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当丙烯氨氧化制丙烯腈生产工艺防火

发布时间:2021-09-10 22:26:18 阅读: 来源:胶条厂家
当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,对此生产工艺敢想敢试勇于突破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、易一新近步合成、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

<由于国产仪器评价制度不完善p>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。要定期清除聚合物、焦状物,防止其堵塞设备和管道。清除方法可用水冲刷器壁表面和管道,用蒸是否是质量有问题汽吹净。产品塔可设置两台再沸器,以便轮流清洗。

3.8 消除静电危害

设备接地是最简单常用,也是最基本的防静电措施。氧化反应设备与管线必须安装导除静电的接地装置。接地线必须连接牢靠,有足够的机械强度,要定期进行检查,避免发生故障。

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