關于蒽醌法雙氧水生產安全控制的研究

鄭四仙(浙江工程設計有限公司 浙江 杭州 310002)

近年來，雙氧水生產事故屢見報端，帶來了極大的經濟損失和負面社會影響。有鑒于此，本文基于蒽醌法雙氧水生產安全控制問題進行全面而深入的探究，從而為我國雙氧水安全生產的實現略盡綿薄之力。

一、雙氧水的基本性質

雙氧水，即H2O2的水溶液，外觀無色透明，能溶于水、乙醇以及乙醚，不溶于苯，放置過程中會發生緩慢分解，生成O2和水，熔沸點分別為-0.89℃、151.4℃，是一種強氧化劑，不僅能夠用于漂白，還能用于殺菌[1]。

二、蒽醌法雙氧水生產的基本原理

蒽醌法生產雙氧水的化學反應如下所示：

蒽醌法鈀觸媒雙氧水生產的生產原理是以2－乙基蒽醌（EAQ）為工作載體，以重芳烴和磷酸三辛酯為溶劑組成工作液，其中工作載體與氫氣在鈀觸媒存在下反應生產氫蒽醌，氫蒽醌再與空氣中的氧反應，還原成蒽醌，同時生成過氧化氫（H2O2）。H2O2在水及工作液中的溶解度不同，利用純水萃取可分離得到H2O2水溶液，再經重芳烴凈化后即可得到合格的H2O2水溶液，俗稱雙氧水。純水萃取后的工作液（萃余液）經干燥、分離、再生處理后，循環使用。按生產過程分為工作液配制、氫化、氧化、萃取、凈化、后處理等工序。其工藝流程示意如圖1。

圖1 蒽醌法雙氧水生產工藝示意圖

三、蒽醌法雙氧水生產主要危險分析

1.原料與產品的危險性分析

蒽醌法生產雙氧水過程中，無論是原料氫氣，還是產品雙氧水，又或者是工作液，均易燃、易爆。尤其是雙氧水，其氧化反應極容易導致火災和爆炸，具有非常高的危險系數。

雙氧水是一種強氧化劑，雖然不可燃，但能夠和可燃物發生反應生成大量的熱和O2，繼而導致火災甚至爆炸。1m3濃度為35%的雙氧水在分解過程中，能夠釋放出高達132m3的氧氣，同時分解釋放的熱量又能加速分解的進行。當溫度在20℃～100℃時，每提高10℃，分解速率便會增加2.2倍[2]。當溫度超過100℃時，便會進入急劇分解階段，嚴重情況下將會導致爆炸。

氫氣屬于甲類易燃氣體，閃點<-50℃,爆炸極限（V%）4～75,具有較高的火災爆炸危險性,屬于國家首批重點監管的危險化學品。

工作液中含有大量的三甲苯，而三甲苯屬于乙類易燃液體，遇火源易燃易爆。

2.生產工藝過程危險性分析

根據《國家安全監管總局關于公布首批重點監管的危險化工工藝目錄的通知》（安監總管三[2009]116號）的規定，雙氧水生產中的氫化（加氫）、氧化工藝屬于首批重點監管的危險化工工藝。具有相應的工藝危險特點：如反應物料具有燃爆危險性；氫化（加氫）、氧化均為放熱反應，若反應熱不能及時移走，溫度控制不當，極易爆炸起火；加氫反應尾氣中有未完全反應的氫氣和其他雜質在排放時易引發著火或爆炸。氧化反應生成的過氧化氫，具有強氧化性，容易與有機物反應或由于雜質催化分解而發生爆炸；

此外，工作液中的2-乙基蒽醌被催化氫化時，在酸性條件下會發生某些副反應，而氧化時又生成了過氧化氫。過氧化氫在堿性條件下會加速分解，為此，要求在氫化工序保持弱堿性，而在氧化工序保持酸性，以保持蒽醌的有效使用壽命和過氧化氫的穩定性，在后處理工序又要求保持堿性，以分解循環工作液中夾帶的過氧化氫。如果操作不當就會導致酸、堿物質串混，帶來爆炸危險。

綜上可見，雙氧水生產的主要危險是火災爆炸。

四、安全控制措施

1.裝置建設時的安全措施

（1）設計方面

除應嚴格執行國家及行業的有關標準、規范外，還應基于操作不當的情形予以考慮，從而最大可能地避免嚴重事故的發生。如采用先進可靠的集散控制系統(DCS)及安全儀表系統（SIS），實現生產過程的集中檢測、控制、聯鎖、停車，保證裝置的安全、高效、長周期運行。在生產區相應位置設置可燃氣體濃度檢測報警儀，在DCS內設置可燃氣體報警系統，當氣體濃度超限時，立即進行聲光報警提醒操作工人處理事故或遠離泄漏；在可能超壓處（如氫氣緩沖罐、氫化塔、氧化塔等）設置安全閥；對雙氧水儲槽設置足夠面積的放空管；在可燃氣體放空管上設置阻火器，氫氣放空管上設置氮氣保護；在防止逆流處設置止回閥；易燃易爆介質的設備及管道設置良好的靜電接地保護；機電設備均選用相應防爆等級的隔爆型設備；所有機泵均在DCS中設置緊停按鈕；設置事故應急池，在事故狀態下可將氧化塔、萃取塔的物料緊急卸料到事故應急池。在氧化塔進液管上設置PH在線檢測報警，以防氧化液出現堿性；對于萃取塔、濃縮塔等在生產過程中需要接觸大量雙氧水的設備，應為其配備自動注水設施，以降低劇烈分解時的危險系數，與此同時，還應充分利用工藝控制手段，結合具體生產情況，對設計進行持續補充和完善，從而使設計具有較高的安全系數。

另外，在設備設計以及車間布置的過程中，應充分應用人機工程學知識，讓設備及環境更加適合工人工作。

（2）安裝方面

雙氧水具有較強的氧化性，和重金屬或者雜質有接觸時便會發生劇烈分解反應，甚至爆炸，因此，安裝過程中，嚴禁螺絲等碳鋼類材料不小心掉落入管線中，防止開車時出現事故。與雙氧水直接接觸的設備及管道應采用S32168不銹鋼，且需要對其內表面進行酸洗鈍化處理，以盡量避免雙氧水分解。

2.生產環節的安全措施

（1）雙氧水分解是導致燃燒和爆炸的一個主要因素。在氧化、萃取以及運輸等過程中，應做好雙氧水的密封、隔離工作，避免和堿類物質及重金屬等接觸，同時還應做好生產設備的清潔工作。

（2）嚴格控制萃余液中H2O2質量濃度，生產27.5%雙氧水時，使其不超過0.2g/L；生產35%雙氧水時，使其不超過0.3g/L。在氫化工序中，應對工作液堿度進行有效控制，使其不超過0.005g/L；在氧化工序中，應使工作液具有足夠的酸度，使其超過0.002g/L。

（3）應嚴防雜質污染，出系統的存在品質問題的雙氧水不允許再次返回系統接受凈化處理；從大貯槽中取出的雙氧水如果沒有用完，不允許重新歸槽；提供給系統的工作液應無雜質，另外，還應定期進行降解物的排除[3]。

（4）做好可燃物質（如木材及油料等）的存放工作，不允許存放在雙氧水以及工作液系統附近。

（5）生產環節發生異常狀況，如氧化塔或者萃取塔中的堿性過高，雙氧水劇烈分解且釋放出大量的熱，應采取立即停車的做法，在有需要的情況下應開啟排料閥進行排放。

（6）重視并做好氫化液、氧化液以及循環工作液各自對應的過濾器的檢查工作和清潔工作，避免相關粉末（如活性氧化鋁粉末等）進入后道工序造成爆炸事故。

（7）在開停車環節，必須使用氮氣完成氫化塔的置換，并取樣分析合格后才允許進氫。

（8）在排放氫氣的過程中，應嚴格控制流速，防止誘發靜電起火。

結束語

大量實踐證明，蒽醌法雙氧水生產工藝是較為成熟的。基于該工藝的危險性及其安全控制措施進行分析和研究，能夠明顯提高生產過程中的安全系數，保障雙氧水生產的正常和安全運行，為企業帶來更大的經濟效益和社會效益，總之，具有相當積極的現實意義。

[1]羅樂.蒽醌法雙氧水生產裝置的危險性和預防措施[J].化工技術與開發,2007,03:39-41.

[2]陳軍.淺談蒽醌法雙氧水生產中的閃爆事故[J].化工管理,2013,24:48-49.

[3]于俊濤.40kt/a蒽醌法雙氧水裝置優化改造[J].小氮肥,2013,02:15-16.