丙烯氨氧化制丙烯腈生产工艺防火

丙烯氨氧化制丙烯腈生产工艺防火丙烯氨氧化制丙烯腈生产工艺防火 要 丙烯腈生产工艺普遍采用丙燃氨氧化的方法 从原料气火灾 爆炸性质 反应放热特点 副反应后果和潜在的着火源方面 对此生产工艺进行了火灾危险性分析 并提出了针对性的防火 防爆措施和技术 关键词 丙烯腈 氧化 防火防爆 丙烯腈作为重要的化工原料被用于生产腈纶纤维 工程塑料和 合成橡胶 是丙烯系列产品中第二大品种 目前 我国的丙烯 腈生产工艺普遍采用丙烯氨氧化的方法 该方法具有原料来源 广且价廉 易一步合成 生产成本低等优点 但生产过程潜在 的火灾危险性较大 防火防爆工作十分重要 1 工艺原理 1 1 反应原理 3h6 nh3 3 2o2 ch2 ch cn 3h2o h 515kj mol 同时副产氢氰酸 乙腈 丙烯醛和二氧化碳 1 2 工艺流程及设备 丙烯氨氧化生产丙烯腈的工艺过程可简单表示如下 参见附图 整个生产过程分为合成工序和精制工序 在合成工序 反应原 料由底部进入反应器前 液体丙烯和氨经蒸发 空气经压缩 预先加热后进入混合器 然后 进入反应温度与压力分别为 440 和 0 065mpa 的反应器 在催化剂作用下进行反应 生成 的气体经废热锅炉回收热量后 进入氨中和塔除氨 除氨后的 气体经冷却进入吸收塔用水吸收得到丙烯腈 氢氰酸 乙腈等 混合物 精制工序则将合成工序送来的水吸收液经脱除乙腈和 氢氰酸后 送入精馏塔精制得丙烯腈产品 主要生产工艺设备是原料混合器 氧化反应器和轻组分塔 氧 化反应器一般为流化床式的反应塔 有锥体 浓相段和稀相段 三部分 浓相段是丙烯氨氧化合成的部位 稀相段主要用于回 收催化剂 轻组分塔用于脱除水吸收液中的氢氰酸 2 工艺火险分析 2 1 原料和产品易燃易爆有毒 原料丙烯常温常压下为无色易燃气体 闪点 108 自燃点 460 与空气混合能形成爆炸性混合物 爆炸极限为 2 11 1 丙烯遇火星或高温有燃烧爆炸危险 且有低毒 氨是可燃气体 自燃点为 650 在空气中的爆炸极限为 15 28 在氧气中的爆炸极限为 13 5 79 氨与氯 碘化 合也能爆炸 产品丙烯腈为易燃易爆 略有刺激性臭味的无色液体 其蒸气 不毒 闪点为 0 自燃点为 481 爆炸极限为 3 05 17 0 2 2 反应温度高 放热量大 易发生燃烧 丙烯氨氧化是强烈放热型反应 反应温度又高 不易控制 若 反应热不能被及时移出 反应器内稀相段上就极易发生燃烧 因为丙烯在浓相段尚有一部分 10 20 未转化 进入稀相 段后会进一步反应放热 当温度达到物料的自燃点 470 以上 就可能发生燃烧 2 3 原料混合气具有爆炸性 丙烯氨氧化反应的丙烯和空气在原料总体积中分别占 6 16 和 67 7 即丙烯浓度处在爆炸极限之内 这种浓度配比较为有利 于反应选择性 反应速度 节能和节省投资 但增加了反应过 程着火爆炸的危险程度 2 4 副反应放热 增大火灾危险性 在丙烯氨氧化反应系统中 除生成丙烯腈外 可能发生一系列 副反应 其副产物有三类 一类是氢化物 如氢氰酸 第二类 是有机含氧化合物 如丙烯醛 第三类是深度氧化产物二氧化 碳和一氧化碳 副反应均为强放热反应 增加了反应过程的总 热效应 其中丙烯腈深度氧化为二氧化碳和一氧化碳的反应 是导致反应器稀相段温度升高发生燃烧的另一主要原因 副产物氢氰酸 乙腈和丙烯醛都是可燃有毒物质 原料中的杂质可能是使副反应增多的原因之一 2 5 产物易聚合 堵塞设备管道 产物丙烯腈结构具有双键和共轭体系 易聚合 副产氢氰酸 丙烯醛等 这些副 产物也易自聚 若产物气体中存在未反应掉 的氨 它们在较低温度下便会聚合 聚合产物会使再沸器 塔 和管道发生堵塞 影响正常生产 此外 氧化温度若超过 500 反应产物会结焦 同样引起管路堵塞 2 6 物料易产生静电 潜在静电火源 丙烯氨氧化使用的物料为电介质 它们在管道内高速流动或经 阀门 喷嘴喷出时会产生静电 最高静电电压可高达万伏以上 装置中存在静电放电引起火灾的可能性 3 防火防爆技术 3 1 加强危险品管理 根据生产过程中原料 产品和副产物的物理化学性质与火灾爆 炸性质 要严格按照有关危险品管理规定采取相应的防火安全 措施 例如隔离存放 远离火源 热源 电源 避免高温 日 晒 防止磨擦或撞击等 3 2 控制原料纯度 必须检验原料的纯度 避免因杂质混入导致副反应 引起热效 应增大等不利影响 脱除能使催化剂中毒的硫化物 空气进入 反应器前应过渡掉灰尘 水汽 油污等杂质 减少着火和爆炸 的危险 3 3 抑制原料混合气的爆炸危险性 空气 丙烯与氨的混合器是形成爆炸性混合物的地方 为了保 证安全 要使空气出喷嘴速度远大于原料可能的火焰传播速度 工业上实用可燃气体中 氢的火焰传播速度最快 但一般也小 于 10m s 因此喷嘴处空气喷出速度达到 25 30m s 就能保证 混合器的安全 混合器放置在反应器进口附近 确保原料气混 合后立即进入反应器 减少可能发生爆炸的空间 此外 还可 采取丙烯 氨和空气分别进料方式 以避免爆炸性混合物的形 成 3 4 控制反应温度 反应温度是丙烯氨氧化工艺控制的主要参数 生产过程中主要 靠及时导出反应器内的反应热来控制温度为此 工业上多用内 设置 u 形冷却管的流化床反应器 反应释放的热量一部分由反 应气体带走 大部分是由反应床的冷却系统所导出 反应器要 有足够的冷却面积 要确保连续供给具有稳定参数的冷却剂 同时通过原料空气了预热温度来微调节反应温度 控制温度在 470 以下 3 5 配置安全保护设施 设备系统中应设置氮气 水蒸汽管线 一是用于保护 二是用 于灭火 当丙烯氨氧化反应器的稀相段温度不断升高时 应及 时喷 入氮气或水蒸汽 其中水蒸汽有较大热容 可以将大量反 应热量带走 避免过热现象发生 有利于反应温度控制 同时 水蒸汽或氮气还能稀释原料气中的丙烯防止爆炸 但在通蒸汽 量多导致反应器械内压力过高 造成器壁爆破 出现物料大量 泄出的危险 3 6 设置防爆泄压装置 为了防止可燃原料气爆炸或燃烧时危及人身和设备系统 在反 应器前的气态投料管道上以及放空管上应安装阻火器 防止回 火在整个系统蔓延 在丙烯贮罐 废热锅炉的汽包等有压设备 有安装防爆片 要求防爆片在设备内压力超过许可压力 25 时 保证破裂 以减少爆炸的破坏作用 3 7 防止设备管路堵塞 减少产物发生聚合副反应 能有效防止设备管路的堵塞 为了 避免气相中氨存在下低温聚合 反应气体产物经热交换后的温 度不宜太低 一般应保证在 250 左右 轻组分塔顶温度应控 制在 25 26 常压或稍带负压 防止丙烯腈从塔顶被带入到 后部回收系统发生聚合 在精制工序为防止聚合 处理物料时 必须加入少量阻聚剂 氢氰酸在碱性介质中易聚合 需加酸性阻聚剂 在气相和液相 中氢氰酸均能聚合 对于气相一般阻聚剂用二氧化硫 液相阻 聚剂用醋酸 丙烯腈则在液相聚合 可用对苯二酚作阻聚剂 有少量水存在对丙烯腈也能起阻聚作用 即使采用阻聚剂 仍可能发生聚合现象 例如氢氰酸处理塔 在塔内死角处 氢氰酸就会聚合 产品塔的塔釜处也易生成聚 合物 要定期清