要 丙烯腈生產(chǎn)工藝普遍采用丙燃氨氧化的方法。從原料氣火災爆炸性質(zhì)、反應放熱特點、副反應后果和潛在的著火源方面，對此生產(chǎn)工藝進行了火災危險性分析，并提出了針對性的防火防爆措施和技術。

關鍵詞 丙烯腈 氧化 防火防爆

丙烯腈作為重要的化工原料被用于生產(chǎn)腈綸纖維、工程塑料和合成橡膠，是丙烯系列產(chǎn)品中第二大品種。目前，我國的丙烯腈生產(chǎn)工藝普遍采用丙烯氨氧化的方法。該方法具有原料來源廣且價廉、易一步合成、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，但生產(chǎn)過程潛在的火災危險性較大，防火防爆工作十分重要。

1 工藝原理

1.1反應原理

₃H₆+NH₃+3/2O₂=CH₂=CH-CN+3H₂O△H=-515kj/mol

同時副產(chǎn)氫氰酸、乙腈、丙烯醛和二氧化碳。

1.2 工藝流程及設備

丙烯氨氧化生產(chǎn)丙烯腈的工藝過程可簡單表示如下（參見附圖）：

整個生產(chǎn)過程分為合成工序和精制工序。在合成工序，反應原料由底部進入反應器前，液體丙烯和氨經(jīng)蒸發(fā)、空氣經(jīng)壓縮，預先加熱后進入混合器；然后，進入反應溫度與壓力分別為440℃和0.065MPa的反應器，在催化劑作用下進行反應；生成的氣體經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量后，進入氨中和塔除氨。除氨后的氣體經(jīng)冷卻進入吸收塔用水吸收得到丙烯腈、氫氰酸、乙腈等混合物。精制工序則將合成工序送來的水吸收液經(jīng)脫除乙腈和氫氰酸后，送入精餾塔精制得丙烯腈產(chǎn)品。

主要生產(chǎn)工藝設備是原料混合器、氧化反應器和輕組分塔。氧化反應器一般為流化床式的反應塔，有錐體、濃相段和稀相段三部分。濃相段是丙烯氨氧化合成的部位；稀相段主要用于回收催化劑。輕組分塔用于脫除水吸收液中的氫氰酸。

2 工藝火險分析

2.1 原料和產(chǎn)品易燃易爆有毒

原料丙烯常溫常壓下為無色易燃氣體，閃點-108℃，自燃點460℃，與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸極限為2%-11.1%。丙烯遇火星或高溫有燃燒爆炸危險，且有低毒。

氨是可燃氣體，自燃點為650℃，在空氣中的爆炸極限為15%～28%，在氧氣中的爆炸極限為13.5%～79%，氨與氯、碘化合也能爆炸。

產(chǎn)品丙烯腈為易燃易爆、略有刺激性臭味的無色液體，其蒸氣不毒，閃點為0℃，自燃點為481℃，爆炸極限為3.05%～17.0%。

2.2 反應溫度高，放熱量大，易發(fā)生燃燒

丙烯氨氧化是強烈放熱型反應，反應溫度又高，不易控制。若反應熱不能被及時移出，反應器內(nèi)稀相段上就極易發(fā)生燃燒。因為丙烯在濃相段尚有一部分（10%～20%）未轉化，進入稀相段后會進一步反應放熱。當溫度達到物料的自燃點（470℃以上），就可能發(fā)生燃燒。

2.3 原料混合氣具有爆炸性

丙烯氨氧化反應的丙烯和空氣在原料總體積中分別占6.16%和67.7%，即丙烯濃度處在爆炸極限之內(nèi)。這種濃度配比較為有利于反應選擇性、反應速度、節(jié)能和節(jié)省投資，但增加了反應過程著火爆炸的危險程度。

2.4 副反應放熱，增大火災危險性

在丙烯氨氧化反應系統(tǒng)中，除生成丙烯腈外，可能發(fā)生一系列副反應。其副產(chǎn)物有三類，一類是氫化物，如氫氰酸；第二類是有機含氧化合物，如丙烯醛；第三類是深度氧化產(chǎn)物二氧化碳和一氧化碳。副反應均為強放熱反應，增加了反應過程的總熱效應。其中丙烯腈深度氧化為二氧化碳和一氧化碳的反應，是導致反應器稀相段溫度升高發(fā)生燃燒的另一主要原因。

副產(chǎn)物氫氰酸、乙腈和丙烯醛都是可燃有毒物質(zhì)。

原料中的雜質(zhì)可能是使副反應增多的原因之一。

2.5 產(chǎn)物易聚合，堵塞設備管道

產(chǎn)物丙烯腈結構具有雙鍵和共軛體系，易聚合，副產(chǎn)氫氰酸、丙烯醛等；這些副 產(chǎn)物也易自聚，若產(chǎn)物氣體中存在未反應掉的氨，它們在較低溫度下便會聚合。聚合產(chǎn)物會使再沸器、塔和管道發(fā)生堵塞，影響正常生產(chǎn)。此外，氧化溫度若超過500，反應產(chǎn)物會結焦，同樣引起管路堵塞。

2.6 物料易產(chǎn)生靜電，潛在靜電火源

丙烯氨氧化使用的物料為電介質(zhì)。它們在管道內(nèi)高速流動或經(jīng)閥門、噴嘴噴出時會產(chǎn)生靜電，最高靜電電壓可高達萬伏以上，裝置中存在靜電放電引起火災的可能性。

3 防火防爆技術

3.1 加強危險品管理

根據(jù)生產(chǎn)過程中原料、產(chǎn)品和副產(chǎn)物的物理化學性質(zhì)與火災爆炸性質(zhì)，要嚴格按照有關危險品管理規(guī)定采取相應的防火安全措施。例如隔離存放；遠離火源、熱源、電源；避免高溫、日曬；防止磨擦或撞擊等。

3.2 控制原料純度

必須檢驗原料的純度，避免因雜質(zhì)混入導致副反應，引起熱效應增大等不利影響。脫除能使催化劑中毒的硫化物?？諝膺M入反應器前應過渡掉灰塵、水汽、油污等雜質(zhì)，減少著火和爆炸的危險。

3.3 抑制原料混合氣的爆炸危險性

空氣、丙烯與氨的混合器是形成爆炸性混合物的地方。為了保證安全，要使空氣出噴嘴速度遠大于原料可能的火焰?zhèn)鞑ニ俣?。工業(yè)上實用可燃氣體中，氫的火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，但一般也小?0m/s，因此噴嘴處空氣噴出速度達到25～30m/s，就能保證混合器的安全?；旌掀鞣胖迷诜磻鬟M口附近，確保原料氣混合后立即進入反應器，減少可能發(fā)生爆炸的空間。此外，還可采取丙烯、氨和空氣分別進料方式，以避免爆炸性混合物的形成。

3.4 控制反應溫度

反應溫度是丙烯氨氧化工藝控制的主要參數(shù)。生產(chǎn)過程中主要靠及時導出反應器內(nèi)的反應熱來控制溫度為此，工業(yè)上多用內(nèi)設置U形冷卻管的流化床反應器。反應釋放的熱量一部分由反應氣體帶走，大部分是由反應床的冷卻系統(tǒng)所導出。反應器要有足夠的冷卻面積，要確保連續(xù)供給具有穩(wěn)定參數(shù)的冷卻劑。同時通過原料空氣了預熱溫度來微調(diào)節(jié)反應溫度，控制溫度在470℃以下。

3.5 配置安全保護設施

設備系統(tǒng)中應設置氮氣、水蒸汽管線，一是用于保護，二是用于滅火。當丙烯氨氧化反應器的稀相段溫度不斷升高時，應及時噴 入氮氣或水蒸汽。其中水蒸汽有較大熱容，可以將大量反應熱量帶走，避免過熱現(xiàn)象發(fā)生，有利于反應溫度控制。同時水蒸汽或氮氣還能稀釋原料氣中的丙烯防止爆炸。但在通蒸汽量多導致反應器械內(nèi)壓力過高，造成器壁爆破，出現(xiàn)物料大量泄出的危險。

3.6 設置防爆泄壓裝置

為了防止可燃原料氣爆炸或燃燒時危及人身和設備系統(tǒng)，在反應器前的氣態(tài)投料管道上以及放空管上應安裝阻火器，防止回火在整個系統(tǒng)蔓延。在丙烯貯罐、廢熱鍋爐的汽包等有壓設備有安裝防爆片，要求防爆片在設備內(nèi)壓力超過許可壓力25%時保證破裂，以減少爆炸的破壞作用。

3.7 防止設備管路堵塞

減少產(chǎn)物發(fā)生聚合副反應，能有效防止設備管路的堵塞。為了避免氣相中氨存在下低溫聚合，反應氣體產(chǎn)物經(jīng)熱交換后的溫度不宜太低，一般應保證在250℃左右。輕組分塔頂溫度應控制在25～26℃，常壓或稍帶負壓，防止丙烯腈從塔頂被帶入到后部回收系統(tǒng)發(fā)生聚合。

在精制工序為防止聚合，處理物料時，必須加入少量阻聚劑。氫氰酸在堿性介質(zhì)中易聚合，需加酸性阻聚劑：在氣相和液相中氫氰酸均能聚合，對于氣相一般阻聚劑用二氧化硫，液相阻聚劑用醋酸。丙烯腈則在液相聚合，可用對苯二酚作阻聚劑。有少量水存在對丙烯腈也能起阻聚作用。

即使采用阻聚劑，仍可能發(fā)生聚合現(xiàn)象。例如氫氰酸處理塔，在塔內(nèi)死角處，氫氰酸就會聚合；產(chǎn)品塔的塔釜處也易生成聚合物。要定期清除聚合物、焦狀物，防止其堵塞設備和管道。清除方法可用水沖刷器壁表面和管道，用蒸汽吹凈。產(chǎn)品塔可設置兩臺再沸器，以便輪流清洗。

3.8 消除靜電危害

設備接地是最簡單常用，也是最基本的防靜電措施。氧化反應設備與管線必須安裝導除靜電的接地裝置。接地線必須連接牢靠，有足夠的機械強度，要定期進行檢查，避免發(fā)生故障。