正丁烷法制順酐的安全設計

廖順燕

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

1　順酐的主要生產工藝

1.1生產工藝技術對比

1.1.1原料路線

由于正丁烯氧化法已被淘汰，苯酐副產的方法也已不再發展，因此順酐生產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，環境污染程度比苯法輕且容易達標處理。在苯的價格逐年上漲的情況下，正丁烷法的優勢凸顯出來。

1.1.2工藝技術

順酐生產工藝技術主要為氧化反應部分和后處理回收部分，其中氧化反應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。而在工藝技術方面，兩種工藝有各自的優勢與缺點：如流化床比固定床生產順酐的收率低，催化劑的磨損耗費和飛散問題比固定床嚴重；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，對反應熱量的移出控制比較嚴格等。國內在固定床反應器設計方面已經相當成熟，國產反應器技術水平已經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、操作簡單等優點。但缺點是在吸收及脫水操作中，溫度控制不當會形成富馬酸雜質，富馬酸在設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點是操作連續穩定，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生產工藝流程簡述

結合本人參與的順酐生產項目，現將正丁烷固定床溶劑吸收制順酐的的生產工藝簡述如下：

1.2.1基本化學反應

用空氣與正丁烷進行部分氧化生成順酐,主要化學反應式如下：

主要副反應是正丁烷燃燒反應：

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氣體進入固定床反應器中，在催化劑的作用下進行氧化反應，反應過程中加入助催化劑。反應熱通過熔鹽移出，反應后的熱反應氣體經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，和熔鹽冷卻器中產生的蒸汽在蒸汽包中分離出來或過熱后供裝置內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，吸收后的富溶劑經預熱進入解析塔。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與解析塔進料換熱后返回吸收塔。解析塔頂部導出的粗順酐氣體經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，經冷卻后的液態順酐在結片機轉鼓表面被轉鼓內的冷水冷卻結晶并被刮刀切下，片狀順酐經擠球機擠成球狀順酐，由重力至定量包裝機中稱重包裝。

2　順酐生產的危險危害性分析

2.1主要危險有害物質分析

正丁烷法制順酐生產過程中，主要涉及到的危險有害物質是：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《國家安監總局公布首批監管的危險工藝的通知》（安監總管[2009]號）規定的危險化工工藝目錄，氧化工藝屬于危險化工工藝。

根據GB18218-2009《危險化學品重大危險源辨識》，生產裝置及儲罐區儲存危險化學品的臨界量為：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過程中存在的危險因素有火災、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。主要設備危險因素有球罐、反應器等泄漏發生火災爆炸。在儲存與運輸過程中存在的主要危險因素有火災、爆炸、車輛傷害等。

火災、爆炸危害：順酐生產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生火災事故。根據順酐的生產特點，在生產、操作過程中，有些部位存在爆炸危險。如：順酐氧化反應進料正丁烷濃度超高容易發生爆炸危險；脫鹽水中的鉀、鈉離子超標，易在一定溫度條件下使順酐發生分解，發生爆炸危險；另外設備、管道的泄漏以及操作不當都存在著一定的危險性。

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

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

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

窒息：本項目使用大量的密閉容器如反應器、儲罐等，維修人員在進行維修時，若未清洗置換或容器內殘留有毒蒸汽、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：本項目中反應生成的氣態順酐吸潮或遇水形成順酸，順酸具有一定的腐蝕性，一旦發生泄漏會腐蝕作業環境，不僅給操作現場造成污染，而且增加了化學灼傷事故發生的可能性。

3　順酐生產中采用的安全設計[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，企業的健全管理，可以有效地防止事故的發生。根據生產要求及相關規范規定，設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)筑物間距滿足防火規范的要求。如生產裝置中氧化單元為甲A類生產，溶劑吸收單元為乙A類生產；儲運裝置中球罐區、球罐區泵棚及裝卸站臺為甲A類罐區等。

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

3.3主要設備、管道如反應器、蒸汽包等設安全泄壓裝置（如安全閥、爆破片等），防止設備超壓。輸送易燃、易爆、有毒介質的管道、閥門、法蘭及泵類按照相關設計規范的要求進行選型，防止超壓、泄漏。

3.4在必要的崗位設置可燃氣體報警器，設備、工藝管道做好靜電接地，必要的設備加氮封及氮氣吹掃，在有粉塵和有毒害氣體的部位設吸風、排風裝置。

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

3.6工程的應急照明、火災報警控制系統及工藝控制系統為一級負荷，工藝生產設備中熔鹽泵為二級負荷，其他用電設備均為三級負荷。

4　順酐生產的設計體會

由于本設計生產的介質均為易燃、易爆、有毒介質，現總結幾點設計中需特殊注意的問題。

4.1進、出裝置的可燃氣體、液化烴和可燃液體的管道，在裝置的邊界處應設設隔斷閥和8字盲板[4]。正丁烷管道流速可取0.8～1.4m/s，不應超過3m/s。

4.2正丁烷球罐區及順酐生產裝置的VCE爆炸安全防護距離可采用《項目設立安全評價報告》實際計算結果，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計。

4.3生產裝置區內有腐蝕性介質的儲罐、機泵周圍做防腐地面、防滲漏層，有毒有害介質、腐蝕性介質貯罐設氮封系統。

4.4經常和定期檢查可燃氣體報警器和事故通風設施，使其隨時處于正常狀態。在氧化單元、溶劑吸收單元和順酐結片車間等設有帶有噴淋和洗眼（沖洗臉部灼傷面）沖淋洗眼器，非工作狀態下，裝置內的水能自動排空，無滯留。

4.5生產和使用有毒有害介質，必須就近配備必要的急救藥品和現場救援器材、設備，應急救援人員，并制定職業中毒事故應急救援預案，以應對突發事件。企業應每年至少組織進行1次綜合應急預案或者專項應急預案的演練，危險性較大的崗位，定期組織現場處置方案演練。