正丁烷法制順酐的安全設(shè)計

廖順燕

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

1　順酐的主要生產(chǎn)工藝

1.1生產(chǎn)工藝技術(shù)對比

1.1.1原料路線

由于正丁烯氧化法已被淘汰，苯酐副產(chǎn)的方法也已不再發(fā)展，因此順酐生產(chǎn)主要采用正丁烷氧化法和苯氧化法兩種。目前國外主要采用正丁烷氧化法，國內(nèi)以苯法為主。從原料路線上看，正丁烷法制順酐工藝資源利用方面比苯法合理，環(huán)境污染程度比苯法輕且容易達標(biāo)處理。在苯的價格逐年上漲的情況下，正丁烷法的優(yōu)勢凸顯出來。

1.1.2工藝技術(shù)

順酐生產(chǎn)工藝技術(shù)主要為氧化反應(yīng)部分和后處理回收部分，其中氧化反應(yīng)部分分為固定床和流化床，后處理回收部分分為水吸收法和溶劑吸收法。

氧化反應(yīng)部分：從投資方面來看，固定床和流化床的投資相差無幾。而在工藝技術(shù)方面，兩種工藝有各自的優(yōu)勢與缺點：如流化床比固定床生產(chǎn)順酐的收率低，催化劑的磨損耗費和飛散問題比固定床嚴(yán)重；而固定床進料濃度受爆炸極限范圍的限制，同時要求原料混合氣必須混合充分，對反應(yīng)熱量的移出控制比較嚴(yán)格等。國內(nèi)在固定床反應(yīng)器設(shè)計方面已經(jīng)相當(dāng)成熟，國產(chǎn)反應(yīng)器技術(shù)水平已經(jīng)達到了國際先進水平。

后處理回收部分：比較水吸收法和溶劑吸收法可以看出，水吸收法具有流程短、操作簡單等優(yōu)點。但缺點是在吸收及脫水操作中，溫度控制不當(dāng)會形成富馬酸雜質(zhì)，富馬酸在設(shè)備中會逐漸積累造成堵塞，并且間歇操作蒸汽不易平衡。溶劑吸收法的主要優(yōu)點是操作連續(xù)穩(wěn)定，吸收率比水吸收法高出4～6個百分點。此外，因無需脫水操作，精餾操作耗汽量大大減少，裝置可輸出更多的蒸汽供界外使用。

1.2生產(chǎn)工藝流程簡述

結(jié)合本人參與的順酐生產(chǎn)項目，現(xiàn)將正丁烷固定床溶劑吸收制順酐的的生產(chǎn)工藝簡述如下：

1.2.1基本化學(xué)反應(yīng)

用空氣與正丁烷進行部分氧化生成順酐,主要化學(xué)反應(yīng)式如下：

主要副反應(yīng)是正丁烷燃燒反應(yīng)：

1.2.2工藝流程簡述

過熱的正丁烷氣與空氣混合成一定濃度的反應(yīng)氣體進入固定床反應(yīng)器中，在催化劑的作用下進行氧化反應(yīng)，反應(yīng)過程中加入助催化劑。反應(yīng)熱通過熔鹽移出，反應(yīng)后的熱反應(yīng)氣體經(jīng)冷卻器管程冷卻之后送至吸收工序，冷卻器殼程中的鍋爐水被加熱并部分汽化，和熔鹽冷卻器中產(chǎn)生的蒸汽在蒸汽包中分離出來或過熱后供裝置內(nèi)蒸汽透平機及其它用戶做為熱源使用。

從冷卻器排出的順酐生成氣進入吸收塔，順酐被貧溶劑吸收出來形成富溶劑，吸收塔頂排出的尾氣送到尾氣處理系統(tǒng)，吸收后的富溶劑經(jīng)預(yù)熱進入解析塔。順酐通過真空蒸餾從富溶劑中解析出來，解析塔底部解析后的貧溶劑經(jīng)與解析塔進料換熱后返回吸收塔。解析塔頂部導(dǎo)出的粗順酐氣體經(jīng)冷凝后進入到精制部分，除去粗順酐中輕、重組分，得到順酐成品。最后，經(jīng)冷卻后的液態(tài)順酐在結(jié)片機轉(zhuǎn)鼓表面被轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的冷水冷卻結(jié)晶并被刮刀切下，片狀順酐經(jīng)擠球機擠成球狀順酐，由重力至定量包裝機中稱重包裝。

2　順酐生產(chǎn)的危險危害性分析

2.1主要危險有害物質(zhì)分析

正丁烷法制順酐生產(chǎn)過程中，主要涉及到的危險有害物質(zhì)是：正丁烷、順酐、熔鹽（硝酸鉀、亞硝酸鈉混合物）、DIBP（六氫化鄰苯二甲酸二異丁酯）、一氧化碳、氮氣等。

2.2危險工藝及重大危險源分析

根據(jù)《國家安監(jiān)總局公布首批監(jiān)管的危險工藝的通知》（安監(jiān)總管[2009]號）規(guī)定的危險化工工藝目錄，氧化工藝屬于危險化工工藝。

根據(jù)GB18218-2009《危險化學(xué)品重大危險源辨識》，生產(chǎn)裝置及儲罐區(qū)儲存危險化學(xué)品的臨界量為：正丁烷的臨界量為50t，熔鹽的臨界量為200t。

2.3工藝過程危險因素分析

正丁烷法制順酐生產(chǎn)過程中存在的危險因素有火災(zāi)、爆炸、機械傷害、高處墜落、灼燙等。主要有害因素有中毒、灼傷、噪聲等。主要設(shè)備危險因素有球罐、反應(yīng)器等泄漏發(fā)生火災(zāi)爆炸。在儲存與運輸過程中存在的主要危險因素有火災(zāi)、爆炸、車輛傷害等。

火災(zāi)、爆炸危害：順酐生產(chǎn)的工藝采用正丁烷法，正丁烷屬易燃易爆危險物品，其蒸汽比空氣重，可傳播一定距離。順酐具有粉塵爆炸危險，但由于順酐的閃點、自然點較高，如果無火源一般不宜發(fā)生火災(zāi)事故。根據(jù)順酐的生產(chǎn)特點，在生產(chǎn)、操作過程中，有些部位存在爆炸危險。如：順酐氧化反應(yīng)進料正丁烷濃度超高容易發(fā)生爆炸危險；脫鹽水中的鉀、鈉離子超標(biāo)，易在一定溫度條件下使順酐發(fā)生分解，發(fā)生爆炸危險；另外設(shè)備、管道的泄漏以及操作不當(dāng)都存在著一定的危險性。

機械傷害及高處墜落的危險：生產(chǎn)裝置的轉(zhuǎn)動部分如防護設(shè)備不當(dāng)或受損，有傷及人員的危險；本項目中的許多設(shè)備體積大、高度高，在生產(chǎn)操作過程中及巡查、檢修時，如防護措施不力或操作失誤，有發(fā)生人員及物體從高處墜落的危險。

高溫灼燙：生產(chǎn)裝置中有一些高溫設(shè)備，如正丁烷與空氣在反應(yīng)器中發(fā)生高溫放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度通常在440～470℃。高溫源產(chǎn)生的熱輻射對人體會造成灼傷，人員不慎直接觸及高溫設(shè)備、管線及物料會造成燙傷。

噪聲危害：本項目的一些設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生一定的的噪聲，如鼓風(fēng)機房、大功率機泵、排放氣（汽）體出口等，工作人員長期在高噪聲環(huán)境中作業(yè)，身心健康會受到不同程度的傷害，甚至引發(fā)事故。

窒息：本項目使用大量的密閉容器如反應(yīng)器、儲罐等，維修人員在進行維修時，若未清洗置換或容器內(nèi)殘留有毒蒸汽、氮氣等，氧含量不符合要求，未采取安全措施都可能造成中毒窒息。

腐蝕：本項目中反應(yīng)生成的氣態(tài)順酐吸潮或遇水形成順?biāo)?，順?biāo)峋哂幸欢ǖ母g性，一旦發(fā)生泄漏會腐蝕作業(yè)環(huán)境，不僅給操作現(xiàn)場造成污染，而且增加了化學(xué)灼傷事故發(fā)生的可能性。

3　順酐生產(chǎn)中采用的安全設(shè)計[3]

雖然裝置本身存在著易燃、易爆的危險性，但通過采取的各項措施，操作人員的足夠重視，企業(yè)的健全管理，可以有效地防止事故的發(fā)生。根據(jù)生產(chǎn)要求及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，設(shè)計中采取了如下安全措施：

3.1工藝裝置采用露天化布置，各建(構(gòu))筑物間距滿足防火規(guī)范的要求。如生產(chǎn)裝置中氧化單元為甲A類生產(chǎn)，溶劑吸收單元為乙A類生產(chǎn)；儲運裝置中球罐區(qū)、球罐區(qū)泵棚及裝卸站臺為甲A類罐區(qū)等。

3.2本裝置采用DCS控制系統(tǒng)，工藝過程設(shè)置緊急停車聯(lián)鎖系統(tǒng)。在工藝流程中設(shè)置多個超標(biāo)報警信號，并將其引至控制室，便于操作人員及時了解生產(chǎn)運行情況。部分重要的安全聯(lián)鎖，涉及到生產(chǎn)過程、操作人員的安全，采用獨立于過程控制系統(tǒng)的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。

3.3主要設(shè)備、管道如反應(yīng)器、蒸汽包等設(shè)安全泄壓裝置（如安全閥、爆破片等），防止設(shè)備超壓。輸送易燃、易爆、有毒介質(zhì)的管道、閥門、法蘭及泵類按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范的要求進行選型，防止超壓、泄漏。

3.4在必要的崗位設(shè)置可燃?xì)怏w報警器，設(shè)備、工藝管道做好靜電接地，必要的設(shè)備加氮封及氮氣吹掃，在有粉塵和有毒害氣體的部位設(shè)吸風(fēng)、排風(fēng)裝置。

3.5爆炸危險場所內(nèi)的所有金屬設(shè)備及管道均做防靜電保護、接地，并對可能產(chǎn)生的靜電危害的非金屬設(shè)備做防靜電保護處理。

3.6工程的應(yīng)急照明、火災(zāi)報警控制系統(tǒng)及工藝控制系統(tǒng)為一級負(fù)荷，工藝生產(chǎn)設(shè)備中熔鹽泵為二級負(fù)荷，其他用電設(shè)備均為三級負(fù)荷。

4　順酐生產(chǎn)的設(shè)計體會

由于本設(shè)計生產(chǎn)的介質(zhì)均為易燃、易爆、有毒介質(zhì)，現(xiàn)總結(jié)幾點設(shè)計中需特殊注意的問題。

4.1進、出裝置的可燃?xì)怏w、液化烴和可燃液體的管道，在裝置的邊界處應(yīng)設(shè)設(shè)隔斷閥和8字盲板[4]。正丁烷管道流速可取0.8～1.4m/s，不應(yīng)超過3m/s。

4.2正丁烷球罐區(qū)及順酐生產(chǎn)裝置的VCE爆炸安全防護距離可采用《項目設(shè)立安全評價報告》實際計算結(jié)果，若辦公樓（室）、控制室等工廠人員集中場所至VCE爆炸危險源的距離小于最小安全防護距離，則辦公樓（室）、控制室等工廠人員集中場所需進行抗爆設(shè)計。

4.3生產(chǎn)裝置區(qū)內(nèi)有腐蝕性介質(zhì)的儲罐、機泵周圍做防腐地面、防滲漏層，有毒有害介質(zhì)、腐蝕性介質(zhì)貯罐設(shè)氮封系統(tǒng)。

4.4經(jīng)常和定期檢查可燃?xì)怏w報警器和事故通風(fēng)設(shè)施，使其隨時處于正常狀態(tài)。在氧化單元、溶劑吸收單元和順酐結(jié)片車間等設(shè)有帶有噴淋和洗眼（沖洗臉部灼傷面）沖淋洗眼器，非工作狀態(tài)下，裝置內(nèi)的水能自動排空，無滯留。

4.5生產(chǎn)和使用有毒有害介質(zhì)，必須就近配備必要的急救藥品和現(xiàn)場救援器材、設(shè)備，應(yīng)急救援人員，并制定職業(yè)中毒事故應(yīng)急救援預(yù)案，以應(yīng)對突發(fā)事件。企業(yè)應(yīng)每年至少組織進行1次綜合應(yīng)急預(yù)案或者專項應(yīng)急預(yù)案的演練，危險性較大的崗位，定期組織現(xiàn)場處置方案演練。