淺析丙烯酰胺裝置安全運(yùn)行設(shè)計(jì)要點(diǎn)

宋廷偉

(中國石油大慶煉化分公司，黑龍江 大慶 163411 )

1 裝置概述

1.1 反應(yīng)原理

原料丙烯腈和水在催化劑存在的條件下，直接由丙烯腈和水反應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)丙烯酰胺。反應(yīng)原理如下：

CH2=CHCN+H2O→CH2=CHCONH2

反應(yīng)為劇烈放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度90℃，反應(yīng)壓力0.4MPa(表壓)。

1.2 工藝流程

裝置主要由丙烯腈儲(chǔ)運(yùn)、水合反應(yīng)、濃縮和精制、催化劑系統(tǒng)、丙烯酰胺儲(chǔ)存及配套的公輔設(shè)施等。主要流程簡述如圖1。

圖1 丙烯酰胺裝置流程圖

外購的丙烯腈通過卸車系統(tǒng)進(jìn)入丙烯腈儲(chǔ)罐，經(jīng)過升壓后與水混合進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量通過夾套冷卻水移除。反應(yīng)后的稀丙烯酰胺溶液進(jìn)入濃縮系統(tǒng)，通過加熱閃蒸的方式進(jìn)行濃縮，并回收其中的丙烯腈。濃縮后的產(chǎn)品進(jìn)入汽提工段，進(jìn)一步降低產(chǎn)品中丙烯腈的含量。汽提后的產(chǎn)品溶液進(jìn)入精制系統(tǒng)除去其中副反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)等，保證產(chǎn)品中其它介質(zhì)含量符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。精制后的丙烯酰胺溶液送至儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，并通過泵送至下游裝置,見圖1。

裝置配套設(shè)置有蒸汽、循環(huán)冷卻水、制冷系統(tǒng)、壓縮空氣等輔助設(shè)施。

2 裝置安全運(yùn)行設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 丙烯腈儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

原料丙烯腈性質(zhì)活潑，容易聚合，易燃、易爆、有劇毒，是國家首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，其存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的特殊性。一是儲(chǔ)罐建議采用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，并考慮氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)和呼吸閥，以有效減少儲(chǔ)罐的呼吸損失，利用環(huán)境保護(hù)。二是為避免高溫發(fā)生自聚，丙烯腈儲(chǔ)存溫度不能大于30℃，儲(chǔ)罐需設(shè)置冷卻降溫系統(tǒng)。三是輸送泵需選用安全無泄漏的磁力泵或者屏蔽泵。四是按照規(guī)范要求，設(shè)置必要的有毒氣體檢測設(shè)施和安全淋浴設(shè)施。

2.2 反應(yīng)系統(tǒng)

丙烯腈和水反應(yīng)過程為強(qiáng)放熱過程，需要對反應(yīng)過程的溫度和壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制，并及時(shí)移除反應(yīng)熱。一方面，反應(yīng)器內(nèi)部需充滿液體，無氣相空間，以防止丙烯腈發(fā)生聚合；另一方面，反應(yīng)器設(shè)置夾套，通入熱水，控制反應(yīng)溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。同時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)器內(nèi)催化劑和反應(yīng)物的比例，以保證反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，避免反應(yīng)失控。

2.3 濃縮和精制系統(tǒng)

濃縮和精制系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)主要包括兩點(diǎn)：一是避免濃縮的丙烯酰胺溶液聚合。為此需要在濃縮液收集罐底部通入一定量的空氣穿過溶液，使得溶液中的氧含量大于設(shè)定值。同時(shí)，精制后的溶液pH值不能低于設(shè)定值，否則不但容易引起聚合，也會(huì)降低產(chǎn)品質(zhì)量。二是避免濃縮液循環(huán)泵汽蝕。因濃縮系統(tǒng)為負(fù)壓操作，可能會(huì)造成循環(huán)泵發(fā)生汽蝕，因此，泵前設(shè)置有緩沖罐。

2.4 催化劑系統(tǒng)

催化劑制備過程為放熱反應(yīng)，反應(yīng)器設(shè)置有冷卻夾套，通入冷卻水來控制反應(yīng)溫度，保證反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行。

同時(shí)，在二級中和反應(yīng)過程中會(huì)在短時(shí)間內(nèi)放出大量氫氣，為此必須在反應(yīng)器頂部放空處設(shè)置防爆裝置。具體做法是反應(yīng)器內(nèi)用高純度的氮?dú)饷芊猓瑫r(shí)氫氣在放空管線出口與低壓蒸汽混合后再排放到大氣中。

2.5 丙烯酰胺溶液儲(chǔ)存系統(tǒng)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要關(guān)注如何避免產(chǎn)品丙烯酰胺溶液聚合。一是加入阻聚劑來避免產(chǎn)品聚合，二是嚴(yán)格控制儲(chǔ)存溫度。為此，儲(chǔ)罐設(shè)置有外盤管系統(tǒng)，通入恒溫水維持儲(chǔ)存溫度波動(dòng)范圍不超過±3℃。

2.6 配套設(shè)施

配套設(shè)施中危險(xiǎn)性較大的是制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用氨為制冷載體。液氨從制冷系統(tǒng)被送到裝置的氨蒸發(fā)器換熱后冷卻工藝物流，氣態(tài)氨經(jīng)分離器后返回制冷系統(tǒng)再經(jīng)壓縮、冷卻后循環(huán)使用。設(shè)計(jì)中，要采取管線伴熱等措施，避免氣氨在返回壓縮機(jī)時(shí)產(chǎn)生夾帶，造成壓縮機(jī)振動(dòng)。另外，還要做好安全閥選型、控制系統(tǒng)連鎖等工作。

3 小結(jié)

丙烯酰胺裝置反應(yīng)過程復(fù)雜、反應(yīng)流程長、控制要求嚴(yán)格，且物料性質(zhì)特殊，做好本質(zhì)安全設(shè)計(jì)對于裝置的安全運(yùn)行至關(guān)重要。同時(shí)，還應(yīng)該嚴(yán)格過程管理，落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，才能切切實(shí)實(shí)實(shí)保障安全生產(chǎn)。