氯化鐵生產(chǎn)爆炸事故原因分析及對(duì)策

高紹國

（中鹽安徽紅四方股份有限公司，合肥 230011）

氯化鐵生產(chǎn)爆炸事故原因分析及對(duì)策

高紹國

（中鹽安徽紅四方股份有限公司，合肥 230011）

從生產(chǎn)工藝、反應(yīng)機(jī)理角度分析了氯化鐵生產(chǎn)中氯化爐發(fā)生爆炸的原因，即氯化鐵生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓失控，大量的氣相氯化鐵聚集于氯化爐內(nèi)，在高溫的作用下發(fā)生分解反應(yīng)，分解反應(yīng)達(dá)到平衡后，在過量氯氣的條件下，合成反應(yīng)產(chǎn)生的能量積聚導(dǎo)致爆炸。提出了改進(jìn)措施，即改變測(cè)壓點(diǎn)的位置選擇、增加電動(dòng)蝶閥安全聯(lián)鎖、設(shè)置氯氣切斷閥并與生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓進(jìn)行安全聯(lián)鎖、加設(shè)防護(hù)罩收集事故氣，以及加強(qiáng)培訓(xùn)提高操作人員責(zé)任心。實(shí)施后效果明顯，杜絕了氯化爐爆炸事故的發(fā)生。

氯化鐵；爆炸；原因分析；建議

氯化鐵是一種基本化工原料，廣泛用于飲水和廢水的處理劑、染料工業(yè)的氧化劑和媒染劑、有機(jī)合成的催化劑和氧化劑等[1]。目前國內(nèi)固體氯化鐵的生產(chǎn)均采用鐵屑與氯氣在高溫下直接反應(yīng)的工藝，為了提高產(chǎn)品的氯化鐵含量，反應(yīng)過程中采取氯氣過量的方法，促進(jìn)氯化亞鐵和氯氣轉(zhuǎn)化為氯化鐵，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)失控現(xiàn)象，氯化爐內(nèi)發(fā)生爆炸，導(dǎo)致氯氣外泄事故。安徽氯堿等企業(yè)在近年大多發(fā)生過氯化爐爆炸事故，影響了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)生產(chǎn)、生活，造成一定的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境損失。

隨著國家對(duì)環(huán)保的越來越重視，因氯氣外泄而導(dǎo)致的環(huán)境污染事故已成為制約氯化鐵生產(chǎn)的主要因素。本文對(duì)氯化爐內(nèi)氯化鐵分解爆炸的原因進(jìn)行分析，提出應(yīng)對(duì)措施建議，為氯化鐵生產(chǎn)管理提供參考。

1 工藝流程

氯化鐵生產(chǎn)的工藝流程圖見圖1。

將鐵屑從氯化爐頂部投入爐內(nèi)，氯氣從氯化爐底部4根進(jìn)氯管通入，鐵屑與氯氣在高溫下進(jìn)行氯化反應(yīng)。根據(jù)鐵屑投入量及氯化爐出口溫度的變化情況調(diào)節(jié)氯氣流量，控制氯化反應(yīng)速度。反應(yīng)放出的熱量除維持反應(yīng)所必需的溫度外，多余的熱量由氯化爐夾套中流動(dòng)的冷卻水帶走，鐵屑經(jīng)氯化后即生成氯化鐵并升華。

氣相氯化鐵經(jīng)氯化爐與捕集器的人字形連接管，被依次抽入2個(gè)串聯(lián)的捕集器內(nèi)，由捕集器夾套內(nèi)流動(dòng)的冷卻水間接冷卻凝華為固體氯化鐵，經(jīng)人工搗料和機(jī)械攪拌，進(jìn)入貯料斗中自然冷卻，再通過螺旋輸送機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品包裝。

少量未被凝華的氯化鐵、未反應(yīng)的氯氣及不凝性氣體，經(jīng)過第2個(gè)捕集器上方的出口，依次進(jìn)入二級(jí)串聯(lián)的尾氣吸收塔，用不同含量的氯化亞鐵水溶液進(jìn)行噴淋，回收尾氣中所含氣相氯化鐵和氯氣，形成副產(chǎn)品液體氯化鐵。不能被吸收的其他惰性氣體，由鼓風(fēng)機(jī)抽出經(jīng)排氣筒排空。

為防止生產(chǎn)過程中氯氣及含氯廢氣外泄，工藝要求生產(chǎn)系統(tǒng)處于微負(fù)壓狀態(tài)。

2 爆炸原因分析

2.1 反應(yīng)機(jī)理

安徽某氯堿廠曾于2009年10月23日發(fā)生氯化爐內(nèi)爆炸事故，氯化爐口四周的爆炸濺出物均為灰白色粉狀物。經(jīng)取樣分析，爆炸濺出物氯化鐵和氯化亞鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為11.67%和35.0%。按生產(chǎn)工藝在氯化爐條件下應(yīng)生成氯化鐵而不是氯化亞鐵，而此時(shí)氯化亞鐵的含量明顯大于氯化鐵的含量，初步判定為氯化鐵分解所致，方程式如下[2]：

2FeCl3→ 2FeCl2+Cl2。

為了解溫度對(duì)氯化鐵分解的影響程度，進(jìn)行了氯化鐵高溫分解試驗(yàn)。將計(jì)量過的氯化鐵樣品密閉放入加熱的恒溫烘爐中，氯化鐵升華和分解的產(chǎn)物經(jīng)與密閉容器連接的冷凝器，回收凝華的氯化鐵，氯氣由冷凝器后的氯氣吸收裝置吸收。以氯氣吸收裝置中吸收的氯氣量，計(jì)算得出分解的氯化鐵質(zhì)量，分解的氯化鐵質(zhì)量除以樣品質(zhì)量即為分解率。試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可知，氯化鐵超過300℃時(shí)即有輕微分解現(xiàn)象，隨著溫度的升高分解速率加大，分解產(chǎn)物為氯化亞鐵和氯氣。

氯化鐵生產(chǎn)中，鐵屑與氯氣在氯化爐內(nèi)反應(yīng)的溫度是700～750℃，而氯化鐵在100℃時(shí)開始升華，超過300℃即有微量分解，隨著溫度的升高分解速率加大，至700℃以上時(shí)則大量分解，分解產(chǎn)物為氯化亞鐵和氯氣。因此，氯化鐵生產(chǎn)系統(tǒng)處于微負(fù)壓狀態(tài)不僅防止氯氣外漏，更重要的是便于氣相氯化鐵能順利地離開氯化爐，進(jìn)入捕集器內(nèi)凝華成固體氯化鐵，防止氣體氯化鐵在氯化爐內(nèi)聚集并分解。

圖2 氯化鐵的溫度與分解率Fig 2 The effect of tempreture on FeCl3resdution ratio

2.2 原因分析

氯化鐵生產(chǎn)中，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓壓力≤150 Pa時(shí)，往往采用人為調(diào)節(jié)控制生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓的電動(dòng)蝶閥，保證生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓穩(wěn)定。如不能及時(shí)調(diào)節(jié)或儀表指示偏差導(dǎo)致實(shí)際負(fù)壓較低時(shí)，氯化爐內(nèi)高溫升華的氯化鐵氣體不能順利地進(jìn)入捕集器內(nèi)，大量地積壓在氯化爐內(nèi)，將發(fā)生高溫分解反應(yīng)。氯化鐵分解是吸熱反應(yīng)（-124.7 kJ/mol），盡管氯化爐內(nèi)的氯氣量在不斷增加（一方面是氯化爐的進(jìn)氯管在繼續(xù)向氯化爐內(nèi)通氯氣，另一方面是氯化鐵分解產(chǎn)生了氯氣），但氯化爐內(nèi)的熱量部分被用于氯化鐵的分解反應(yīng)，氯化爐內(nèi)除壓力增加外，不會(huì)發(fā)生爆炸。

隨著時(shí)間延長(zhǎng)，如氯化爐內(nèi)的氯氣量達(dá)到一定量時(shí)，氯化鐵的分解反應(yīng)達(dá)到平衡后并開始逆向進(jìn)行，即分解生成的氯化亞鐵與氯氣反應(yīng)生成氯化鐵，此反應(yīng)則為放熱反應(yīng)（124.7 kJ/mol），與此同時(shí)，氯化爐內(nèi)殘留的鐵屑與氯氣繼續(xù)反應(yīng)也產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱（802.3 kJ/mol），此時(shí)氯化爐內(nèi)溫度急劇升高，氯化反應(yīng)加快，當(dāng)以上2個(gè)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量聚集到一定量時(shí)，即發(fā)生爆炸。爆炸瞬間產(chǎn)生的巨大壓力，掀翻氯化爐蓋，大量的氯化亞鐵粉塵、氯化鐵粉塵和氯氣從氯化爐口噴出，造成環(huán)境污染事故。

3 應(yīng)對(duì)措施與建議

根據(jù)上述分析，準(zhǔn)確測(cè)量和控制氯化鐵生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓、適時(shí)停止向氯化爐內(nèi)通氯氣，是防止氯化爐內(nèi)發(fā)生爆炸的關(guān)鍵。

3.1 測(cè)壓點(diǎn)位置的選擇、增加安全聯(lián)鎖

氯化鐵具有升華的物理特性，如在氯化爐和捕集器上設(shè)置取壓點(diǎn)，氣體氯化鐵因溫度變化而凝華，凝華的氯化鐵固體很快就會(huì)將取壓點(diǎn)包裹，導(dǎo)致取壓失效。為此，將取壓點(diǎn)設(shè)置于1#尾氣吸收塔和2#尾氣吸收塔之間的尾氣抽風(fēng)管上，這樣，氯化鐵生產(chǎn)尾氣在1#尾氣吸收塔內(nèi)與氯化亞鐵溶液逆流接觸，生產(chǎn)尾氣中未凝華的氯化鐵氣體、粉塵和微量氯氣已被洗滌和吸收，取壓點(diǎn)不易被堵塞和腐蝕，取壓點(diǎn)的測(cè)量值較為可信。

3.2 增加電動(dòng)蝶閥安全聯(lián)鎖

為確保氯化鐵生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓時(shí)刻處于受控狀態(tài)，將生產(chǎn)系統(tǒng)的負(fù)壓與調(diào)節(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓的電動(dòng)蝶閥進(jìn)行安全聯(lián)鎖，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓高于控制指標(biāo)，電動(dòng)蝶閥自動(dòng)增大開啟度，將生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓穩(wěn)定地控制在指標(biāo)要求范圍內(nèi)，避免操作人員人工開啟滯后因素。

3.3 設(shè)置氯氣切斷閥并進(jìn)行安全聯(lián)鎖

氯化鐵生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓失控時(shí)，需及時(shí)停止向氯化爐內(nèi)通氯氣，可在氯化爐的進(jìn)氯總管上增設(shè)氯氣切斷閥，氯氣切斷閥與生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓進(jìn)行安全聯(lián)鎖，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓低于極限指標(biāo)（氯化爐與捕集器的連通管堵塞）或突然高于極限指標(biāo)（氯化爐內(nèi)發(fā)生“正壓”現(xiàn)象），氯氣切斷閥自動(dòng)關(guān)閉，阻止氯氣進(jìn)入氯化爐，同時(shí)報(bào)警[3]。待操作人員檢查處理正常后，可手動(dòng)開啟氯氣切斷閥。聯(lián)鎖控制示意見圖3。

3.4 加設(shè)防護(hù)罩、收集事故氣

對(duì)氯化爐加鐵口的周圍空間進(jìn)行密閉，用DN800的硬質(zhì)PVC管將密閉空間與引風(fēng)機(jī)及含氯廢氣處理塔連通。發(fā)生氯化爐內(nèi)氯化鐵分解爆炸事故時(shí)，立即啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)和含氯廢氣處理塔的稀堿液循環(huán)泵，通過引風(fēng)機(jī)將氯化爐內(nèi)因爆炸噴出的大量含氯廢氣輸入含氯廢氣處理塔，與稀堿液逆流接觸，吸收其中的氯氣后排放。

3.5 加強(qiáng)培訓(xùn)

在氯化鐵生產(chǎn)過程中堅(jiān)持多批量、少加鐵的生產(chǎn)方式，且每次氯化爐加鐵后，采取試料桿試料和手電筒照光檢查的方式檢查加料情況，防止加鐵造成的“懸料架橋”現(xiàn)象，尤其要防止投入氯化爐內(nèi)的鐵包堵塞氯化爐與捕集器的連通管。加強(qiáng)氯化鐵生產(chǎn)操作人員的環(huán)境安全教育和技能培訓(xùn)，提高操作人員防范、處理污染事故意識(shí)和操作技能，提升防止和應(yīng)變突發(fā)事故的處理能力。

4 結(jié)束語

氯化鐵生產(chǎn)中氯化爐內(nèi)爆炸的主要原因是氯化鐵生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)壓失控，大量的氣相氯化鐵聚集于氯化爐內(nèi)，在高溫的作用下發(fā)生分解反應(yīng)，分解反應(yīng)達(dá)到平衡后，在過量氯氣的條件下，合成反應(yīng)產(chǎn)生的能量積聚導(dǎo)致爆炸。采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，實(shí)施后效果明顯，基本杜絕了氯化爐的爆炸，避免了因氯氣外泄造成的環(huán)境污染事故。

[1]司徒杰生.化工產(chǎn)品手冊(cè)：無機(jī)化工產(chǎn)品[M].3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1999：176-180.

[2]化學(xué)工業(yè)部天津化工研究院等.化工產(chǎn)品手冊(cè)：無機(jī)化工產(chǎn)品[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1982：140-142.

[3]李鋒.5℃冷卻水系統(tǒng)及其旁濾裝置的自動(dòng)控制[J].中國氯堿,2010（4）：30-32.

Cause Analysis and Countermeasures for the FeCl3Explosion

Gao Shaoguo
（Zhong Yan Anhui Hongsifang Company Ltd.,Hefei 230011）

The reasons of explosion happened in chlorination furnace in ferric chloride production are analyzed from production techniques and reaction mechanism.Proposed concrete advices was also raised in the paper which include the selection of pressure tapping,adding electric butterfly valve safety interlock and protection cover to receive exhaust gases.Setting a chlorine stop valve and connect production system negative pressure as safety interlock.Further more,strengthen training in sense of responsibility of operation staff is also needed.

ferric chloride;explosion;cause analysis;advices

TQ086.3，TQ138.1+1

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.05.0013

2010-08-14