丁醇精餾過程中的安全與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

韓為寧(山東華魯恒升集團(tuán)德化設(shè)計(jì)研究有限公司，山東 德州 253024)

0 引言

丁醇精餾是去除丁醇中雜質(zhì)的一種常用生產(chǎn)技術(shù)，通常要使用精餾塔進(jìn)行精餾作業(yè)，在生產(chǎn)中由于丁醇精餾環(huán)境因素的影響，會(huì)存在一些風(fēng)險(xiǎn)因素。因此，必須就這些風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行全面分析，才能夠制定完善的丁醇精餾安全管控方案。

1 丁醇精餾生產(chǎn)工藝分析

丁醇是常見有機(jī)化合物中醇類的一種，其化工生產(chǎn)方法較為多樣，如：丙烯羥基合成方法、巴豆醛加氫方法、丁醛加氫方法等。而具體采用哪種方法，需依據(jù)生產(chǎn)中的具體情況進(jìn)行選擇。但在上述方法中，丙烯低壓羥基合成方法是當(dāng)前化工行業(yè)最常見的生產(chǎn)丁醇的方法。該方法成本低，操作簡(jiǎn)單，催化劑用量少，原材料轉(zhuǎn)化率高，化學(xué)反應(yīng)所需要的溫度較低，所以該生產(chǎn)工藝具備較強(qiáng)的安全性。其整個(gè)生產(chǎn)過程通過將丙烯氣體以及合成氣體在柱形反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，將反應(yīng)生成的混合丁醛進(jìn)行催化，然后對(duì)丁醛進(jìn)行加氫反應(yīng)得到正丁醇。通過一系列化學(xué)反應(yīng)生成的丁醇，經(jīng)過預(yù)分離塔脫重組分塔以及丁醇分離塔最終得到正丁醇。通過對(duì)這一整套流程的不同化學(xué)單元進(jìn)行分析，能夠保證丁醇在生產(chǎn)過程中的安全和防控工作。其中凈化單元的原理是通過預(yù)熱一氧化碳和氫氣組成的合成氣，然后將合成氣送入凈化裝置，去除氣體中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)，提高氣體的純度。提純凈化后的合成氣體進(jìn)入羥基合成反應(yīng)器。與同樣經(jīng)過提純凈化后的丙烯進(jìn)行反應(yīng)。此后，還包括丁醇精餾單元以及醛基合成單元和丁醛催化加氫單元等多個(gè)單元。

丁醇精餾單元中通過換熱器對(duì)來自丁醇儲(chǔ)罐中的混合液體進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的丁醇進(jìn)入分離塔完成丁醇和丙烷，丙烯等成分的分離。此時(shí)密度較小的物質(zhì)如丙烯丙烷，會(huì)從分離塔的頂部排出。密度較大的物質(zhì)如初丁醇會(huì)沉入分離塔底部。此后經(jīng)過脫重分離塔以及正異分離塔，得到精度極高的異丁醇和正丁醇。以上就是丁醇精餾單元的全部生產(chǎn)流程。

2 丁醇精餾生產(chǎn)主要危險(xiǎn)物分析

因?yàn)槎〈嫉幕瘜W(xué)特性，使其在精餾生產(chǎn)過程中伴隨產(chǎn)生的其他化學(xué)物質(zhì)都具備較高的危險(xiǎn)性。為避免精餾生產(chǎn)過程中引發(fā)安全事故，應(yīng)對(duì)該生產(chǎn)流程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與安全預(yù)防工作，針對(duì)不同的化學(xué)物質(zhì)需要進(jìn)行不同安全措施。

2.1 丙烷

在丁醇精餾過程中，丙烷是主要的合成原料。丙烷具有易燃易爆以及毒性等特性。在丁醇精餾過程中，主要存在于羥基合成裝置。火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為甲級(jí)，爆炸極限在2.0%～9.5%之間。

2.2 丙烯

丙烯的火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為丙級(jí)。丙烯在溫度較高或強(qiáng)氧化劑環(huán)境下，以及遇到明火都可能引發(fā)爆炸。在丁醇精餾環(huán)節(jié)中，丙烯主要存在于原料罐以及羥基合成反應(yīng)器中丙烯同樣具有低毒性。

2.3 異丁醇

異丁醇在丁醇精餾過程中主要分布在脫重組分精餾塔和異丁醇儲(chǔ)罐中，火災(zāi)等級(jí)丙級(jí)，爆炸極限為1.7%，異丁醇較大刺激性，低毒性以及易燃易爆的化學(xué)特性。

2.4 丁醛

丁醛在丁醇精餾生產(chǎn)過程中，主要存在于丁醛儲(chǔ)罐中以及丁醇加氫反應(yīng)器中。該物質(zhì)的火災(zāi)等級(jí)為甲級(jí)。具有刺激性強(qiáng)以及低毒性，強(qiáng)還原性以及易燃易爆的化學(xué)特性，其爆炸極限為1.9%～12.5%。

2.5 丁酸丁酯

丁酸丁酯在丁醇精餾生產(chǎn)過程中存在于丁醛加氫反應(yīng)器中，具備較強(qiáng)刺激性以及微毒性和易燃易爆的化學(xué)特性，火災(zāi)等級(jí)為丙級(jí)。

2.6 丁醇

丁醇是丁醇精餾生產(chǎn)過程中的終極產(chǎn)物，具有一定的刺激性以及易燃易爆和低毒性的化學(xué)特性。爆炸極限為1.4%～11.2%。丁醇主要集中在脫重組，分精餾塔以及丁醇儲(chǔ)罐中。

3 丁醇精餾過程安全分析

化工行業(yè)主要通過化工生產(chǎn)滿足社會(huì)各行各業(yè)在日常生產(chǎn)中所需要的化工產(chǎn)品。在化工生產(chǎn)的過程當(dāng)中，因?yàn)楦鞣N易燃易爆或者具有毒性的原材料或者化工產(chǎn)品給生產(chǎn)帶來了較大的安全隱患。例如丁醇除了可以用作燃料用途外，也可以作為化學(xué)溶劑之用。因?yàn)槠渚邆漭^強(qiáng)的刺激性以及容易燃燒的化學(xué)特性，當(dāng)人體接觸丁醇后，會(huì)在呼吸道以及眼部出現(xiàn)較為明顯的反應(yīng)。長(zhǎng)時(shí)間接觸還會(huì)出現(xiàn)頭疼眩暈等癥狀。因化工生產(chǎn)的復(fù)雜性，使得設(shè)備長(zhǎng)期接觸化學(xué)原料或化工產(chǎn)品很容易出現(xiàn)各式各樣的問題，因此加劇了化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。

精餾過程中的安全分析歸納總結(jié)為以下方面：(1)要對(duì)精餾過程中的危險(xiǎn)物質(zhì)進(jìn)行識(shí)別。(2)對(duì)丁醇精餾過程中設(shè)備的安全性進(jìn)行評(píng)估。因丁醇精餾期間涉及的容器設(shè)備較多，因此在操作過程中對(duì)其中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行安全控制，保證各個(gè)環(huán)節(jié)能在符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的情況下進(jìn)行操作。同時(shí)在操作過程中，應(yīng)了解各類常見的化學(xué)產(chǎn)品危險(xiǎn)特性。例如泄漏情況，當(dāng)塔底出現(xiàn)泄漏會(huì)引發(fā)火災(zāi)以及中毒，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)爆炸。塔底泄漏常見的故障原因是在進(jìn)行精餾反應(yīng)之前，對(duì)設(shè)備的檢查不夠細(xì)致或設(shè)備本身存在故障。這些問題大多是由工作人員在工作時(shí)沒有嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范以及必要的流程所造成的。因此需要在化工生產(chǎn)過程中，對(duì)操作人員的操作規(guī)范和操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，防止這些人為的錯(cuò)誤引發(fā)安全事故。(3)對(duì)丁醇精餾期間危險(xiǎn)因素的分析與評(píng)價(jià)。丁醇精餾過程中的危險(xiǎn)因素主要集中在低沸和高沸塔，以及化工原料的輸送管等相關(guān)設(shè)備。低位塔應(yīng)當(dāng)注意溫度控制，如果溫度過低，使其塔內(nèi)的蒸發(fā)效果不夠?qū)е履承┪镔|(zhì)沒有完全蒸發(fā)，會(huì)影響丁醇的精度。如果溫度過高會(huì)使得低配塔中的壓力增加，可能會(huì)出現(xiàn)超壓的問題。而高配塔同樣需要對(duì)溫度進(jìn)行控制，這需要對(duì)溫度和壓力進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。同時(shí)要對(duì)丁醇輸送管道進(jìn)行監(jiān)控和檢查，防止出現(xiàn)泄漏情況[2]。因?yàn)槎〈嫉男孤┦欠浅?yán)重的安全事故，會(huì)引發(fā)火災(zāi)和爆炸。在對(duì)丁醇精餾過程進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)找準(zhǔn)方向，并通過各種角度進(jìn)行安全工作的防范與管理。要對(duì)丁醇精餾期間的各項(xiàng)安全參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，以避免出現(xiàn)泄漏情況。應(yīng)按照操作規(guī)范針對(duì)不同參數(shù)進(jìn)行操作，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行各個(gè)流程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。評(píng)估內(nèi)容主要是針對(duì)不同環(huán)節(jié)的危險(xiǎn)出現(xiàn)的概率，并建立相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案。

4 丁醇精餾環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

丁醇精餾過程除了可能出現(xiàn)各類安全風(fēng)險(xiǎn)之外，還可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。當(dāng)丁醇生產(chǎn)環(huán)境出現(xiàn)了氣體泄漏，就會(huì)造成空氣污染。對(duì)丁醇精餾環(huán)境的評(píng)估是綜合了各類風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估而進(jìn)行的，對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)所造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)了解。在進(jìn)行安全環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估之前，應(yīng)該對(duì)項(xiàng)目所在的地區(qū)的氣候以及地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行全面總結(jié)[3]。要將不同原料可能造成的環(huán)境污染進(jìn)行分類，如丁醇丁醛的泄漏會(huì)對(duì)環(huán)境造成哪些風(fēng)險(xiǎn)要進(jìn)行掌握。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還要考慮氣體泄漏對(duì)化工廠周邊人們身體健康的影響。條件較好的化工廠應(yīng)對(duì)丁醇精餾建立風(fēng)險(xiǎn)模型，將地區(qū)環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)加入風(fēng)險(xiǎn)模型中，提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的有效性。

某化工廠在建立了高斯煙羽模型之后，通過該模型對(duì)丁醇可能對(duì)環(huán)境造成的影響進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)丁醇的不同泄漏情況對(duì)地區(qū)環(huán)境造成的影響。該化工廠平面布置圖如圖1所示。

圖1 該化工廠平面布置圖

丁醇泄漏速度計(jì)算公式如下：

根據(jù)該公式的計(jì)算可知，該化工廠一旦發(fā)生丁醇泄漏，泄漏速度為4.05 kg/s。項(xiàng)目區(qū)半徑在350 m會(huì)出現(xiàn)輕傷情況。當(dāng)項(xiàng)目區(qū)半徑為115 m時(shí)，會(huì)出現(xiàn)死亡的情況。通過對(duì)丁醇可能出現(xiàn)的爆炸情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估時(shí)，得出的結(jié)果是丁醇在爆炸后，死亡半徑為60.9 m。輕傷半徑為273.4 m，財(cái)產(chǎn)損失半徑為117.4 m。丁醇精餾環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估作用是通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行管理措施的設(shè)置，通過通風(fēng)設(shè)備來減少發(fā)生泄漏事故的幾率。還應(yīng)對(duì)化工生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的氣體檢測(cè)進(jìn)行完善，同時(shí)應(yīng)增加防爆裝置來降低安全隱患。

5 結(jié)語

總之，在丁醇精餾生產(chǎn)中安全管控的難度較高，因此必須根據(jù)化工生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)分析，并做好安全風(fēng)險(xiǎn)針對(duì)性管控措施的部署與落實(shí)，才能夠切實(shí)提升丁醇精餾生產(chǎn)的安全管控效果。在實(shí)際丁醇生產(chǎn)過程中，必須做好該環(huán)節(jié)安全管控風(fēng)險(xiǎn)的分析與前期評(píng)價(jià)，尤其應(yīng)對(duì)各環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)的危害進(jìn)行分析，在生產(chǎn)安全管理與技術(shù)培訓(xùn)時(shí)要將這些分析數(shù)據(jù)告知生產(chǎn)操作人員，使之提升安全控制意識(shí)，提升生產(chǎn)中各種環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制的效力，為丁醇安全生產(chǎn)提供保障。