正丁烷法制顺酐的安全设计

廖顺燕

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

1　顺酐的主要生产工艺

1.1生产工艺技术对比

1.1.1原料路线

由于正丁烯氧化法已被淘汰，苯酐副产的方法也已不再发展，因此顺酐生产主要采用正丁烷氧化法和苯氧化法两种。目前国外主要采用正丁烷氧化法，国内以苯法为主。从原料路线上看，正丁烷法制顺酐工艺资源利用方面比苯法合理，环境污染程度比苯法轻且容易达标处理。在苯的价格逐年上涨的情况下，正丁烷法的优势凸显出来。

1.1.2工艺技术

顺酐生产工艺技术主要为氧化反应部分和后处理回收部分，其中氧化反应部分分为固定床和流化床，后处理回收部分分为水吸收法和溶剂吸收法。

氧化反应部分：从投资方面来看，固定床和流化床的投资相差无几。而在工艺技术方面，两种工艺有各自的优势与缺点：如流化床比固定床生产顺酐的收率低，催化剂的磨损耗费和飞散问题比固定床严重；而固定床进料浓度受爆炸极限范围的限制，同时要求原料混合气必须混合充分，对反应热量的移出控制比较严格等。国内在固定床反应器设计方面已经相当成熟，国产反应器技术水平已经达到了国际先进水平。

后处理回收部分：比较水吸收法和溶剂吸收法可以看出，水吸收法具有流程短、操作简单等优点。但缺点是在吸收及脱水操作中，温度控制不当会形成富马酸杂质，富马酸在设备中会逐渐积累造成堵塞，并且间歇操作蒸汽不易平衡。溶剂吸收法的主要优点是操作连续稳定，吸收率比水吸收法高出4～6个百分点。此外，因无需脱水操作，精馏操作耗汽量大大减少，装置可输出更多的蒸汽供界外使用。

1.2生产工艺流程简述

结合本人参与的顺酐生产项目，现将正丁烷固定床溶剂吸收制顺酐的的生产工艺简述如下：

1.2.1基本化学反应

用空气与正丁烷进行部分氧化生成顺酐,主要化学反应式如下：

主要副反应是正丁烷燃烧反应：

1.2.2工艺流程简述

过热的正丁烷气与空气混合成一定浓度的反应气体进入固定床反应器中，在催化剂的作用下进行氧化反应，反应过程中加入助催化剂。反应热通过熔盐移出，反应后的热反应气体经冷却器管程冷却之后送至吸收工序，冷却器壳程中的锅炉水被加热并部分汽化，和熔盐冷却器中产生的蒸汽在蒸汽包中分离出来或过热后供装置内蒸汽透平机及其它用户做为热源使用。

从冷却器排出的顺酐生成气进入吸收塔，顺酐被贫溶剂吸收出来形成富溶剂，吸收塔顶排出的尾气送到尾气处理系统，吸收后的富溶剂经预热进入解析塔。顺酐通过真空蒸馏从富溶剂中解析出来，解析塔底部解析后的贫溶剂经与解析塔进料换热后返回吸收塔。解析塔顶部导出的粗顺酐气体经冷凝后进入到精制部分，除去粗顺酐中轻、重组分，得到顺酐成品。最后，经冷却后的液态顺酐在结片机转鼓表面被转鼓内的冷水冷却结晶并被刮刀切下，片状顺酐经挤球机挤成球状顺酐，由重力至定量包装机中称重包装。

2　顺酐生产的危险危害性分析

2.1主要危险有害物质分析

正丁烷法制顺酐生产过程中，主要涉及到的危险有害物质是：正丁烷、顺酐、熔盐（硝酸钾、亚硝酸钠混合物）、DIBP（六氢化邻苯二甲酸二异丁酯）、一氧化碳、氮气等。

2.2危险工艺及重大危险源分析

根据《国家安监总局公布首批监管的危险工艺的通知》（安监总管[2009]号）规定的危险化工工艺目录，氧化工艺属于危险化工工艺。

根据GB18218-2009《危险化学品重大危险源辨识》，生产装置及储罐区储存危险化学品的临界量为：正丁烷的临界量为50t，熔盐的临界量为200t。

2.3工艺过程危险因素分析

正丁烷法制顺酐生产过程中存在的危险因素有火灾、爆炸、机械伤害、高处坠落、灼烫等。主要有害因素有中毒、灼伤、噪声等。主要设备危险因素有球罐、反应器等泄漏发生火灾爆炸。在储存与运输过程中存在的主要危险因素有火灾、爆炸、车辆伤害等。

火灾、爆炸危害：顺酐生产的工艺采用正丁烷法，正丁烷属易燃易爆危险物品，其蒸汽比空气重，可传播一定距离。顺酐具有粉尘爆炸危险，但由于顺酐的闪点、自然点较高，如果无火源一般不宜发生火灾事故。根据顺酐的生产特点，在生产、操作过程中，有些部位存在爆炸危险。如：顺酐氧化反应进料正丁烷浓度超高容易发生爆炸危险；脱盐水中的钾、钠离子超标，易在一定温度条件下使顺酐发生分解，发生爆炸危险；另外设备、管道的泄漏以及操作不当都存在着一定的危险性。

机械伤害及高处坠落的危险：生产装置的转动部分如防护设备不当或受损，有伤及人员的危险；本项目中的许多设备体积大、高度高，在生产操作过程中及巡查、检修时，如防护措施不力或操作失误，有发生人员及物体从高处坠落的危险。

高温灼烫：生产装置中有一些高温设备，如正丁烷与空气在反应器中发生高温放热反应，反应温度通常在440～470℃。高温源产生的热辐射对人体会造成灼伤，人员不慎直接触及高温设备、管线及物料会造成烫伤。

噪声危害：本项目的一些设备在运行过程中产生一定的的噪声，如鼓风机房、大功率机泵、排放气（汽）体出口等，工作人员长期在高噪声环境中作业，身心健康会受到不同程度的伤害，甚至引发事故。

窒息：本项目使用大量的密闭容器如反应器、储罐等，维修人员在进行维修时，若未清洗置换或容器内残留有毒蒸汽、氮气等，氧含量不符合要求，未采取安全措施都可能造成中毒窒息。

腐蚀：本项目中反应生成的气态顺酐吸潮或遇水形成顺酸，顺酸具有一定的腐蚀性，一旦发生泄漏会腐蚀作业环境，不仅给操作现场造成污染，而且增加了化学灼伤事故发生的可能性。

3　顺酐生产中采用的安全设计[3]

虽然装置本身存在着易燃、易爆的危险性，但通过采取的各项措施，操作人员的足够重视，企业的健全管理，可以有效地防止事故的发生。根据生产要求及相关规范规定，设计中采取了如下安全措施：

3.1工艺装置采用露天化布置，各建(构)筑物间距满足防火规范的要求。如生产装置中氧化单元为甲A类生产，溶剂吸收单元为乙A类生产；储运装置中球罐区、球罐区泵棚及装卸站台为甲A类罐区等。

3.2本装置采用DCS控制系统，工艺过程设置紧急停车联锁系统。在工艺流程中设置多个超标报警信号，并将其引至控制室，便于操作人员及时了解生产运行情况。部分重要的安全联锁，涉及到生产过程、操作人员的安全，采用独立于过程控制系统的安全仪表系统（SIS）。

3.3主要设备、管道如反应器、蒸汽包等设安全泄压装置（如安全阀、爆破片等），防止设备超压。输送易燃、易爆、有毒介质的管道、阀门、法兰及泵类按照相关设计规范的要求进行选型，防止超压、泄漏。

3.4在必要的岗位设置可燃气体报警器，设备、工艺管道做好静电接地，必要的设备加氮封及氮气吹扫，在有粉尘和有毒害气体的部位设吸风、排风装置。

3.5爆炸危险场所内的所有金属设备及管道均做防静电保护、接地，并对可能产生的静电危害的非金属设备做防静电保护处理。

3.6工程的应急照明、火灾报警控制系统及工艺控制系统为一级负荷，工艺生产设备中熔盐泵为二级负荷，其他用电设备均为三级负荷。

4　顺酐生产的设计体会

由于本设计生产的介质均为易燃、易爆、有毒介质，现总结几点设计中需特殊注意的问题。

4.1进、出装置的可燃气体、液化烃和可燃液体的管道，在装置的边界处应设设隔断阀和8字盲板[4]。正丁烷管道流速可取0.8～1.4m/s，不应超过3m/s。

4.2正丁烷球罐区及顺酐生产装置的VCE爆炸安全防护距离可采用《项目设立安全评价报告》实际计算结果，若办公楼（室）、控制室等工厂人员集中场所至VCE爆炸危险源的距离小于最小安全防护距离，则办公楼（室）、控制室等工厂人员集中场所需进行抗爆设计。

4.3生产装置区内有腐蚀性介质的储罐、机泵周围做防腐地面、防渗漏层，有毒有害介质、腐蚀性介质贮罐设氮封系统。

4.4经常和定期检查可燃气体报警器和事故通风设施，使其随时处于正常状态。在氧化单元、溶剂吸收单元和顺酐结片车间等设有带有喷淋和洗眼（冲洗脸部灼伤面）冲淋洗眼器，非工作状态下，装置内的水能自动排空，无滞留。

4.5生产和使用有毒有害介质，必须就近配备必要的急救药品和现场救援器材、设备，应急救援人员，并制定职业中毒事故应急救援预案，以应对突发事件。企业应每年至少组织进行1次综合应急预案或者专项应急预案的演练，危险性较大的岗位，定期组织现场处置方案演练。