- 硝基苯等化學(xué)品用間歇或半間歇釜式硝化工藝改造方向——《淘汰落后危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)工藝技術(shù)設(shè)備目錄(第二批)》解讀之四
- 發(fā)布日期：2024-04-08
| 發(fā)布機(jī)構(gòu) |
中國化工報(bào) |
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制發(fā)日期 |
2024-04-08 |
硝化反應(yīng)是染料、炸藥及一些醫(yī)藥、農(nóng)藥產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的重要反應(yīng)步驟。應(yīng)急管理部近日公布的《淘汰落后危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)工藝技術(shù)設(shè)備目錄(第二批)》(以下簡稱《目錄》)，明確提出禁止硝基苯等27種化學(xué)品生產(chǎn)過程中采用間歇或半間歇釜式硝化工藝，要求兩年內(nèi)改造完畢。
淘汰原因：容易引發(fā)安全事故
間歇硝化工藝為分批式操作，每一批次反應(yīng)物料全部加入反應(yīng)釜中，反應(yīng)一定時(shí)間后全部取出轉(zhuǎn)入下一工序。在此過程中，投料、反應(yīng)時(shí)間和溫度的控制、放料等都由人工掌控。操作人員很難做到每一次操作的參數(shù)完全一樣，不僅導(dǎo)致不同批次產(chǎn)品質(zhì)量有波動(dòng)，更會(huì)因操作人員一點(diǎn)疏忽，造成生產(chǎn)安全事故。
半間歇硝化工藝是將一部分物料投入反應(yīng)釜，另一部分物料采用連續(xù)的方式加入，反應(yīng)結(jié)束后放料。但半間歇硝化工藝仍然采用釜式反應(yīng)，持液量大，在操作過程中也存在滴加過量、攪拌故障、傳熱失效等風(fēng)險(xiǎn)，易生成局部熱點(diǎn)，具有爆炸危險(xiǎn)性。
間歇或半間歇硝化反應(yīng)易發(fā)生副反應(yīng)和過反應(yīng)，直接影響生產(chǎn)安全，尤其是二硝、三硝的爆炸風(fēng)險(xiǎn)會(huì)急劇增加。此外，間歇或半間歇硝化反應(yīng)釜的攪拌裝置非常重要，如果反應(yīng)過程中攪拌停止，硝化反應(yīng)不均勻，容易產(chǎn)生局部熱點(diǎn)引發(fā)爆炸。而攪拌器采用甘油或普通機(jī)油等作為潤滑劑，機(jī)油與硝酸等物料混合，有可能發(fā)生硝化反應(yīng)而造成爆炸。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來發(fā)生的硝化安全事故中，企業(yè)多采用間歇釜式硝化工藝。
替代工藝：連續(xù)化改造是方向
為提高工藝過程傳質(zhì)傳熱能力，減少反應(yīng)器內(nèi)熱量積累現(xiàn)象，進(jìn)一步提高硝化工藝的安全性，硝化工藝的主流發(fā)展方向是進(jìn)行連續(xù)化改造，降低人工誤操作引發(fā)安全事故的幾率。微通道反應(yīng)器、管式反應(yīng)器或連續(xù)釜式硝化生產(chǎn)工藝可作為替代工藝。
連續(xù)釜式硝化工藝將傳統(tǒng)的單釜間歇硝化改為串聯(lián)多釜連續(xù)硝化，操作流程連續(xù)，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了物料、熱量的連續(xù)流動(dòng)，提高了工藝安全性。
管式反應(yīng)器硝化工藝是未來的工藝趨勢之一，目前很多高校和研究機(jī)構(gòu)正在積極開發(fā)。根據(jù)流動(dòng)形式，可以分為管式反應(yīng)器、動(dòng)態(tài)管式反應(yīng)器和環(huán)形反應(yīng)器。其中，環(huán)形反應(yīng)器與傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器相比，比表面積更大，能夠彌補(bǔ)硝化釜內(nèi)移熱面積不足的問題，增強(qiáng)硝化反應(yīng)階段的移熱能力，有效控制和緩解硝化反應(yīng)“飛溫”現(xiàn)象。
微通道反應(yīng)器是一種依托于微加工技術(shù)，集混合、換熱、反應(yīng)、分離操作單元為一體的新型管道反應(yīng)器。與釜式硝化相比，微通道反應(yīng)器可以使極端條件下的反應(yīng)變得溫和可控，避免“飛溫”和爆炸事故發(fā)生;還可以控制反應(yīng)時(shí)間，使串聯(lián)反應(yīng)在秒級和毫秒級時(shí)間內(nèi)終止，避免副反應(yīng)發(fā)生。
改造建議：開展本質(zhì)安全設(shè)計(jì)
《目錄》中提及的硝基苯等27種化學(xué)品的生產(chǎn)過程，均有采用替代工藝實(shí)施改造的成功案例。
間歇或半間歇釜式工藝在改造中要注意掌握原料、主產(chǎn)物、副產(chǎn)物和各種雜質(zhì)的理化性質(zhì);從硝化反應(yīng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等方面開展工藝技術(shù)基礎(chǔ)研究，開展反應(yīng)安全風(fēng)險(xiǎn)評估，全面分析反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)數(shù)據(jù)，明確工藝過程的風(fēng)險(xiǎn)等級;選擇有資質(zhì)、有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)單位，評估微通道反應(yīng)器、管式反應(yīng)器或連續(xù)釜式硝化等替代工藝的可行性，開展本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，實(shí)施全流程自動(dòng)化控制。
同時(shí)，硝化企業(yè)還應(yīng)根據(jù)硝化反應(yīng)的特點(diǎn)，實(shí)行本質(zhì)安全策略，按照“最小化、替代、緩和、簡化”的原則，減少反應(yīng)失控風(fēng)險(xiǎn)，保證硝化過程的本質(zhì)安全。針對目前尚未實(shí)現(xiàn)連續(xù)流硝化工藝的產(chǎn)品，企業(yè)應(yīng)積極開展技術(shù)攻關(guān)。比如，硝基蒽醌、硝基萘、永固紫等硝化產(chǎn)品黏度較大，反應(yīng)過程有固體結(jié)晶產(chǎn)生，不適合采用微通道反應(yīng)器，可嘗試進(jìn)行動(dòng)態(tài)管式反應(yīng)器研究，或進(jìn)行釜式連續(xù)工藝改造。針對目前國內(nèi)很多硝化生產(chǎn)裝置自動(dòng)化水平普遍不高的現(xiàn)狀，借助此次淘汰落后工藝的契機(jī)，開展全流程自動(dòng)化改造工作，全面提升硝化行業(yè)的自動(dòng)化控制水平和本質(zhì)安全水平。
