苯胺裝置工藝安全因素分析與控制

周 進

(江蘇長榮化工設備有限公司，江蘇 揚州 225128)

苯胺裝置工藝安全因素分析與控制

周 進

(江蘇長榮化工設備有限公司，江蘇 揚州 225128)

硝基苯經過預熱后，與經過預熱的氫氣混合，混合物經過汽化器汽化過熱后進入流化床，以改性銅為催化劑，在250±10℃的條件下發生反應生成苯胺粗品；苯胺粗品經過脫水、精餾得到苯胺成品。苯胺生產過程中存在物料危險性和工藝危險性，主要危險性表現在火災、爆炸、毒害方面。

硝基苯;苯胺;氫氣;火災;爆炸;危險性

1 緒論

苯胺，俗稱阿尼林油。為無色或淡黃色油狀液體，有特殊臭味。相對密度1.02，凝固點-6.2℃，沸點184.4℃，閃點70℃，自燃點615℃。呈弱堿性，微溶于水，與醇、乙醚、苯等多種有機溶劑混溶。

苯胺為丙類火災危險性。屬第6.1類危險化學品(毒害品)，危規號：61746。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限1.3% (下限)；與發煙硝酸接觸立即著火。通過皮膚、呼吸道、消化道吸收引起中毒，吸收率每小時0.2mg/cm2，并隨溫度升高而增加。

1.1 流化床氣相催化加氫法

流化床氣相催化加氫工藝是原料硝基苯經加熱汽化后，與理論量約4倍的氫氣混合，進入裝有銅--硅膠催化劑的流化床反應器中，在250℃左右條件下進行加氫還原反應生成苯胺和水蒸氣，再經冷凝、分離、脫水、精餾得到苯胺產品。

該法較好地改善傳熱狀況，控制反應溫度，避免局部過熱，減少副反應的生成，延長催化劑的使用壽命，不足之處是操作較復雜，催化劑磨損大，裝置建設費用大，操作和維修費用較高。

1.2 催化劑

催化劑是加氫反應的核心，目前硝基苯催化加氫生產苯胺的催化劑主要有兩種類型：一種是銅負載在二氧化硅載體上的CuO/SiO2催化劑，以及加人Cr、Mo等第二組分的改進型催化劑，該類催化劑優點是成本低，選擇性好，缺點是抗毒性差，微量有機硫化物極易使催化劑中毒；另一種是將Pt、Pd 、Rh等金屬負載在氧化鋁、活性炭等載體上的貴金屬催化劑，該類催化劑具有催化活性高，壽命長等優點，但生產成本較高。

2 生產工藝

在查閱研究國內外相關技術資料的基礎上，選擇流化床氣相催化加氫法制苯胺的生產工藝進行分析。

2.1 原料的物性

2.1.1 硝基苯

為淡黃色油狀液體，有苦杏仁味。相對密度1.205，熔點5.8℃，沸點210.85℃，閃點87.8℃，。不溶于水，易溶于醇、醚、苯。

硝基苯為丙類火災危險性。屬第6.1類危險化學品(毒害品)，危規號：61056。 遇明火、高熱能引起燃燒；和硝酸能劇烈反應，并放出大量熱。能通過皮膚、呼吸道或消化道吸收，危害人體的血液系統和神經系統。

2.1.2 氫氣

為無色無臭氣體。相對密度為0.07，熔點為-259.2℃，沸點-252.8℃，自燃點400℃。系強還原劑，與氟、氯、溴等鹵素會劇烈反應。氫氣為甲級火災危險，屬第2.1類危險化學品(易燃氣體)，危規號：21001。極易燃，火焰呈藍色，易擴散和滲透。與空氣形成爆炸性混合物，遇明火即發生爆炸，空氣中爆炸極限4.1%～74.1%，最低點火能0.2×10-4J。

2.2 反應原理

硝基苯在一定的條件下和氫氣在催化劑的作用下發生還原反應生成苯胺，反應方程式為：

2.3 工藝流程

2.3.1 工藝流程敘述

2.3.1.1 硝基苯加氫還原

硝基苯經預熱器預熱后，和經換熱后的氫氣按一定質量比進入汽化器，其混合氣經汽化并加熱，通入流化床，以銅作催化劑，氣態硝基苯在流化床內發生加氫還原反應，控制好流化床內中心溫度。加氫反應產生的熱量經軟水帶至余熱汽包，副產產生1.0～1.5 MPa的飽和蒸汽。流化床頂部出來的混合氣態反應生成物經換熱、冷卻，液相為反應生成的苯胺和水，經分離器分層得到粗品苯胺和苯胺廢水。不凝氣(H2≥90%)少量排放，其余經循環壓縮機壓縮后，和新鮮氫混合循環使用。床內銅催化劑定期進行230℃再生處理。

2.3.1.2 苯胺精制

粗品苯胺經泵從粗苯胺貯罐打到脫水塔頂進料，控制脫水塔釜溫度140℃左右，塔頂溫度85℃左右，塔頂真空度≤0.06 MPa。當脫水塔釜液水分≤0.1%后，從脫水塔釜采出進入精餾塔精餾脫除重組份。控制好塔釜、塔頂溫度及塔內真空度，氣態苯胺從塔頂蒸出，冷凝后得到苯胺成品；塔釜內的重組份定期排放至殘液蒸餾鍋。

3 生產過程存在的危險性分析

因工藝本身存在的危險和設備故障、缺陷或操作失誤等諸多因素的影響，在苯胺生產過程中具有發生火災、爆炸危險性。

(1) 硝基苯預熱、汽化溫度、流化床內反應溫度都高于其閃點(87.8℃)，脫水塔、精餾塔控制溫度均高于苯胺閃點(70℃)，都是高于物料閃點下作業的特殊操作工藝；

(2)流化床超溫很容易接近氫氣的自燃點(400℃)；

(3)流化床內催化劑結塊引起熱量積聚，引起局部超溫引發事故；

(4)余熱汽包超壓導致流化床內床層超溫；

(5)硝基苯中有爆炸危險性的微量硝基苯酚在汽化器內富集；

(6) 流化床頂部尾氣(含氫≥90%)放空時，受雷擊或明火引起著火；

(7)流化床開車投料時，硝基苯投料過大、過快，引起流化床內飛溫。這是苯胺生產過程中流化床爆炸事故的主要原因之一；

(8)流化床內催化劑跑損或循環氣帶液，積存在氫壓機內，引起壓縮機事故并引發連鎖反應；

(9)苯胺脫水、精餾都在負壓、高于苯胺閃點等特殊工藝條件下操作，如設備密封不佳，大量吸入空氣引起燃燒爆炸事故；

(10) 生產過程中靜電、明火、摩擦、撞擊引起火災、爆炸事故。

4 重要生產裝置的危險性分析及對策

苯胺生產工藝流程分兩部分：硝基苯催化還原工序；粗苯胺精制及苯胺水回收處理工序。其中氫氣柜、氫壓機、硝基苯汽化器、流化床反應器、氫氣換熱器等設備均處于正壓操作，應防止發生泄漏引起火災爆炸，污染環境造成人員傷亡；粗苯胺精制系統重點要防止跑料和蒸干塔釜及堵管。

⑴ 氫氣柜系統

氫氣柜的主要作用是起緩沖作用，減少波動，穩定各生產系統。氫氣柜在保障苯胺生產安全中的地位越發重要，氣柜本身的狀況直接關系到苯胺生產的安危，在大修時對氣柜自身存在的缺陷進行了整改，用DCS系統監測氣柜浮筒的浮動液位，并有上下限報警，又有電腦監視系統，相對降低了自身風險。

⑵ 氫壓機系統

氫壓機是苯胺生產的心臟，以我現在所工作的苯胺工段產能2萬/年裝置為例，共有7臺氫壓機。苯胺生產是長周期連續運行，任何一臺氫壓機都要保持完好穩定運行及備用狀態。苯胺生產的重要工藝參數之一是氫油比，若氫壓機輸出氫量低于標準，將造成局部反應溫度過高，輕者造成催化劑燒結，嚴重后果則是火災和爆炸。

⑶ 硝基苯汽化系統

液態硝基苯經預熱器加熱到180～190℃，進入汽化器，降膜蒸發氣化過熱雖然只是物理過程，但是設計不合理、管理不善，同樣會發生嚴重事故。所以一定要杜絕預熱汽化裝置超溫超壓。

⑷ 流化床反應器系統

流化床反應器是苯胺生產的主要設備中的核心設備，硝基苯和氫氣在流化床中遇到催化劑瞬間即反應放出大量熱，反應物料有毒、有害、易燃易爆，且操作在帶壓高溫下進行，冷卻系統的操作要穩定并及時移走反應熱，一旦反應失控，輕者超溫燒毀催化劑，重則物料泄漏釀成大禍。

⑸ 精餾回收后處理系統

該系統是純物理加工系統，基本無化學反應，脫水精餾采用負壓操作，物料基本對設備無腐蝕，回收系統常壓操作，苯胺有毒、有害、易燃易爆，生產過程中發生最多的事故是殘液蒸得過干，造成堵管和溢料，污染環境及造成人員中毒。所以一定要杜絕干塔事故的發生。

5 結論

苯胺生產盡管工藝控制的安全要求很高，但只要將各項影響安全的因素控制好，整個生產過程還是比較穩定，其中的關鍵因素包括設備的維護，特別是重要設備的日常監控和維護必須到位；嚴格執行好各項安全技控指標；做好操作人員的培訓，特別是應急預案的演練，必須保證做到人人過關等。

[1] 汪智國，景 山，魏 飛.硝基苯在湍動流化床加氫制取苯胺[J].化學反應工程與工藝,2001(3): 278-281.

[2] 羅袆青，孫長江.苯胺精餾過程優化模擬系統[J].化工科技，2004(2): 50-53.

[3] 杜 昶，朱靜波.硝基苯還原生產苯胺安全性評價[J].浙江化工，2006，37(7): 11-13.

(本文文獻格式：周 進.苯胺裝置工藝安全因素分析與控制[J].山東化工，2016，45(08)：137-138.)

Analysis and Control of Aniline Plant Process Safety Factors

Zhou Jin

(Jiangsu Changrong Chemical Equipment Co.，Ltd.,Yangzhou 225128,China)

nitrobenzene is preheated, and after preheated mixture of hydrogen mixture after vaporization carburetor heat into the fluidized bed, changed to copper as catalyst, in 250 plus or minus 10 DEG C under the condition of occurrence crude reaction of aniline; crude aniline by dehydration, distillation obtained amine benzene product. There are material risk and process risk of aniline production process, mainly manifested in the risk of fire and explosion, poison.

nitrobenzene;aniline;hydrogen; fire; explosion; hazard

2016-02-29

周 進(1982—)，大學本科，過程裝備與控制專業，江蘇長榮化工設備有限公司，項目工程師。

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1008-021X(2016)08-0137-02