetisch-organischen Chemieindustrie sind ähnlich; Einzigartig sind jedoch die größere Vielfalt, der kleinere Maßstab und die spezifischen Anwendungen in der pharmazeutischen Industrie. Da der Hauptzweck darin besteht, Arzneimittel mit pharmakologischer Wirkung herzustellen, sind viele Wirkstoffe in der pharmazeutischen Forschung und Entwicklung sowie in der Herstellung gefährlich für die Arbeitnehmer. Zum Schutz der Arbeitnehmer vor Industriechemikalien und Arzneimittelsubstanzen müssen während vieler F&E-, Herstellungs- und Qualitätskontrollvorgänge angemessene Kontrollmaßnahmen ergriffen werden (ILO 1983; Naumann et al. 1996; Teichman, Fallon und Brandt-Rauf 1988).

Die pharmazeutische Industrie verwendet biologische Wirkstoffe (z. B. Bakterien und Viren) in vielen speziellen Anwendungen, wie z. B. der Impfstoffherstellung, Fermentationsprozessen, der Gewinnung von Produkten auf Blutbasis und der Biotechnologie. Biologische Wirkstoffe werden von diesem Profil aufgrund ihrer einzigartigen pharmazeutischen Anwendungen nicht angesprochen, aber andere Referenzen sind leicht verfügbar (Swarbick und Boylan 1996). Chemische Arbeitsstoffe können als Industriechemikalien und arzneimittelverwandte Substanzen kategorisiert werden (Gennaro 1990). Dies können Rohstoffe, Zwischenprodukte oder Fertigprodukte sein. Besondere Situationen entstehen, wenn Industriechemikalien oder Arzneimittelsubstanzen in Laborforschung und -entwicklung, Qualitätssicherungs- und Kontrolltests, Technik und Wartung verwendet werden oder wenn sie als Nebenprodukte oder Abfälle entstehen.

Industrielle Chemikalien

Industriechemikalien werden zur Erforschung und Entwicklung von Arzneimittelwirkstoffen sowie zur Herstellung von Bulksubstanzen und pharmazeutischen Fertigprodukten eingesetzt. Organische und anorganische Chemikalien sind Rohstoffe, die als Reaktanten, Reagenzien, Katalysatoren und Lösungsmittel dienen. Die Verwendung von Industriechemikalien wird durch den spezifischen Herstellungsprozess und -betrieb bestimmt. Viele dieser Materialien können für Arbeiter gefährlich sein. Da die Exposition von Arbeitern gegenüber Industriechemikalien gefährlich sein kann, wurden von Regierungen, Fach- und Berufsorganisationen (ACGIH 1995) berufsbedingte Expositionsgrenzwerte wie Schwellenwerte (TLVs) festgelegt.

Drogenverwandte Substanzen

Pharmakologisch aktive Substanzen können in Naturprodukte und synthetische Arzneimittel eingeteilt werden. Natürliche Produkte werden aus pflanzlichen und tierischen Quellen gewonnen, während synthetische Drogen durch mikrobiologische und chemische Technologien hergestellt werden. Antibiotika, Steroid- und Peptidhormone, Vitamine, Enzyme, Prostaglandine und Pheromone sind wichtige Naturstoffe. Die wissenschaftliche Forschung konzentriert sich aufgrund der jüngsten wissenschaftlichen Fortschritte in der Molekularbiologie, Biochemie, Pharmakologie und Computertechnologie zunehmend auf synthetische Drogen. Tabelle 1 listet die wichtigsten pharmazeutischen Wirkstoffe auf.

Tabelle 1. Hauptkategorien pharmazeutischer Wirkstoffe

 

Bei der pharmazeutischen Herstellung werden Wirkstoffe und Hilfsstoffe zu Darreichungsformen von Arzneimitteln (z. B. Tabletten, Kapseln, Flüssigkeiten, Pulver, Cremes und Salben) kombiniert (Gennaro 1990). Arzneimittel können nach ihrem Herstellungsverfahren und ihrem therapeutischen Nutzen kategorisiert werden (EPA 1995). Medikamente werden medizinisch durch streng vorgeschriebene Mittel (z. B. oral, Injektion, Haut) und Dosierungen verabreicht, während Arbeiter Medikamentensubstanzen ausgesetzt sein können, indem sie versehentlich Staub oder Dämpfe in der Luft einatmen oder versehentlich kontaminierte Lebensmittel oder Getränke schlucken. Arbeitsplatzgrenzwerte (OELs) werden von Toxikologen und Arbeitshygienikern entwickelt, um eine Anleitung zur Begrenzung der Exposition von Arbeitnehmern gegenüber Arzneimittelsubstanzen zu geben (Naumann et al. 1996; Sargent und Kirk 1988).

Pharmazeutische Notwendigkeiten (z. B. Bindemittel, Füllstoffe, Geschmacks- und Füllstoffe, Konservierungsstoffe und Antioxidantien) werden mit aktiven Arzneimittelsubstanzen gemischt, wodurch die gewünschten physikalischen und pharmakologischen Eigenschaften in den Darreichungsformprodukten bereitgestellt werden (Gennaro 1990). Viele pharmazeutische Notwendigkeiten haben keinen oder nur einen begrenzten therapeutischen Wert und sind für Arbeiter während der Arzneimittelentwicklung und -herstellung relativ ungefährlich. Diese Materialien sind Antioxidantien und Konservierungsmittel, Färbe-, Geschmacks- und Verdünnungsmittel, Emulgatoren und Suspendiermittel, Salbengrundlagen, pharmazeutische Lösungsmittel und Hilfsstoffe.

Pharmazeutischer Betrieb, damit verbundene Gefahren und Kontrollmaßnahmen am Arbeitsplatz

Pharmazeutische Herstellungsbetriebe können kategorisiert werden als Grundproduktion von Massenarzneimitteln und Pharmazeutische Herstellung von Produkten in Darreichungsform. Abbildung 2 veranschaulicht den Herstellungsprozess.

Abbildung 2. Herstellungsprozess in der pharmazeutischen Industrie

Die Grundproduktion von Massenarzneimitteln kann drei Haupttypen von Prozessen verwenden: Fermentation, organisch-chemische Synthese und biologische und natürliche Extraktion (Theodore und McGuinn 1992). Diese Herstellungsvorgänge können diskontinuierlich, kontinuierlich oder eine Kombination dieser Prozesse sein. Antibiotika, Steroide und Vitamine werden durch Fermentation hergestellt, während viele neue Wirkstoffe durch organische Synthese hergestellt werden. Historisch wurden die meisten Arzneimittelsubstanzen aus natürlichen Quellen wie Pflanzen, Tieren, Pilzen und anderen Organismen gewonnen. Naturheilmittel sind pharmakologisch vielfältig und aufgrund ihrer komplexen Chemie und begrenzten Wirksamkeit kommerziell schwer herzustellen.

Fermentation

Die Fermentation ist ein biochemischer Prozess, der ausgewählte Mikroorganismen und mikrobiologische Technologien einsetzt, um ein chemisches Produkt herzustellen. Batch-Fermentationsverfahren umfassen drei grundlegende Schritte: Inokulum und Samenvorbereitung, Fermentation und Produktrückgewinnung or Isolierung (Theodore und McGuinn 1992). Abbildung 3 zeigt ein schematisches Diagramm eines Fermentationsprozesses. Die Inokulumpräparation beginnt mit einer Sporenprobe eines mikrobiellen Stamms. Der Stamm wird selektiv kultiviert, gereinigt und unter Verwendung einer Reihe von mikrobiologischen Techniken gezüchtet, um das gewünschte Produkt herzustellen. Die Sporen des mikrobiellen Stammes werden bei Wärme mit Wasser und Nährstoffen aktiviert. Zellen aus der Kultur werden unter kontrollierten Umgebungsbedingungen durch eine Reihe von Agarplatten, Reagenzgläsern und Flaschen gezüchtet, um eine dichte Suspension zu erzeugen.

Abbildung 3. Diagramm eines Fermentationsprozesses

Die Zellen werden in a überführt Samentank für weiteres Wachstum. Der Saattank ist ein kleines Fermentationsgefäß, das das Wachstum des Inokulums optimieren soll. Die Zellen aus dem Saattank werden einer dampfsterilisierten Produktion zugeführt Fermenter. Sterilisierte Nährstoffe und gereinigtes Wasser werden in das Gefäß gegeben, um die Fermentation zu beginnen. Während der aeroben Fermentation wird der Inhalt des Fermenters durch ein perforiertes Rohr erhitzt, gerührt und belüftet Sparger, wodurch ein optimaler Luftdurchsatz und eine optimale Temperatur aufrechterhalten werden. Nachdem die biochemischen Reaktionen abgeschlossen sind, wird die Fermentationsbrühe filtriert, um die Mikroorganismen zu entfernen, oder Myzelien. Das Arzneimittelprodukt, das im Filtrat oder in den Mycelien vorhanden sein kann, wird durch verschiedene Schritte, wie Lösungsmittelextraktion, Ausfällung, Ionenaustausch und Absorption, gewonnen.

Zur Extraktion des Produktes verwendete Lösungsmittel (Tabelle 2) können im Allgemeinen zurückgewonnen werden; jedoch verbleiben kleine Anteile im Prozessabwasser, abhängig von ihrer Löslichkeit und dem Design der Prozessausrüstung. Präzipitation ist eine Methode, um das Arzneimittelprodukt von der wässrigen Brühe zu trennen. Das Arzneimittelprodukt wird aus der Brühe filtriert und aus den festen Rückständen extrahiert. Kupfer und Zink sind übliche Fällungsmittel in diesem Verfahren. Ionenaustausch oder Adsorption entfernt das Produkt aus der Brühe durch chemische Reaktion mit festen Materialien wie Harzen oder Aktivkohle. Das Arzneimittelprodukt wird aus der festen Phase durch ein Lösungsmittel gewonnen, das durch Verdampfen gewonnen werden kann.

Table 2. In der pharmazeutischen Industrie verwendete Lösungsmittel

Quelle: EPA 1995.

Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer

Von sich bewegenden Maschinenteilen und Ausrüstungen können Gefahren für die Sicherheit der Arbeiter ausgehen; Hochdruckdampf, heißes Wasser, beheizte Oberflächen und heiße Arbeitsplatzumgebungen; ätzende und reizende Chemikalien; schwerer manueller Umgang mit Materialien und Ausrüstung; und hohe Geräuschpegel. Arbeiter können Lösungsmitteldämpfen ausgesetzt werden, wenn Produkte zurückgewonnen oder isoliert werden. Die Exposition der Arbeiter gegenüber Lösungsmitteln kann durch nicht eingeschlossene Filteranlagen und flüchtige Emissionen aus undichten Pumpen, Ventilen und Verteilerstationen während der Extraktions- und Reinigungsschritte entstehen. Da die Isolierung und das Wachstum von Mikroorganismen für die Fermentation wesentlich sind, werden biologische Gefahren verringert, indem nicht-pathogene Mikroben verwendet werden, eine geschlossene Verfahrensausrüstung aufrechterhalten wird und verbrauchte Brühe vor ihrem Ablassen behandelt wird.

Im Allgemeinen sind Prozesssicherheitsbedenken während der Fermentation weniger wichtig als während organischer Syntheseoperationen, da die Fermentation hauptsächlich auf wässriger Chemie basiert und einen Prozesseinschluss während der Impfvorbereitung und Fermentation erfordert. Bei Lösungsmittelextraktionen können Brand- und Explosionsgefahren entstehen; Die Entflammbarkeit von Lösungsmitteln wird jedoch durch Verdünnung mit Wasser in Filtrations- und Rückgewinnungsschritten verringert. Sicherheitsrisiken (dh thermische Verbrennungen und Verbrühungen) werden durch die großen Mengen an unter Druck stehendem Dampf und heißem Wasser im Zusammenhang mit Fermentationsvorgängen verursacht.

Chemische Synthese

Chemische Syntheseverfahren verwenden organische und anorganische Chemikalien im Chargenbetrieb, um Wirkstoffe mit einzigartigen physikalischen und pharmakologischen Eigenschaften herzustellen. Typischerweise werden eine Reihe chemischer Reaktionen in Mehrzweckreaktoren durchgeführt und die Produkte durch Extraktion, Kristallisation und Filtration isoliert (Kroschwitz 1992). Die fertigen Produkte werden in der Regel getrocknet, gemahlen und gemischt. Organische Syntheseanlagen, Prozessausrüstung und Betriebsmittel sind in der pharmazeutischen und feinchemischen Industrie vergleichbar. Ein schematisches Diagramm eines organischen Syntheseprozesses ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4. Diagramm eines organischen Syntheseprozesses

Die pharmazeutische Chemie wird durch mehrstufige Prozesse immer komplexer, bei denen das Produkt aus einem Schritt zum Ausgangsmaterial für den nächsten Schritt wird, bis das fertige Arzneimittel synthetisiert ist. Massenchemikalien, die Zwischenprodukte des Endprodukts sind, können aus verschiedenen technischen, finanziellen und rechtlichen Erwägungen zwischen organischen Syntheseanlagen transferiert werden. Die meisten Zwischenprodukte und Produkte werden in einer Reihe von Chargenreaktionen an einem hergestellt Kampagne Basis. Herstellungsprozesse laufen für diskrete Zeiträume, bevor Materialien, Ausrüstung und Betriebsmittel geändert werden, um einen neuen Prozess vorzubereiten. Viele organische Syntheseanlagen in der pharmazeutischen Industrie sind aufgrund der Vielfalt und Komplexität der modernen medizinischen Chemie auf maximale Betriebsflexibilität ausgelegt. Dies wird durch den Bau von Anlagen und die Installation von Prozessausrüstung erreicht, die zusätzlich zu ihren Nutzungsanforderungen für neue Herstellungsprozesse modifiziert werden kann.

Mehrzweckreaktoren sind die primäre Verarbeitungsausrüstung in chemischen Synthesevorgängen (siehe Abbildung 5). Sie sind verstärkte Druckbehälter mit Auskleidungen aus Edelstahl, Glas oder Metalllegierungen. Die Art der chemischen Reaktionen und physikalischen Eigenschaften von Materialien (z. B. reaktiv, korrosiv, brennbar) bestimmen das Design, die Merkmale und den Aufbau von Reaktoren. Mehrzweckreaktoren haben äußere Hüllen und innere Schlangen, die mit Kühlwasser, Dampf oder Chemikalien mit besonderen Wärmeübertragungseigenschaften gefüllt sind. Je nach Anforderung der chemischen Reaktionen wird der Reaktormantel beheizt oder gekühlt. Mehrzweckreaktoren haben Rührwerke, Leitbleche und viele Ein- und Auslässe, die sie mit anderen Prozessbehältern, Geräten und Massenchemikalien verbinden. Temperatur-, Druck- und Gewichtsmessinstrumente werden installiert, um den chemischen Prozess im Reaktor zu messen und zu steuern. Reaktoren können je nach ihrer technischen Auslegung und Merkmalen und den Anforderungen der Prozesschemie bei hohen Drücken oder niedrigem Vakuum betrieben werden.

Abbildung 5. Diagramm eines chemischen Reaktors in der organischen Synthese

Wärmetauscher sind mit Reaktoren verbunden, um die Reaktion zu erhitzen oder zu kühlen und Lösungsmitteldämpfe zu kondensieren, wenn sie über ihren Siedepunkt erhitzt werden, wodurch ein Rückfluss oder eine Rückführung der kondensierten Dämpfe erzeugt wird. Luftreinhaltungsgeräte (z. B. Scrubber und Impinger) können an die Abluftöffnungen von Prozessbehältern angeschlossen werden, wodurch Gas-, Dampf- und Staubemissionen reduziert werden (EPA 1993). Flüchtige Lösungsmittel und toxische Chemikalien können an den Arbeitsplatz oder in die Atmosphäre freigesetzt werden, es sei denn, sie werden während der Reaktion durch Wärmetauscher oder Luftkontrollvorrichtungen kontrolliert. Einige Lösungsmittel (siehe Tabelle 2) und Reaktanten sind aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften in Luftkontrollgeräten schwer zu kondensieren, zu absorbieren oder zu adsorbieren (z. B. Methylenchlorid und Chloroform).

 

Chemische Massenprodukte werden durch Trenn-, Reinigungs- und Filtrationsvorgänge zurückgewonnen oder isoliert. Typischerweise sind diese Produkte enthalten in Mutterlaugen, als gelöste oder suspendierte Feststoffe in einem Lösungsmittelgemisch. Die Mutterlaugen können zwischen Prozessbehältern oder Ausrüstungen in temporären oder permanenten Rohren oder Schläuchen, durch Pumpen, unter Druck stehende Inertgase, Vakuum oder Schwerkraft überführt werden. Das Übertragen von Materialien ist aufgrund der Reaktionsgeschwindigkeiten, kritischen Temperaturen oder Drücke, Merkmale der Verarbeitungsausrüstung und der Möglichkeit von Lecks und Verschüttungen ein Problem. Besondere Vorsichtsmaßnahmen zur Minimierung statischer Elektrizität sind erforderlich, wenn Prozesse brennbare Gase und Flüssigkeiten verwenden oder erzeugen. Laden von brennbaren Flüssigkeiten durch Eintauchen Tauchrohre und Erdung und Kleben leitfähige Materialien und Wartung inerte Atmosphären innerhalb von Prozessanlagen verringern das Brand- oder Explosionsrisiko (Crowl und Louvar 1990).

Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer

Viele Gesundheits- und Sicherheitsrisiken für Arbeiter gehen von Synthesevorgängen aus. Dazu gehören Sicherheitsrisiken durch bewegliche Maschinenteile, unter Druck stehende Geräte und Rohrleitungen; schwerer manueller Umgang mit Materialien und Ausrüstung; Dampf, heiße Flüssigkeiten, erhitzte Oberflächen und heiße Arbeitsplatzumgebungen; beengte Räume und gefährliche Energiequellen (z. B. Elektrizität); und hohe Geräuschpegel.

Akute und chronische Gesundheitsrisiken können sich aus der Exposition von Arbeitern gegenüber gefährlichen Chemikalien während der Synthesevorgänge ergeben. Chemikalien mit akuten gesundheitlichen Auswirkungen können Augen und Haut schädigen, Körpergewebe ätzen oder reizen, Sensibilisierungen oder allergische Reaktionen hervorrufen oder sein erstickende, Erstickung oder Sauerstoffmangel verursachen. Chemikalien mit chronischen Auswirkungen auf die Gesundheit können Krebs verursachen, Leber, Nieren oder Lunge schädigen oder das Nerven-, Hormon-, Fortpflanzungs- oder andere Organsysteme beeinträchtigen. Gefahren für Gesundheit und Sicherheit können durch Umsetzung geeigneter Kontrollmaßnahmen kontrolliert werden (z. B. Prozessmodifikationen, technische Kontrollen, Verwaltungspraktiken, persönliche und Atemschutzausrüstung).

Organische Synthesereaktionen können durch hochgefährliche Materialien, Feuer, Explosionen oder unkontrollierte chemische Reaktionen zu erheblichen Prozesssicherheitsrisiken führen, die Auswirkungen auf die die Anlage umgebende Gemeinschaft haben. Prozesssicherheit kann in der organischen Synthese sehr komplex sein. Es wird auf verschiedene Weise angegangen: durch Untersuchung der Dynamik chemischer Reaktionen, Eigenschaften hochgefährlicher Materialien, Konstruktion, Betrieb und Wartung von Geräten und Versorgungseinrichtungen, Schulung von Betriebs- und Ingenieurpersonal sowie Notfallvorsorge und -maßnahmen der Einrichtung und der örtlichen Gemeinschaft. Es gibt technische Anleitungen zur Gefahrenanalyse und zum Management von Prozessen, um die Risiken chemischer Synthesevorgänge zu verringern (Crowl und Louvar 1990; Kroschwitz 1992).

Biologische und natürliche Extraktion

Große Mengen natürlicher Materialien, wie pflanzliches und tierisches Material, können verarbeitet werden, um Substanzen zu extrahieren, die pharmakologisch aktiv sind (Gennaro 1990; Swarbick und Boylan 1996). In jedem Schritt des Prozesses werden die Materialmengen durch eine Reihe von Chargenprozessen reduziert, bis das endgültige Arzneimittelprodukt erhalten wird. Typischerweise werden Prozesse in Kampagnen durchgeführt, die einige Wochen dauern, bis die gewünschte Menge an fertigem Produkt erreicht ist. Lösungsmittel werden verwendet, um unlösliche Fette und Öle zu entfernen und so die fertige Arzneisubstanz zu extrahieren. Der pH-Wert (Säuregrad) der Extraktionslösung und der Abfallprodukte kann eingestellt werden, indem sie mit starken Säuren und Basen neutralisiert werden. Metallverbindungen dienen häufig als Fällungsmittel und Phenolverbindungen als Desinfektionsmittel.

Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer

Einige Arbeiter können durch den Umgang mit bestimmten Pflanzen allergische Reaktionen und/oder Hautreizungen entwickeln. Tierisches Material kann mit infektiösen Organismen kontaminiert sein, wenn keine geeigneten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Arbeiter können bei biologischen und natürlichen Extraktionsvorgängen Lösungsmitteln und ätzenden Chemikalien ausgesetzt sein. Brand- und Explosionsrisiken bestehen bei der Lagerung, Handhabung, Verarbeitung und Rückgewinnung von brennbaren Flüssigkeiten. Bewegliche mechanische Teile; heißer Dampf, Wasser, Oberflächen und Arbeitsplätze; und hohe Lärmpegel sind Risiken für die Arbeitssicherheit.

Prozesssicherheitsprobleme werden oft durch die großen Mengen an pflanzlichen oder tierischen Materialien und den kleineren Umfang der Lösungsmittelextraktionsaktivitäten verringert. Während der Extraktions- und Rückgewinnungsvorgänge können Feuer- und Explosionsgefahren und die Exposition der Arbeiter gegenüber Lösungsmitteln oder ätzenden oder reizenden Chemikalien auftreten, abhängig von der spezifischen Chemie und dem Containment der Prozessausrüstung.

Pharmazeutische Herstellung von Darreichungsformen

Arzneimittelsubstanzen werden in Produkte in Dosierungsform umgewandelt, bevor sie an Menschen oder Tiere abgegeben oder verabreicht werden. Wirkstoffe werden mit pharmazeutischen Notwendigkeiten wie Bindemitteln, Füllstoffen, Geschmacks- und Füllstoffen, Konservierungsmitteln und Antioxidantien gemischt. Diese Inhaltsstoffe können getrocknet, gemahlen, gemischt, komprimiert und granuliert werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen, bevor sie als Endformulierung hergestellt werden. Tabletten und Kapseln sind sehr verbreitete orale Darreichungsformen; eine weitere übliche Form sind sterile Flüssigkeiten zur Injektion oder ophthalmologischen Anwendung. Fig. 6 veranschaulicht typische Grundoperationen zur Herstellung von Produkten in pharmazeutischer Dosierungsform.

Abbildung 6. Pharmazeutische Herstellung von Produkten in Darreichungsform

Pharmazeutische Mischungen können vor ihrer Formulierung als fertiges Arzneimittelprodukt durch Feuchtgranulation, Direktkompression oder Slugging komprimiert werden, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erhalten. In Nassgranulationwerden die Wirkstoffe und Hilfsstoffe mit wässrigen oder Lösungsmittellösungen benetzt, um grobe Granulate mit vergrößerten Teilchengrößen herzustellen. Das Granulat wird getrocknet, mit Gleitmitteln (z. B. Magnesiumstearat) vermischt, Sprengmittel oder Bindemittel, dann zu Tabletten gepresst. Während direkte Kompression, hält ein Metallstempel eine abgemessene Menge der Arzneimittelmischung, während ein Stempel die Tablette komprimiert. Arzneistoffe, die für eine Feuchtgranulierung nicht ausreichend stabil sind oder sich nicht direkt verpressen lassen, werden geschlagen. Schlagen or trockene Granulation mischt und komprimiert relativ große Tabletten, die gemahlen und auf eine gewünschte Maschenweite gesiebt werden, und dann erneut zu der endgültigen Tablette komprimiert werden. Gemischte und granulierte Materialien können auch in Kapselform hergestellt werden. Auf Kapselfüllmaschinen werden Hartgelatinekapseln getrocknet, beschnitten, gefüllt und gefügt.

Flüssigkeiten können als sterile Lösungen zur Injektion in den Körper oder zur Verabreichung an die Augen hergestellt werden; Flüssigkeiten, Suspensionen und Sirupe zur oralen Einnahme; und Tinkturen zum Auftragen auf die Haut (Gennaro 1990). Für die Herstellung steriler Flüssigkeiten sind streng kontrollierte Umgebungsbedingungen, geschlossene Prozessausrüstung und gereinigte Rohstoffe erforderlich, um eine mikrobiologische und partikuläre Kontamination zu verhindern (Cole 1990; Swarbick und Boylan 1996). Betriebsmittel (z. B. Belüftung, Dampf und Wasser), Prozessausrüstung und Arbeitsplatzoberflächen müssen gereinigt und gewartet werden, um eine Kontamination zu verhindern und zu minimieren. Bei der Herstellung von Injektionslösungen wird Wasser mit hohen Temperaturen und Drücken verwendet, um Bakterien und andere Verunreinigungen aus der sterilen Wasserversorgung zu zerstören und herauszufiltern. Parenteral Flüssigkeiten werden durch intradermale, intramuskuläre oder intravenöse Verabreichung in den Körper injiziert. Diese Flüssigkeiten werden durch trockene oder feuchte Hitze unter hohem Druck mit Bakterien zurückhaltenden Filtern sterilisiert. Obwohl flüssige Lösungen zur oralen oder topischen Anwendung keine Sterilisation erfordern, müssen Lösungen, die in die Augen (ophthalmisch) verabreicht werden, sterilisiert werden. Orale Flüssigkeiten werden durch Mischen der Wirkstoffe mit einem Lösungsmittel oder Konservierungsmittel hergestellt, um Schimmel- und Bakterienwachstum zu hemmen. Flüssige Suspensionen und Emulsionen werden durch Kolloidmühlen bzw. Homogenisatoren hergestellt. Cremes und Salben werden durch Mischen oder Compoundieren von Wirkstoffen mit Petrolatum, schweren Fetten oder Weichmachern hergestellt, bevor sie in Metall- oder Kunststofftuben verpackt werden.

Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer

Gesundheits- und Sicherheitsrisiken für Arbeitnehmer während der pharmazeutischen Herstellung entstehen durch sich bewegende Maschinenteile (z. B. freiliegende Zahnräder, Riemen und Wellen) und gefährliche Energiequellen (z. B. elektrische, pneumatische, thermische usw.); manuelle Handhabung von Material und Ausrüstung; Hochdruckdampf, Heißwasser und beheizte Oberflächen; brennbare und ätzende Flüssigkeiten; und hohe Geräuschpegel. Arbeitnehmer können während des Dosierens, Trocknens, Mahlens und Mischens Staub in der Luft ausgesetzt werden. Die Exposition gegenüber pharmazeutischen Produkten ist besonders besorgniserregend, wenn Mischungen mit hohen Anteilen an Wirkstoffen gehandhabt oder verarbeitet werden. Nassgranulierungs-, Compoundierungs- und Beschichtungsvorgänge können zu einer hohen Exposition der Arbeiter gegenüber Lösungsmitteldämpfen führen.

Fragen der Prozesssicherheit beziehen sich hauptsächlich auf Brand- oder Explosionsrisiken während der pharmazeutischen Herstellung von Darreichungsformen. Bei vielen dieser Vorgänge (z. B. Granulieren, Mischen, Compoundieren und Trocknen) werden brennbare Flüssigkeiten verwendet, die brennbare oder explosive Atmosphären erzeugen können. Da einige pharmazeutische Stäube hochexplosiv sind, sollten ihre physikalischen Eigenschaften vor der Verarbeitung untersucht werden. Fließbetttrocknung, Mahlen und Schlagen sind ein besonderes Anliegen, wenn es sich um potenziell explosive Materialien handelt. Technische Maßnahmen und sichere Arbeitspraktiken reduzieren die Risiken von explosiven Stäuben und brennbaren Flüssigkeiten (z. B. dampf- und staubdichte elektrische Geräte und Versorgungseinrichtungen, Erdung und Verbindung von Geräten, abgedichtete Behälter mit Druckentlastung und inerte Atmosphären).

Kontrollmaßnahmen

Brand- und Explosionsverhütung und -schutz; Eindämmung von gefährlichen Stoffen, Maschinengefahren und hohen Lärmpegeln; Verdünnung und lokale Absaugung (LEV); Verwendung von Atemschutzgeräten (z. B. Atemschutzmasken für Staub und organische Dämpfe und in einigen Fällen luftreinigende Atemschutzgeräte oder luftversorgte Masken und Anzüge) und persönlicher Schutzausrüstung (PSA); und Arbeiterschulungen zu Gefahren am Arbeitsplatz und sicheren Arbeitspraktiken sind Kontrollmaßnahmen am Arbeitsplatz, die während aller unten beschriebenen verschiedenen pharmazeutischen Herstellungsvorgänge anwendbar sind. Spezifische Probleme betreffen den Ersatz weniger gefährlicher Materialien, wann immer dies während der Arzneimittelentwicklung und -herstellung möglich ist. Auch die Minimierung von Materialtransfers, unversiegelten oder offenen Verarbeitungs- und Probenahmeaktivitäten verringert das Potenzial für Arbeitnehmerexpositionen.

Das technische Design und die Merkmale von Anlagen, Versorgungseinrichtungen und Prozessausrüstung können Umweltverschmutzung verhindern und die Exposition von Arbeitnehmern gegenüber gefährlichen Stoffen verringern. Moderne pharmazeutische Produktionsanlagen und Prozessanlagen reduzieren Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsrisiken, indem sie Umweltverschmutzung verhindern und die Eindämmung von Gefahren verbessern. Die Arbeitsschutz- und Qualitätskontrollziele werden erreicht, indem die Isolierung, Eindämmung und Sauberkeit von pharmazeutischen Einrichtungen und Prozessgeräten verbessert werden. Die Verhinderung der Exposition von Arbeitnehmern gegenüber gefährlichen Stoffen und pharmazeutischen Produkten ist in hohem Maße vereinbar mit der gleichzeitigen Notwendigkeit, Arbeitnehmer daran zu hindern, Rohstoffe und Fertigprodukte versehentlich zu kontaminieren. Sichere Arbeitsverfahren und gute Herstellungspraxis ergänzen sich.

Anlagendesign und verfahrenstechnische Fragestellungen

Das technische Design und die Merkmale von pharmazeutischen Anlagen und Prozessausrüstungen beeinflussen die Gesundheit und Sicherheit der Arbeiter. Die Baumaterialien, die Prozessausrüstung und die Reinigungspraktiken haben großen Einfluss auf die Sauberkeit des Arbeitsplatzes. Verdünnungs- und LEV-Systeme kontrollieren flüchtige Dämpfe und Staubemissionen während des Herstellungsprozesses. Brand- und Explosionsverhütungs- und -schutzmaßnahmen (z. B. dampf- und staubdichte elektrische Geräte und Versorgungseinrichtungen, Löschsysteme, Feuer- und Rauchmelder und Notfallalarme) sind erforderlich, wenn brennbare Flüssigkeiten und Dämpfe vorhanden sind. Lager- und Handhabungssysteme (z. B. Lagerbehälter, tragbare Behälter, Pumpen und Rohrleitungen) werden installiert, um Flüssigkeiten innerhalb von pharmazeutischen Produktionsanlagen zu bewegen. Gefährliche Feststoffe können in geschlossenen Anlagen und Behältern, einzelnen Schüttgutcontainern (IBCs) und versiegelten Fässern und Säcken gehandhabt und verarbeitet werden. Die Isolierung oder Eindämmung von Einrichtungen, Prozessausrüstung und gefährlichen Materialien fördert die Gesundheit und Sicherheit der Arbeiter. Mechanische Gefahren werden durch die Installation von Absperrgittern an beweglichen Maschinenteilen kontrolliert.

Die Prozessausrüstung und Versorgungseinrichtungen können durch manuelle oder automatische Mittel gesteuert werden. Bei manuellen Anlagen chemische Operatoren Lesen Sie Instrumente ab und steuern Sie Prozessausrüstung und Versorgungseinrichtungen in der Nähe der Prozessausrüstung. In automatisierten Anlagen werden die Prozessausrüstung, Versorgungseinrichtungen und Steuergeräte von verteilten Systemen gesteuert, wodurch sie von einem entfernten Ort wie einem Kontrollraum aus bedient werden können. Manuelle Vorgänge werden häufig eingesetzt, wenn Materialien geladen oder transferiert werden, Produkte entladen und verpackt werden und wenn Wartungsarbeiten durchgeführt werden oder nicht routinemäßige Bedingungen auftreten. Schriftliche Anweisungen sollten vorbereitet werden, um zu beschreiben Standardablauf sowie Gefahren für die Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer und Kontrollmaßnahmen.

Überprüfung der Arbeitsplatzkontrollen

Kontrollmaßnahmen am Arbeitsplatz werden regelmäßig evaluiert, um die Arbeiter vor Gesundheits- und Sicherheitsgefahren zu schützen und die Umweltverschmutzung zu minimieren. Viele Herstellungsprozesse und Ausrüstungsteile werden in der pharmazeutischen Industrie validiert, um die Qualität der Produkte sicherzustellen (Cole 1990; Gennaro 1990; Swarbick und Boylan 1996). Ähnliche Validierungspraktiken können für Kontrollmaßnahmen am Arbeitsplatz implementiert werden, um sicherzustellen, dass sie wirksam und zuverlässig sind. Prozessanweisungen und sichere Arbeitspraktiken werden regelmäßig überarbeitet. Vorbeugende Wartungsaktivitäten identifizieren, wenn Prozess- und technische Anlagen ausfallen könnten, und beugen so Problemen vor. Schulung und Beaufsichtigung informiert und schult Arbeitnehmer über Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsgefahren, verstärkt sichere Arbeitspraktiken und die Verwendung von Atemschutzgeräten und persönlicher Schutzausrüstung. Inspektionsprogramme prüfen, ob sichere Arbeitsplatzbedingungen und Arbeitspraktiken eingehalten werden. Dazu gehört die Inspektion von Atemschutzmasken und die Sicherstellung, dass sie von den Arbeitern richtig ausgewählt, getragen und gewartet werden. Auditprogramme überprüfen die Managementsysteme zur Identifizierung, Bewertung und Kontrolle von Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsgefahren.

Betrieb von pharmazeutischen Einheiten

Wiegen und Dosieren

Das Wiegen und Dosieren von Feststoffen und Flüssigkeiten ist eine weit verbreitete Tätigkeit in der pharmazeutischen Industrie (Gennaro 1990). Normalerweise geben Arbeiter Materialien aus, indem sie Feststoffe von Hand schöpfen und Flüssigkeiten gießen oder pumpen. Wiegen und Ausgeben werden oft in einem Lager während der Massenproduktion von Chemikalien oder in einer Apotheke während der Herstellung pharmazeutischer Darreichungsformen durchgeführt. Aufgrund der Wahrscheinlichkeit von Verschüttungen, Lecks und flüchtigen Emissionen während des Wiegens und Dosierens sind geeignete Kontrollmaßnahmen am Arbeitsplatz zum Schutz der Arbeitnehmer erforderlich. Das Wiegen und Dosieren sollte in einem abgetrennten Arbeitsbereich mit guter Verdünnungsbelüftung erfolgen. Die Arbeitsflächen in Bereichen, in denen Materialien gewogen und ausgegeben werden, sollten glatt und versiegelt sein, um eine ordnungsgemäße Reinigung zu ermöglichen. LEV mit Backdraft- oder Sidedraft-Hauben verhindert die Freisetzung von Luftverunreinigungen beim Wiegen und Dosieren von staubigen Feststoffen oder flüchtigen Flüssigkeiten (Cole 1990). Das Wiegen und Ausgeben hochgiftiger Materialien kann zusätzliche Kontrollmaßnahmen wie laminare Belüftungshauben oder Isoliervorrichtungen (z. B. Handschuhboxen oder Handschuhbeutel) erfordern (Naumann et al. 1996).

Laden und Entladen von Feststoffen und Flüssigkeiten

Feststoffe und Flüssigkeiten werden in pharmazeutischen Herstellungsbetrieben häufig in Behälter und Prozessanlagen ein- und ausgetragen (Gennaro 1990). Das Laden und Entladen von Materialien wird oft manuell von Arbeitern durchgeführt; es werden jedoch andere Verfahren eingesetzt (z. B. Schwerkraft, mechanische oder pneumatische Transfersysteme). Eingeschlossene Prozessausrüstung, Transfersysteme und technische Kontrollen verhindern, dass Arbeiter während des Ladens und Entladens von hochgefährlichen Materialien exponiert werden. Die Schwerkraftladung aus geschlossenen Behältern und Vakuum-, Druck- und Pumpsystemen eliminiert flüchtige Emissionen während des Lade- und Entladevorgangs. LEV mit Flanscheinlässen fängt flüchtige Stäube und Dämpfe auf, die an offenen Übergabestellen freigesetzt werden.

Flüssige Trennungen

Flüssigkeiten werden aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften (z. B. Dichte, Löslichkeit und Mischbarkeit) getrennt (Kroschwitz 1992). Flüssigkeitstrennungen werden üblicherweise während der Massenproduktion von Chemikalien und pharmazeutischen Herstellungsvorgängen durchgeführt. Gefährliche Flüssigkeiten sollten in geschlossenen Behältern und Rohrleitungssystemen umgefüllt, verarbeitet und getrennt werden, um die Exposition der Arbeiter gegenüber verschütteten Flüssigkeiten und Dämpfen in der Luft zu verringern. Augenduschen und Notduschen sollten sich in der Nähe von Betrieben befinden, in denen gefährliche Flüssigkeiten umgefüllt, verarbeitet oder abgeschieden werden. Bei der Verwendung von brennbaren Flüssigkeiten sind Maßnahmen zur Verhütung von Verschüttungen sowie Brand- und Explosionsverhütung und -schutz erforderlich.

Übertragen von Flüssigkeiten

Während pharmazeutischer Herstellungsvorgänge werden häufig Flüssigkeiten zwischen Lagerbehältern, Behältern und Prozessanlagen umgefüllt. Im Idealfall sind die Anlagen- und Herstellungsprozesse so konzipiert, dass die Notwendigkeit des Transports gefährlicher Materialien minimiert wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Verschüttungen und der Exposition von Arbeitern verringert wird. Flüssigkeiten können zwischen Prozessbehältern und Ausrüstung durch transferiert werden vielfältige Stationen, Bereiche, in denen viele Rohrflansche eng beieinander liegen (Kroschwitz 1992). Dadurch können temporäre Verbindungen zwischen Rohrleitungssystemen hergestellt werden. An vielen Stationen kann es zu Verschüttungen, Lecks und Dampfemissionen kommen; Daher sind geeignete Dichtungen und dichte Verschlüsse an Schläuchen und Rohren erforderlich, um Umweltverschmutzung und Freisetzungen am Arbeitsplatz zu verhindern. Entwässerungssysteme mit versiegelten Tanks oder Sümpfen fangen verschüttete Flüssigkeiten auf, damit sie zurückgewonnen und zurückgewonnen werden können. Abgedichtete Gefäße und Behälter und Rohrleitungssysteme sind äußerst wünschenswert, wenn große Flüssigkeitsmengen übertragen werden. Bei der Verwendung von Inertgasen zur Druckbeaufschlagung von Transferleitungen oder Prozessanlagen sind besondere Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, da dies die Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) und gefährlicher Luftschadstoffe erhöhen kann. Die Rückführung oder Kondensation von Abgasen und Dämpfen reduziert die Luftverschmutzung.

Filtration

Bei der Filtration werden Feststoffe und Flüssigkeiten getrennt. Filter haben unterschiedliche Konstruktionen und Merkmale mit unterschiedlicher Eindämmung und Kontrolle von Flüssigkeiten und Dämpfen (Kroschwitz 1992; Perry 1984). Wenn offene Filter für Gefahrstoffe verwendet werden, können Arbeiter während des Be- und Entladevorgangs Flüssigkeiten, nassen Feststoffen, Dämpfen und Aerosolen ausgesetzt sein. Geschlossene Prozessanlagen können verwendet werden, um hochgefährliche Materialien zu filtern, Dampfemissionen zu reduzieren und die Exposition von Arbeitern zu verhindern (siehe Abbildung 7). Die Filtration sollte in Bereichen mit Überlaufkontrolle und guter Verdünnung und LEV durchgeführt werden. Flüchtige Lösungsmitteldämpfe können durch Entlüftungen an abgedichteten Prozessanlagen abgeführt und durch Luftemissionsvorrichtungen (z. B. Kondensatoren, Wäscher und Adsorber) kontrolliert werden.

Abbildung 7. Ein Wunderkerzenfilter

Compounding

Beim Compoundieren werden Feststoffe und Flüssigkeiten zu Lösungen, Suspensionen, Sirupen, Salben und Pasten vermischt. Beim Compoundieren hochgefährlicher Materialien werden geschlossene Prozessanlagen und Transfersysteme empfohlen (Kroschwitz 1992; Perry 1984). Puffermittel, Reinigungsmittel und keimtötende Mittel, die Neutralisations-, Reinigungs- und Biozidmittel sind, können für Arbeiter gefährlich sein. Augenspülungen und Notduschen reduzieren Verletzungen, wenn Arbeiter versehentlich mit ätzenden oder reizenden Stoffen in Kontakt kommen. Aufgrund der nassen Oberflächen in Compounding-Bereichen müssen Arbeiter vor elektrischen Gefahren durch Geräte und Versorgungseinrichtungen geschützt werden. Thermische Gefahren gehen von Dampf und heißem Wasser bei Compoundier- und Reinigungstätigkeiten aus. Verletzungen von Arbeitern durch Verbrennungen und Stürze werden durch die Installation von Isolierungen auf heißen Oberflächen und die Aufrechterhaltung trockener, rutschfester Böden verhindert.

Abbildung 8. Ein Hochdampfgranulator

Figur FEHLT

Granulation

Trockene und nasse Feststoffe werden granuliert, um ihre physikalischen Eigenschaften zu ändern. Granulatoren haben unterschiedliche Konstruktionen und Merkmale mit unterschiedlicher Eindämmung und Kontrolle mechanischer Gefahren und luftgetragener Stäube und Dämpfe (Perry 1984; Swarbick und Boylan 1996). Geschlossene Granulatoren können zu Luftregelgeräten entlüftet werden, wodurch die Emissionen von Lösungsmitteldämpfen oder -stäuben an den Arbeitsplatz und in die Atmosphäre reduziert werden (siehe Abbildung 8). Beim Be- und Entladen von Granulatoren treten Bedenken hinsichtlich der Materialhandhabung auf. Mechanische Ausrüstung (z. B. erhöhte Plattformen, Hubtische und Palettenheber) unterstützt Arbeiter bei der Durchführung schwerer manueller Aufgaben. Augenspülungen und Sicherheitsduschen sind erforderlich, wenn Arbeiter versehentlich mit Lösungsmitteln oder reizenden Stäuben in Kontakt kommen.

Abbildung 9. Ein rotierender Vakuumtrockner

Figur FEHLT

Trocknen

Bei vielen pharmazeutischen Herstellungsvorgängen werden wasser- oder lösungsmittelfeuchte Feststoffe getrocknet. Trockner haben unterschiedliche Konstruktionen und Merkmale mit unterschiedlicher Eindämmung und Kontrolle von Dämpfen und Stäuben (siehe Abbildung 9). Entflammbare Lösungsmitteldämpfe und explosive Stäube in der Luft können entflammbare oder explosive Atmosphären erzeugen; Explosionsentlastungsentlüftung ist besonders wichtig bei geschlossenen Trocknern. Verdünnung und LEV reduzieren das Brand- oder Explosionsrisiko und kontrollieren zusätzlich die Exposition der Arbeiter gegenüber Lösungsmitteldämpfen beim Umgang mit nassen Kuchen oder gegenüber Staub in der Luft beim Entladen getrockneter Produkte. Beim Be- und Entladen von Trockensieben, Behältern oder Behältern kann die Handhabung schwerer Materialien erforderlich sein (siehe Abbildung 10). Mechanische Geräte (z. B. Fassheber, Hebebühnen und Arbeitsplattformen) unterstützen diese manuellen Aufgaben. Augenduschen und Sicherheitsduschen sollten sich in der Nähe befinden, falls Arbeiter versehentlich mit Lösungsmitteln und Stäuben in Kontakt kommen.

Abbildung 10. Ein Vakuumregaltrockner

Figur FEHLT

Fräsen

Trockene Feststoffe werden gemahlen, um ihre Partikeleigenschaften zu ändern und rieselfähige Pulver herzustellen. Mühlen haben unterschiedliche Konstruktionen und Merkmale mit unterschiedlicher Eindämmung und Kontrolle mechanischer Gefahren und luftgetragener Stäube (Kroschwitz 1992; Perry 1984). Vor dem Mahlen von Materialien sollten ihre physikalischen Eigenschaften und Gefahren überprüft oder getestet werden. Explosionsverhütungs- und -schutzmaßnahmen umfassen die Installation staubdichter elektrischer Geräte und Versorgungsleitungen, die Erdung und Verbindung von Geräten und Zubehör zur Beseitigung elektrostatischer Funkenbildung, die Installation von Sicherheitsventilen an geschlossenen Mühlen und den Bau von Explosionsschutzplatten in Wänden. Diese Maßnahmen können aufgrund der Explosivität einiger Arznei- und Hilfsstoffe, der hohen Staubbelastung und der mit Mahlvorgängen verbundenen Energien erforderlich sein.

Vermischung

Trockene Feststoffe werden gemischt, um homogene Mischungen herzustellen. Mischer haben unterschiedliche Konstruktionen und Merkmale mit unterschiedlicher Eindämmung und Kontrolle mechanischer Gefahren und luftgetragener Stäube (Kroschwitz 1992; Perry 1984). Arbeitnehmer können beim Be- und Entladen von Mischgeräten Arzneimittelsubstanzen, Hilfsstoffen und Mischungen ausgesetzt werden. LEV mit geflanschten Einlässen reduziert flüchtige Staubemissionen während des Mischens. Bei der Beschickung und Entnahme von Feststoffen aus Mischern kann die Handhabung schwerer Materialien erforderlich sein. Mechanische Ausrüstung (z. B. Arbeitsplattformen, Hebezeuge und Fass- und Palettenheber) reduziert die körperlichen Anforderungen beim Transport schwerer Materialien.

Kompression

Trockene Feststoffe werden komprimiert oder geschlagen, um sie zu verdichten, wodurch ihre Partikeleigenschaften verändert werden. Kompressionsausrüstung hat unterschiedliche Konstruktionen und Merkmale mit unterschiedlicher Eindämmung und Kontrolle mechanischer Gefahren und luftgetragener Stäube (Gennaro 1990; Swarbick und Boylan 1996). Von Kompressionsgeräten können ernsthafte mechanische Gefahren ausgehen, wenn sie unzureichend geschützt sind. Hohe Geräuschpegel können auch durch Kompressions- und Schlagvorgänge erzeugt werden. Das Einschließen von Stoßquellen, das Isolieren von vibrierenden Geräten, das Rotieren von Arbeitern und die Verwendung von Gehörschutzgeräten (z. B. Ohrenschützer und Stöpsel) verringern die Auswirkungen von Lärmbelastungen.

Abbildung 11. Tablettenpresse mit Ladetrichter und Spiralentstauber zur Produktrückgewinnung

Figur FEHLT

Herstellung fester Darreichungsformen

Tabletten und Kapseln sind die häufigsten oralen Darreichungsformen. Komprimierte oder geformte Tabletten enthalten Mischungen von Wirkstoffen und Hilfsstoffen. Diese Tabletten können unbeschichtet oder mit Lösungsmittelmischungen oder wässrigen Lösungen beschichtet sein. Kapseln sind weiche oder harte Gelatinehüllen. Tablettenpressen (siehe Abbildung 11), Tablettenbeschichtungsanlagen und Kapselfüllmaschinen haben unterschiedliche Konstruktionen und Merkmale mit unterschiedlicher Eindämmung und Kontrolle mechanischer Gefahren und luftgetragener Stäube (Cole 1990). Arbeiter können beim Sprühbeschichten von Tabletten Lösungsmitteldämpfen ausgesetzt sein. Moderne Tablettenbeschichtungsanlagen sind sehr zurückhaltend; LEV kann jedoch in älteren offenen Beschichtungspfannen installiert werden, um flüchtige Lösungsmitteldämpfe zu kontrollieren. Tablettenbeschichtungsanlagen können zu Luftemissionsvorrichtungen entlüftet werden, um VOCs aus dem Prozess zu kontrollieren (siehe Abbildung 12). Wann immer möglich, sollten zurückgewonnene Lösungsmittel durch das Verfahren wiederverwendet oder Lösungsmittelgemische für die Tablettenbeschichtung durch wässrige Mischungen ersetzt werden. Moderne Tablettenpressen und Kapselfüllmaschinen sind von ineinandergreifenden Paneelen umschlossen, wodurch die Gefahren durch sich schnell bewegende Teile, hohe Geräuschpegel und Staubemissionen während ihres Betriebs verringert werden. Gehörschutzgeräte können die Lärmbelastung der Arbeiter während des Tablet- und Kapselbetriebs reduzieren.

Abbildung 12. Eine Tablettenbeschichtungsmaschine

Figur FEHLT

Sterile Herstellung

Sterile Produkte werden in pharmazeutischen Produktionsanlagen mit modularem Design (siehe Abbildung 13), sauberen Arbeitsplatz- und Ausrüstungsoberflächen und hocheffizienten, mit Partikelluft (HEPA) gefilterten Belüftungssystemen hergestellt (Cole 1990; Gennaro 1990). Die Prinzipien und Praktiken zur Kontaminationskontrolle bei der Herstellung von sterilen Flüssigkeiten ähneln denen in der Mikroelektronikindustrie. Arbeiter tragen Schutzkleidung, um zu verhindern, dass sie Produkte während steriler Herstellungsvorgänge kontaminieren. Sterile pharmazeutische Technologien zur Kontaminationskontrolle umfassen die Gefriertrocknung von Produkten, die Verwendung von flüssigen Germiziden und sterilisierenden Gasen, die Installation von Laminar-Flow-Belüftung, die Isolierung von Modulen mit unterschiedlichen Luftdrücken und die Aufnahme von Fertigungs- und Abfüllanlagen.

Abbildung 13. Diagramm einer Produktionsanlage für sterile Flüssigkeiten

Chemische Gefahren gehen von toxischen Germiziden (z. B. Formaldehyd und Glutaraldehyd) und sterilisierenden Gasen (z. B. Ethylenoxid) aus. Wo immer möglich, sollten ungefährlichere Mittel ausgewählt werden (z. B. Alkohole, Ammoniumverbindungen). Die Sterilisation von Rohmaterialien und Ausrüstung kann durch Hochdruckdampf oder toxische Gase (dh verdünnte Ethylenoxid-Gasgemische) durchgeführt werden (Swarbick und Boylan 1996). Sterilisationsgefäße können in separaten Bereichen mit entfernten Instrumenten- und Steuersystemen, nicht umgewälzter Luft und LEV zum Absaugen von toxischen Gasemissionen aufgestellt werden. Arbeiter sollten in Standard-Betriebsanweisungen, sicheren Arbeitspraktiken und angemessenen Notfallmaßnahmen geschult werden. Gassterilisationskammern sollten vollständig unter Vakuum evakuiert und mit Luft gespült werden, um flüchtige Emissionen am Arbeitsplatz zu minimieren, bevor sterilisierte Güter entfernt werden. Gasemissionen aus Sterilisationskammern können zu Luftsteuerungsvorrichtungen (z. B. Kohlenstoffadsorption oder Katalysatoren) abgelassen werden, um atmosphärische Emissionen zu reduzieren. Die Überwachung der Arbeitshygiene misst die Exposition von Arbeitern gegenüber chemischen Germiziden und sterilisierenden Gasen und hilft bei der Beurteilung der Angemessenheit von Kontrollmaßnahmen. Zu den Sicherheitsrisiken gehören Hochdruckdampf und heißes Wasser, bewegliche Maschinenteile in Wasch-, Abfüll-, Verschließ- und Verpackungsanlagen, hohe Geräuschpegel und sich wiederholende manuelle Aufgaben.

Reinigungs- und Wartungstätigkeiten

Nicht routinemäßige Aufgaben können beim Reinigen, Reparieren und Warten von Geräten, Versorgungseinrichtungen und Arbeitsplätzen anfallen. Obwohl bei nicht routinemäßigen Aufgaben einzigartige Gefahren auftreten können, treten wiederkehrende Gesundheits- und Sicherheitsbedenken auf. Arbeitsplatz- und Geräteoberflächen können durch gefährliche Materialien und Drogensubstanzen kontaminiert sein und müssen gereinigt werden, bevor ungeschützte Arbeiter Wartungs- oder Instandhaltungsarbeiten durchführen. Die Reinigung erfolgt durch Waschen oder Wischen von Flüssigkeiten und Kehren oder Saugen von Stäuben. Trockenes Kehren und Ausblasen von Feststoffen mit Druckluft werden nicht empfohlen, da sie eine hohe Exposition der Arbeiter gegenüber luftgetragenen Stäuben verursachen. Nasswischen und Staubsaugen reduzieren die Exposition der Arbeiter gegenüber Stäuben während der Reinigungstätigkeiten. Bei der Reinigung gefährlicher Substanzen und hochwirksamer Medikamente können Staubsauger mit HEPA-Filtern erforderlich sein. In Vakuumsystemen für explosive Stäube können explosionsgeschützte Geräte und leitfähige Materialien erforderlich sein. Augenduschen und Notduschen sowie PSA verringern die Auswirkungen eines versehentlichen Kontakts der Arbeitnehmer mit ätzenden und reizenden Reinigungsmitteln und Reinigungsflüssigkeiten.

Gefährliche mechanische, elektrische, pneumatische oder thermische Energie muss möglicherweise freigesetzt oder kontrolliert werden, bevor Geräte und Versorgungseinrichtungen gewartet, repariert oder gewartet werden. Vertragsarbeiter können in pharmazeutischen Betrieben spezielle Produktions- oder Ingenieuraufgaben ohne angemessene Schulung zu Sicherheitsvorkehrungen ausführen. Eine sorgfältige Beaufsichtigung von Vertragsarbeitern ist wichtig, damit sie keine Sicherheitsvorschriften verletzen oder Arbeiten ausführen, die zu Bränden, Explosionen oder anderen ernsthaften Gesundheits- und Sicherheitsrisiken führen. Spezielle Sicherheitsprogramme für Auftragnehmer sind erforderlich, wenn mit hochgefährlichen Materialien (z. B. giftig, reaktiv, brennbar oder explosiv) und Prozessen (z. B. exotherm oder Hochdruck) in Produktionsanlagen für pharmazeutische Massengüter und Dosierungsformen gearbeitet wird.

Verpackung

Pharmazeutische Verpackungsvorgänge werden mit einer Reihe von integrierten Maschinen und sich wiederholenden manuellen Aufgaben durchgeführt (Gennaro 1990; Swarbick und Boylan 1996). Fertige Produkte in Dosierungsform können in viele verschiedene Arten von Behältern verpackt werden (z. B. Plastik- oder Glasflaschen, Folienblisterpackungen, Beutel oder Sachets, Tuben und sterile Fläschchen). Die maschinelle Ausrüstung füllt, verschließt, etikettiert, kartoniert und verpackt die fertigen Produkte in Versandbehälter. Die Nähe der Arbeiter zu Verpackungsanlagen erfordert Barriereschutz an beweglichen Maschinenteilen, zugängliche Steuerschalter und Not-Aus-Kabel sowie Mitarbeiterschulungen zu Maschinengefahren und sicheren Arbeitspraktiken. Die Einhausung und Isolierung von Geräten reduziert Schall- und Vibrationspegel in Verpackungsbereichen. Die Verwendung von Gehörschutzvorrichtungen (z. B. Ohrenschützer und Stöpsel) verringert die Lärmbelastung der Arbeitnehmer. Gutes Industriedesign fördert die Produktivität, den Komfort und die Sicherheit der Mitarbeiter, indem ergonomische Gefahren durch schlechte Körperhaltungen, Materialhandhabung und sich häufig wiederholende Aufgaben angegangen werden.

Laborbetrieb

Laborbetriebe in der pharmazeutischen Industrie sind vielfältig. Sie können biologische, chemische und physikalische Gefahren darstellen, abhängig von den spezifischen Mitteln, Vorgängen, Ausrüstungen und Arbeitspraktiken, die verwendet werden. Es bestehen große Unterschiede zwischen Labors, die wissenschaftliche Forschung und Produkt- und Prozessentwicklung durchführen, und solchen, die Qualitätssicherungs- und Kontrollaktivitäten bewerten (Swarbick und Boylan 1996). Labormitarbeiter können wissenschaftliche Forschungen durchführen, um Arzneimittelsubstanzen zu entdecken, Herstellungsverfahren für Massenchemikalien und Produkte in Dosierungsform zu entwickeln oder Rohmaterialien, Zwischenprodukte und Endprodukte zu analysieren. Laboraktivitäten sollten individuell bewertet werden, obwohl gute Laborpraktiken für viele Situationen gelten (National Research Council 1981). Klar definierte Verantwortlichkeiten, Schulungen und Informationen, sichere Arbeitspraktiken und Kontrollmaßnahmen sowie Notfallpläne sind wichtige Mittel für ein effektives Management von Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsgefahren.

Die Gesundheits- und Sicherheitsrisiken von brennbaren und giftigen Materialien werden reduziert, indem ihre Bestände in Labors minimiert und in separaten Schränken gelagert werden. Laboruntersuchungen und -vorgänge, die Luftverunreinigungen freisetzen können, können zum Schutz der Arbeiter in belüfteten Abzugshauben durchgeführt werden. Biologische Sicherheitshauben sorgen für eine laminare Strömung nach unten und innen und verhindern so die Freisetzung von Mikroorganismen (Gennaro 1990; Swarbick und Boylan 1996). Mitarbeiterschulungen und -informationen beschreiben die Gefahren der Laborarbeit, sichere Arbeitspraktiken und angemessene Notfallmaßnahmen bei Bränden und Verschüttungen. Speisen und Getränke sollten nicht in Laborbereichen verzehrt werden. Die Laborsicherheit wird erhöht, indem Vorgesetzte aufgefordert werden, hochgefährliche Vorgänge zu genehmigen und zu verwalten. Gute Laborpraktiken trennen, behandeln und entsorgen biologische und chemische Abfälle. Physikalische Gefahrenquellen (z. B. Strahlung und elektromagnetische Energiequellen) werden häufig gemäß spezifischen Vorschriften zertifiziert und betrieben.

Allgemeine Gefahren für Gesundheit und Sicherheit

Ergonomie und Materialhandhabung

Die Materialien, die in der pharmazeutischen Industrie transportiert, gelagert, gehandhabt, verarbeitet und verpackt werden, reichen von großen Mengen an Rohstoffen bis hin zu kleinen Verpackungen mit pharmazeutischen Produkten. Rohstoffe für die chemische Massenproduktion werden in Massencontainern (z. B. Tankwagen, Eisenbahnwaggons), Metall- und Faserfässern, verstärktem Papier und Plastiktüten versandt. Die pharmazeutische Produktion verwendet aufgrund des reduzierten Betriebsumfangs geringere Mengen an Rohstoffen. Flurförderzeuge (z. B. Gabelstapler, Palettenheber, Vakuumheber und Fassheber) unterstützen den Materialtransport im Lager- und Produktionsbetrieb. Schwere manuelle Arbeit kann zu ergonomischen Risiken führen, wenn Materialien und Geräte bewegt werden, wenn keine mechanischen Geräte verfügbar sind. Gute Verfahrensweisen in den Bereichen Industrial Engineering und Facility Management reduzieren Verletzungen durch Materialhandhabung, indem sie das Design und die Merkmale der Ausrüstung und des Arbeitsplatzes verbessern und die Größe und das Gewicht von Containern verringern (Cole 1990). Technische Kontrollmaßnahmen (z. B. ergonomisches Design von Werkzeugen, Materialien und Ausrüstung) und Verwaltungspraktiken (z. B. Rotation von Arbeitern, Bereitstellen von Arbeiterschulungen) verringern das Risiko kumulativer Traumaverletzungen während sich stark wiederholender Produktions- und Verpackungsvorgänge.

Maschinenschutz und Steuerung von gefährlicher Energie

Ungeschützte bewegliche Maschinenteile in pharmazeutischen Produktions- und Verpackungsanlagen erzeugen mechanische Gefahren. Freiliegende „Quetsch- und Quetschstellen“ in offenen Anlagen können Arbeiter schwer verletzen. Mechanische Gefahren werden durch die große Anzahl und unterschiedlichen Konstruktionen von Geräten, überfüllte Arbeitsplatzbedingungen und häufige Interaktionen zwischen Arbeitern und Geräten verschärft. Verriegelte Schutzeinrichtungen, Steuerschalter, Not-Aus-Einrichtungen und Bedienerschulungen sind wichtige Mittel zur Reduzierung mechanischer Gefahren. Lose Haare, langärmlige Kleidung, Schmuck oder andere Gegenstände können sich im Gerät verfangen. Routinemäßige Inspektions- und Reparaturaktivitäten identifizieren und kontrollieren mechanische Gefahren während der Produktions- und Verpackungsvorgänge. Gefährliche elektrische, pneumatische und thermische Energie muss freigesetzt oder kontrolliert werden, bevor an aktiven Geräten und Versorgungseinrichtungen gearbeitet wird. Arbeitnehmer werden vor gefährlichen Energiequellen geschützt, indem Lockout/Tagout-Verfahren implementiert werden.

Lärmbelastungen

Hohe Schallpegel können durch Fertigungsanlagen und Betriebsmittel (z. B. Druckluft, Vakuumquellen und Lüftungssysteme) erzeugt werden. Aufgrund der geschlossenen Bauweise von Pharma-Arbeitsplatzmodulen befinden sich die Mitarbeiter bei Herstellungs- und Verpackungsvorgängen oft in der Nähe von Maschinen. Arbeiter beobachten und interagieren mit Produktions- und Verpackungsanlagen und erhöhen dadurch ihre Lärmbelastung. Ingenieurmethoden reduzieren Schallpegel, indem sie Geräuschquellen modifizieren, einschließen und dämpfen. Die Mitarbeiterrotation und die Verwendung von Gehörschutzgeräten (z. B. Ohrenschützer und Stöpsel) verringern die Belastung der Mitarbeiter durch hohe Lärmpegel. Umfassende Programme zum Schutz des Gehörs identifizieren Lärmquellen, reduzieren den Schallpegel am Arbeitsplatz und schulen die Arbeiter in Bezug auf die Gefahren der Lärmbelastung und die ordnungsgemäße Verwendung von Gehörschutzgeräten. Lärmüberwachung und medizinische Überwachung (dh Audiometrie) bewerten die Lärmbelastung der Arbeitnehmer und den daraus resultierenden Hörverlust. Dies hilft, Lärmprobleme zu identifizieren und die Angemessenheit von Korrekturmaßnahmen zu bewerten.

Exposition gegenüber Lösungsmitteldämpfen und potenten Verbindungen

Besondere Bedenken können entstehen, wenn Arbeiter giftigen Lösungsmitteldämpfen und hochwirksamen Arzneimitteln als Staub in der Luft ausgesetzt sind. Arbeitnehmer können während verschiedener Herstellungsvorgänge Lösungsmitteldämpfen und starken Verbindungen ausgesetzt werden, die identifiziert, bewertet und kontrolliert werden müssen, um sicherzustellen, dass die Arbeitnehmer geschützt sind. Technische Kontrollen sind aufgrund ihrer inhärenten Wirksamkeit und Zuverlässigkeit das bevorzugte Mittel zur Kontrolle dieser Expositionen (Cole 1990; Naumann et al. 1996). Geschlossene Prozessausrüstung und Materialhandhabungssysteme verhindern die Exposition der Arbeiter, während LEV und PSA diese Maßnahmen ergänzen. Zur Kontrolle hochgiftiger Lösungsmittel (z. B. Benzol, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ketone) und starker Verbindungen ist eine verstärkte Eindämmung von Anlagen und Prozessen erforderlich. Überdruck-Atemschutzgeräte (z. B. Druckluftreiniger und Druckluft) und PSA sind erforderlich, wenn hochgiftige Lösungsmittel und hochwirksame Verbindungen gehandhabt und verarbeitet werden. Besondere Bedenken ergeben sich aus Vorgängen, bei denen große Mengen an Lösungsmitteldämpfen (z. B. Compoundieren, Granulieren und Tablettenbeschichten) und Stäube (z. B. Trocknen, Mahlen und Mischen) erzeugt werden. Umkleide- und Duschräume, Dekontaminationspraktiken und gute Hygienepraktiken (z. B. Waschen und Duschen) sind erforderlich, um die Auswirkungen der Exposition von Arbeitnehmern innerhalb und außerhalb des Arbeitsplatzes zu verhindern oder zu minimieren.

Prozesssicherheitsmanagement

Prozesssicherheitsprogramme werden in der pharmazeutischen Industrie aufgrund der komplexen Chemie, der gefährlichen Materialien und der Betriebsabläufe bei der Herstellung von Massenchemikalien implementiert (Crowl und Louvar 1990). Hochgefährliche Materialien und Verfahren können in mehrstufigen organischen Synthesereaktionen eingesetzt werden, um die gewünschte Arzneimittelsubstanz herzustellen. Die Thermodynamik und Kinetik dieser chemischen Reaktionen muss bewertet werden, da sie hochgiftige und reaktive Materialien, Tränenflussmittel und brennbare oder explosive Verbindungen beinhalten können.

Das Prozesssicherheitsmanagement umfasst die Durchführung physikalischer Gefahrentests von Materialien und Reaktionen, die Durchführung von Gefahrenanalysestudien zur Überprüfung der Prozesschemie und der technischen Praktiken, die Untersuchung der vorbeugenden Wartung und der mechanischen Integrität der Prozessausrüstung und -versorgung, die Durchführung von Arbeiterschulungen und die Entwicklung von Betriebsanweisungen und Notfallmaßnahmen . Zu den besonderen technischen Merkmalen für die Prozesssicherheit gehören die Auswahl geeigneter druckfester Behälter, die Installation von Absperr- und Unterdrückungssystemen und die Bereitstellung von Druckentlastungsentlüftungen mit Auffangbehältern. Prozesssicherheitsmanagement-Praktiken sind in der pharmazeutischen und chemischen Industrie bei der Herstellung von Massenpharmazeutika als organische Spezialchemikalien ähnlich (Crowl und Louvar 1990; Kroschwitz 1992).

Umweltprobleme

Die verschiedenen pharmazeutischen Herstellungsverfahren haben jeweils ihre eigenen Umweltprobleme, wie unten diskutiert.

Fermentation

Die Fermentation erzeugt große Mengen an festem Abfall, der Mycelien und verbrauchte Filterkuchen enthält (EPA 1995; Theodore und McGuinn 1992). Filterkuchen enthalten Mycelien, Filtermedien und geringe Mengen an Nährstoffen, Zwischen- und Restprodukten. Diese festen Abfälle sind typischerweise ungefährlich, können jedoch abhängig von der spezifischen Chemie des Fermentationsprozesses Lösungsmittel und geringe Mengen an Restchemikalien enthalten. Umweltprobleme können entstehen, wenn Fermentationschargen mit einem viralen Phagen infiziert werden, der die Mikroorganismen im Fermentationsprozess angreift. Obwohl Phageninfektionen selten sind, verursachen sie ein erhebliches Umweltproblem, indem sie große Mengen an Abfallbrühe erzeugen.

Verbrauchte Fermentationsbrühe enthält Zucker, Stärke, Proteine, Stickstoff, Phosphate und andere Nährstoffe mit hohem biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB), chemischem Sauerstoffbedarf (CSB) und Gesamtschwebstoffen (TSS) mit pH-Werten im Bereich von 4 bis 8. Fermentationsbrühen können durch mikrobiologische Abwassersysteme behandelt werden, nachdem das Abwasser ausgeglichen wurde, um den stabilen Betrieb des Behandlungssystems zu fördern. Dampf und kleine Mengen Industriechemikalien (z. B. Phenole, Reinigungs- und Desinfektionsmittel) halten die Sterilität der Geräte und Produkte während der Fermentation aufrecht. Große Mengen an feuchter Luft werden aus Fermentern abgelassen, die Kohlendioxid und Gerüche enthalten, die behandelt werden können, bevor sie an die Atmosphäre abgegeben werden.

Organische Synthese

Abfälle aus der chemischen Synthese sind aufgrund der Vielfalt gefährlicher Materialien, Reaktionen und Grundoperationen komplex (Kroschwitz 1992; Theodore und McGuinn 1992). Organische Syntheseverfahren können Säuren, Basen, wässrige oder Lösungsmittellaugen, Cyanide und Metallabfälle in flüssiger oder Aufschlämmungsform erzeugen. Feste Abfälle können Filterkuchen enthalten, die anorganische Salze, organische Nebenprodukte und Metallkomplexe enthalten. Abfalllösungsmittel in der organischen Synthese werden normalerweise durch Destillation und Extraktion zurückgewonnen. Dadurch können die Lösungsmittel in anderen Prozessen wiederverwendet und die Menge an zu entsorgenden flüssigen Sonderabfällen reduziert werden. Rückstände aus der Destillation (noch Böden) müssen behandelt werden, bevor sie entsorgt werden. Typische Behandlungssysteme umfassen das Dampfstrippen zum Entfernen von Lösungsmitteln, gefolgt von einer mikrobiologischen Behandlung anderer organischer Substanzen. Emissionen flüchtiger organischer und gefährlicher Substanzen während organischer Synthesevorgänge sollten durch Luftreinhaltungsvorrichtungen (z. B. Kondensatoren, Wäscher, Venturi-Impinger) kontrolliert werden.

Abwasser aus Synthesevorgängen kann wässrige Laugen, Waschwasser, Abwässer aus Pumpen, Wäschern und Kühlsystemen sowie flüchtige Lecks und Verschüttungen enthalten (EPA 1995). Dieses Abwasser kann viele organische und anorganische Substanzen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, Toxizität und biologischer Abbaubarkeit enthalten. Spuren von Rohmaterialien, Lösungsmitteln und Nebenprodukten können in wässrigen Mutterlaugen aus Kristallisationen und Waschschichten aus Extraktionen und Gerätereinigung vorhanden sein. Diese Abwässer sind reich an BSB, CSB und TSS, mit unterschiedlichem Säure- oder Alkaligehalt und pH-Werten im Bereich von 1 bis 11.

Biologische und natürliche Extraktion

Verbrauchte Rohstoffe und Lösungsmittel, Waschwasser und Verschüttungen sind die Hauptquellen für feste und flüssige Abfälle (Theodore und McGuinn 1992). In diesen Abfallströmen können organische und anorganische Chemikalien als Rückstände vorhanden sein. Üblicherweise haben Abwässer einen niedrigen BSB, CSB und TSS, mit relativ neutralen pH-Werten im Bereich von 6 bis 8.

Pharmazeutische Herstellung von Darreichungsformen

Die pharmazeutische Herstellung von Produkten in Dosierungsform erzeugt feste und flüssige Abfälle während der Reinigung und Sterilisation sowie durch Lecks und Verschüttungen und zurückgewiesene Produkte (Theodore und McGuinn 1992). Trocknungs-, Mahl- und Mischvorgänge erzeugen atmosphärische und flüchtige Staubemissionen. Diese Emissionen können kontrolliert und zur Herstellung von Produkten in Dosierungsform zurückgeführt werden; Dies kann jedoch durch Qualitätskontrollpraktiken verhindert werden, wenn andere Rückstände vorhanden sind. Wenn Lösungsmittel während der Nassgranulierung, Compoundierung und Tablettenbeschichtung verwendet werden, können VOCs und gefährliche Luftschadstoffe als Prozess- oder flüchtige Emissionen in die Atmosphäre oder am Arbeitsplatz freigesetzt werden. Abwässer können anorganische Salze, Zucker, Sirupe und Spuren von Arzneimittelsubstanzen enthalten. Diese Abwässer haben normalerweise niedrige BSB-, CSB- und TSS-Werte bei neutralen pH-Werten. Einige Antiparasitika oder Antiinfektiva für Menschen und Tiere können für Wasserorganismen toxisch sein und erfordern eine besondere Behandlung flüssiger Abfälle.

Vermeidung von Umweltverschmutzung

Abfallminimierung und Vermeidung von Umweltverschmutzung

Gute technische und administrative Praktiken minimieren die Umweltauswirkungen der Massenproduktion von Chemikalien und der pharmazeutischen Herstellung. Zur Vermeidung von Umweltverschmutzung werden Verfahren und Ausrüstung modifiziert, Materialien recycelt und wiedergewonnen und gute Haushaltsführungs- und Betriebspraktiken aufrechterhalten (Theodore und McGuinn 1992). Diese Aktivitäten verbessern das Management von Umweltproblemen sowie die Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer.

Prozessänderungen

Prozesse können modifiziert werden, um Produkte neu zu formulieren, indem Materialien verwendet werden, die weniger gefährlich oder langlebig sind, oder Herstellungsverfahren geändert werden, um Luftemissionen, flüssige Abwässer und feste Abfälle zu reduzieren. Es ist sinnvoll, die Menge und Toxizität von Abfällen zu reduzieren, da dies die Effizienz von Herstellungsprozessen verbessert und die Kosten und Auswirkungen der Abfallentsorgung reduziert. Staatliche Arzneimittelzulassungsvorschriften können die Fähigkeit von pharmazeutischen Herstellern einschränken, gefährliche Materialien, Herstellungsverfahren, Ausrüstung und Einrichtungen zu ändern (Spilker 1994). Arzneimittelhersteller müssen die Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsauswirkungen der Auswahl gefährlicher Materialien und der Gestaltung des Herstellungsprozesses in einem frühen Stadium vorhersehen. Es wird immer schwieriger, Änderungen in den späteren Phasen der Arzneimittelentwicklung und der behördlichen Zulassung ohne erheblichen Zeit- und Kostenverlust vorzunehmen.

Es ist sehr wünschenswert, Herstellungsverfahren mit weniger gefährlichen Lösungsmitteln zu entwickeln. Ethylacetat, Alkohole und Aceton sind hochgiftigen Lösungsmitteln wie Benzol, Chloroform und Trichlorethylen vorzuziehen. Einige Materialien sollten nach Möglichkeit aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften, Ökotoxizität oder Persistenz in der Umwelt vermieden werden (z. B. Schwermetalle, Methylenchlorid) (Crowl und Louvar 1990). Der Ersatz von Lösungsmitteln durch wässrige Waschlösungen während der Filtration in der Massenproduktion von Chemikalien reduziert flüssige Abfälle und Dampfemissionen. Auch das Ersetzen wässriger Lösungen auf Lösungsmittelbasis während der Tablettenbeschichtung verringert Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsbedenken. Die Vermeidung von Umweltverschmutzung wird durch die Verbesserung und Automatisierung der Prozessausrüstung sowie durch die Durchführung von routinemäßiger Kalibrierung, Wartung und vorbeugender Wartung gefördert. Die Optimierung organischer Synthesereaktionen erhöht die Produktausbeute und verringert häufig die Erzeugung von Abfällen. Falsche oder ineffiziente Temperatur-, Druck- und Materialkontrollsysteme verursachen ineffiziente chemische Reaktionen und erzeugen zusätzliche gasförmige, flüssige und feste Abfälle.

Im Folgenden finden Sie Beispiele für Prozessmodifikationen in der pharmazeutischen Massenproduktion (Theodore und McGuinn 1992):

• Minimieren Sie die Mengen an verwendeten gefährlichen Materialien und wählen Sie Materialien aus, deren Abfälle kontrolliert, wiedergewonnen und recycelt werden können, wann immer dies möglich ist.
• Entwickeln und installieren Sie Systeme zum Recycling von Rohstoffen (z. B. Lösungsmittel), Zwischenprodukten, Abfällen und Gebrauchsmaterialien (z. B. Kühlwasser, Wärmeträgerflüssigkeiten, Schmiermittel, Dampfkondensat).
• Untersuchen Sie Reaktanten, Lösungsmittel und Katalysatoren, um die Effizienz chemischer Reaktionen zu optimieren.
• Ändern Sie das Design und die Merkmale der Verarbeitungsausrüstung, um Umweltverschmutzung und Abfälle zu minimieren.
• Verbessern Sie Prozesse zur Maximierung der Produktausbeute und der gewünschten Eigenschaften, indem Sie zusätzliche Verarbeitung (z. B. Umkristallisation, Trocknung und Mahlen) eliminieren.
• Erwägen Sie die Verwendung von Mehrzweckgeräten (z. B. Reaktoren, Filter und Trockner), um Verschmutzung und Abfall während des Transfers, der Reinigung und zusätzlicher Prozessschritte zu reduzieren.
• Verwenden Sie geeignete Instrumente, automatisierte Kontrollsysteme und Computerprogramme, um die Effizienz von Prozessen zu maximieren und Umweltverschmutzung und Abfälle zu reduzieren.

 

Ressourcenrückgewinnung und Recycling

Die Ressourcenrückgewinnung verwendet Abfallprodukte und gewinnt Materialien während der Verarbeitung zurück, indem Abfallverunreinigungen von gewünschten Materialien getrennt werden. Feste Abfälle aus der Fermentation (z. B. Mycelien) können Tierfutter als Nahrungsergänzung oder als Bodenverbesserer und Düngemittel zugesetzt werden. Anorganische Salze können aus chemischen Flüssigkeiten wiedergewonnen werden, die während organischer Synthesevorgänge erzeugt werden. Verbrauchte Lösungsmittel werden häufig durch Trennung und Destillation recycelt. Luftemissionskontrollgeräte (z. B. Kondensatoren, Kompressions- und Kühlgeräte) reduzieren die Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen in die Atmosphäre erheblich (EPA 1993). Diese Geräte fangen Lösungsmitteldämpfe durch Kondensation auf und ermöglichen die Wiederverwendung von Lösungsmitteln als Rohstoffe oder zum Reinigen von Behältern und Geräten. Wäscher neutralisieren oder absorbieren saure, ätzende und lösliche Gase und Dämpfe und leiten ihre Abwässer an Abfallbehandlungssysteme ab.

Wiederverwertete Lösungsmittel können als Medien zur Durchführung von Reaktionen und Extraktionen sowie Reinigungsvorgängen wiederverwendet werden. Verschiedenartige Lösungsmittel sollten nicht gemischt werden, da dies die Wiederverwertbarkeit verringert. Einige Lösungsmittel sollten während der Verarbeitung getrennt werden (z. B. chlorierte und nicht chlorierte, aliphatische und aromatische, wässrige und brennbare Lösungsmittel). Gelöste und suspendierte Feststoffe werden extrahiert oder von den Lösungsmitteln abgetrennt, bevor die Lösungsmittel zurückgewonnen werden. Laboranalysen identifizieren die Zusammensetzung und Eigenschaften von Abfalllösungsmitteln und recycelten Rohstoffen. Viele neue Abfallvermeidungs- und Kontrolltechnologien werden für feste, flüssige und gasförmige Abfälle entwickelt.

Allgemeine Haushalts- und Betriebspraktiken

Schriftliche Arbeitsanweisungen, Anweisungen zur Materialhandhabung und Abfallmanagementpraktiken reduzieren die Erzeugung und verbessern die Behandlung von Abfällen (Theodore und McGuinn 1992). Gute Betriebs- und Ordnungspraktiken legen spezifische Verantwortlichkeiten für die Erzeugung, Handhabung und Behandlung von Abfällen fest. Die Schulung und Beaufsichtigung des Betriebspersonals erhöht dessen Fähigkeit, effiziente Produktions- und Abfallmanagementvorgänge zu verbessern und aufrechtzuerhalten. Arbeiter sollten über die Gefahren der Abfallbewirtschaftungspraktiken und die richtigen Mittel zur Reaktion auf verschüttete Flüssigkeiten, Lecks und flüchtige Emissionen geschult werden. Die Arbeiterschulung sollte sich mit der Materialhandhabung, der Reinigung oder Neutralisierung von Abfällen und dem Tragen von Atemschutzgeräten und PSA befassen. Verschüttungs- und Leckerkennungsgeräte verhindern Umweltverschmutzung, indem sie Produktionsanlagen und Versorgungseinrichtungen routinemäßig überwachen und flüchtige Emissionen und Lecks identifizieren und kontrollieren. Diese Aktivitäten können erfolgreich in vorbeugende Wartungspraktiken integriert werden, um Geräte zu reinigen, zu kalibrieren, auszutauschen und zu reparieren, die Verschmutzung verursachen.

Schriftliche Anweisungen, die normale Betriebsverfahren sowie Anfahr-, Abschalt- und Notfallverfahren beschreiben, verhindern Umweltverschmutzung und verringern Risiken für die Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer. Eine sorgfältige Verwaltung der Materialbestände verringert den übermäßigen Einkauf von Rohstoffen und die Erzeugung von Abfällen. Computersysteme können die effektive Verwaltung des Anlagenbetriebs, der Wartungspraktiken und der Materialbestände unterstützen. Automatische Wäge-, Überwachungs- und Alarmsysteme können installiert werden, um die Verwaltung von Materialien und Ausrüstung (z. B. Lagertanks, Prozessausrüstung und Abfallbehandlungssysteme) zu verbessern. Moderne Instrumenten- und Steuerungssysteme steigern häufig die Produktivität des Betriebs, indem sie Umweltverschmutzung sowie Gesundheits- und Sicherheitsrisiken reduzieren. Umfassende Programme zur Vermeidung von Umweltverschmutzung untersuchen alle in einer Anlage erzeugten Abfälle und prüfen die Möglichkeiten, sie zu beseitigen, zu reduzieren oder zu behandeln. Umweltprüfungen untersuchen die Stärken und Schwächen von Programmen zur Vermeidung von Umweltverschmutzung und zur Abfallbewirtschaftung, um deren Leistung zu optimieren.

 

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