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論文精選

淺議化工工藝過程對生產安全的影響
作者:楊杰   來源:中國安全生產網 發布時間:2014-03-17 11:35:28  瀏覽次數:

        2011年12月1日起施行的《危險化學品生產企業安全生產許可證實施辦法》(國家安監總局令 第41號)第九條第(二)項規定:國內首次采用的工藝必須經過省級人民政府有關部門組織安全可靠性論證。筆者作為一名負責危險化學品建設項目安全許可工作的基層工作者,粗淺談一些化工工藝過程對生產安全影響的看法。

  一、工藝路線的影響

  不同的工藝路線,必然有不同的反應方程式、反應過程、操作條件和反應設備等。如氯乙烯合成,可以用電石加水制乙炔,再用乙炔和氯化氫加成合成,也可以用乙烯氧氯化合成;一氯甲烷的合成,可以用甲烷(天然氣)氯化制取,也可以用甲醇和HCl合成;乙醇生產,可以由淀粉類物質發酵生產,也可以用乙烯水合法制取。

  以上列舉的工藝路線都有了工業化的應用。如果拋開原料的來源、技術經濟性等問題不談,制取上述三種物質每種工藝的安全可靠性都有本質差別。

  氯乙烯合成過程,如果采用乙炔和氯化氫加成法,原理如下:CaC2 + 2H2O→Ca(OH)2 +C2H2,C2H2+HCl→CH2CHCl,兩步反應,且不涉及危險工藝,但乙炔和乙烯相比更加活潑。二乙烯氧氯化法生產氯乙烯,包括三步反應:(1)乙烯直接氯化CH2=CH2 +Cl2→CH2ClCH2Cl,(2)二氯乙烷裂解2CH2ClCH2Cl→2CH2=CHCl + 2HCl,(3)乙烯氧氯化CH2=CH2 +2HCl +O2→CH2ClCH2Cl+H2O,總反應式2CH2=CH2 + Cl2+O2→ 2CH2=CHCl+H2O,工藝流程長,發生副反應的可能較大,且分別涉及氯化、裂解、氧化三種危險工藝。

  一氯甲烷的合成過程,如果采用甲烷氯化方法,涉及氯化危險工藝,且有可能發生副反應,生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷;而如果用甲醇和HCl合成,一般為液相反應,副反應較少,縮短了產物精制的流程。

  乙醇的生產過程,采用乙烯水合法制取,乙烯是易燃的氣體,性質活潑,目前已工業化的氣相法,反應溫度約250℃,反應壓力約7MPa,以磷酸硅藻土為催化劑,轉化率較低,有生成二乙醚和乙醛的副反應發生。而發酵法生產乙醇,只要確保發酵的菌種純凈,在比較溫和的條件下即能將淀粉轉化為乙醇,再經精制即可得到產品,整個過程只涉及產品乙醇一種危險化學品,相對前一種路線,風險較小。

  如果再具體到醫藥中間體等某一種精細化工產品,因其工藝流程更加冗長、復雜,涉及到多種工藝路線的排列組合,工藝路線對生產安全的影響亦千變萬化。

  二、原料選用的影響

  原料是化工產品生產的物質基礎,即便是相同的工藝路線,原料及輔助材料比如催化劑,不但可以直接影響產品的收率、技術水平,還對工藝的本質安全條件有重要影響。比如永固紫生產工藝中,咔唑的烷基化,可以用溴乙烷也可以用氯乙烷,兩者的性質相似,但反應條件完全不同。

  首先,原料性質的影響。原料的引燃溫度、閃點、爆炸極限等性質決定著物料發生火災爆炸的可能性;原料的穩定性決定著物質儲存的安全性,也決定著反應條件苛刻與否;原料的半致死濃度決定著其毒性;原料的純度決定了精制或預處理的方法,操作步驟越多,本質安全條件越低;原料的色、態、味等物理性質對安全生產條件也有影響:如使用固體原料,有產生粉塵的可能,一是粉塵易由靜電危害釀成爆炸事故,二是粉塵防護不當可造成塵肺病等職業??;如使用氣體原料和液體原料相比,一旦泄漏,氣體擴散的速度更快,造成燃爆或毒害的危害更大。再如,同屬易燃氣體的一氧化碳(危規號21005)和硫化氫(危規號21006)都能造成火災爆炸、中毒事故,但前者無味,后者低濃度時有臭雞蛋氣味,如果泄漏,后者更易引起警覺。因此原料的選擇,對化工生產過程的本質安全水平有重要的影響,應盡可能選擇無毒、無害,化學性質穩定的原料。

  其次,催化劑不僅決定著化學反應速率,而且能影響化學反應的安全。催化劑性質的不穩定,易導致化學反應速率不穩定,過快的反應易造成超溫、超壓的危險;過慢的反應使得大量的反應原料積聚,當滿足一定條件時就會發生劇烈反應。此外,催化劑還能影響化學反應的選擇性,如發生大量的副反應,不僅得不到期待的主產物,收率降低,而且會產生大量的副產物,由副產物引發事故。如硝化工藝,一旦硝酸發生氧化還原反應,生成氮氧化物,有可能因為氮氧化物的產生導致中毒事故。再如用苯酚和丙酮合成雙酚-A,使用硫酸作催化劑一般為間歇生產,使用氯化氫作催化劑可以連續生產,兩種完全不同的操作方法其安全風險完全不同。

  鑒于化工產品的開發研制,其實是一個相當復雜的過程,工藝的研發還涉及到過程放大,設備選型等方面,筆者在此略舉幾例說明化工工藝路線選擇對生產安全的影響,以期引起從事化工產品研發人員的重視,在工藝路線選擇的時候盡可能選用無毒無害原料,盡可能簡化縮短工藝流程,盡可能采用先進工藝減少副反應發生,盡可能綜合利用、閉合循環,以實現化工生產的本質安全。

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