己內酰胺加氫精制工藝危險性分析與控制措施

蘆建國

（潞安集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400）

0 引言

在合成纖維、工程塑料領域中，己內酰胺是一種重要的有機化工原材料[1]。其通過聚合工藝生成聚酰胺后，聚酰胺大部分用于制備聚酰胺-6 纖維（尼龍-6），按用途分為民用絲和工業用絲；聚酰胺一小部分用作制聚酰胺塑料（工程塑料）；也可用于制備其他有機化合物或與其他有機物共聚，例如制備環己胺，合成賴氨酸等，用途十分廣泛。同時其產品性能良好，強度、耐磨性等均較好。

己內酰胺裝置原料種類繁多、工藝流程復雜，反應過程中會生成30 多種雜質[2]。這些雜質會嚴重影響產品質量，進而影響聚酰胺-6 質量，影響下游行業的發展。己內酰胺加氫精制工藝就是通過加氫反應，最終實現將這些與己內酰胺相似性質的不飽和雜質脫除。

由于己內酰胺加氫精制過程中使用到苯、環己烷、氫氣等原料，故其生產的整個過程，具有易燃燒、易爆炸、有毒性等特點。因此，有必要進行危險性分析，通過危險性分析，掌握生產過程中的危害和危險因素影響，采取必要的預防措施，確保生產整個過程的安全性和穩定性。

1 己內酰胺加氫精制工藝

1.1 己內酰胺工藝流程簡述

己內酰胺裝置工藝流程主要包括三個環節：環己酮肟工段、硫酸銨工段和己內酰胺加氫精制工段。環己酮肟工段利用原料環己酮、氨和雙氧水等在低壓下，由鈦硅分子篩反應催化直接制取環己酮肟，然后通過萃取水洗技術、精餾等系統后，再以環己酮肟為原料，在發煙硫酸存在下經貝克曼法分離重排，獲得己內酰胺重排液。

硫銨工段將環己酮肟工段來的重排液中的硫酸和己內酰胺溶液進行分離，用氨水把重排液中的硫酸進行中和，得到副產物硫銨，通過離心分離、干燥后送包裝單元包裝；沉降分離出的酰胺溶液送精制工段精制，得到己內酰胺。

己內酰胺精制過程主要經過4 個步驟，分別為萃取分離、離子交換、加氫精制、蒸發蒸餾，最終得到己內酰胺成品。具體工藝過程見圖1。

圖1 己內酰胺工藝流程圖

1.2 己內酰胺加氫工藝流程及重要性

己內酰胺加氫精制反應主要設備為加氫反應器。在一定溫度、壓力條件下，己內酰胺水溶液進入加氫反應器中進行反應，反應器中配有攪拌器，攪拌器實現充分混合作用。加氫過程使得不飽和雜質變成飽和雜質，后續單元利用雜質與己內酰胺沸點不同通過蒸發，實現雜質與己內酰胺的分離。

己內酰胺裝置生產過程中，涉及的原料品種非常多，工藝流程長且復雜，伴隨著生產，產生的各種雜質也非常多，這些雜質直接影響著己內酰胺產品品質。己內酰胺精制工段可將這些與己內酰胺相似性質的不飽和雜質脫除，因此己內酰胺精制工段必不可少。又因為己內酰胺精制工段是通過加氫反應實現雜質脫除的，同時在己內酰胺精制過程中又使用到了各種化工原料，例如苯、環己烷、氫氣等，故己內酰胺精制過程具有易燃燒、易爆炸、且有毒等特點，屬于危險工藝。如果不重視，隨意操作，很有可能釀成重大事故。所以，提前對其物料及工藝進行危險性分析，有利于明確己內酰胺精制過程中的危害和危險因素，提前采取必要的防范措施，可保證化工生產過程的安全穩定。

2 加氫工藝主要物料危險性分析

2.1 苯

在常溫下，苯是有強烈芳香氣味的無色透明液體。苯的沸點為80.1 ℃，閃點為-11 ℃，爆炸上限是8.0%，爆炸下限是1.2%，點火溫度為560 ℃。苯具有易燃燒、易爆炸、易揮發、易中毒等特點。其中易燃燒、易爆炸是苯蒸汽與空氣混合，形成爆炸性混合物后，如果遇到明火或者高熱都極容易發生燃燒爆炸；苯易揮發，是苯蒸汽能擴散到很遠的距離；苯有毒，同時有致癌可能性。

2.2 氫氣

氫氣是無色無味氣體，其相對密度為0.07，自燃點是570 ℃，閃點小于-50 ℃，爆炸上限為75%，爆炸下限為4%。氫氣的爆炸范圍非常寬泛，非常容易發生爆炸燃燒。氫氣比空氣輕，一般發生泄漏后，氫氣會逐漸上升積聚在室內屋頂，當有火花出現，瞬間發生爆炸。

2.3 其他

1）己內酰胺：有低毒、可燃燒等特點。己內酰胺會造成人的皮膚損害，發生全身性皮炎，長期接觸有可能引起神衰綜合征。受到高熱后會分解，產生氮氧化物，造成人體中毒。己內酰胺遇到高熱、明火或與氧化劑接觸等情況，都會有引起燃燒的危險。如果己內酰胺粉塵和空氣混合，當達到爆炸濃度時，遇到火星等會立即爆炸。

2）環己烷：爆炸極限是1.31%～8.35%，易燃易爆。環己烷對人的皮膚有輕度刺激作用，如長期吸入，人會發生麻醉癥狀，如頭暈、惡心等一些現象。

3）硝酸：有酸性腐蝕性。硝酸蒸氣對人會產生刺激作用，例如上呼吸道等都會有被刺激的癥狀，皮膚接觸己內酰胺，會引起皮膚灼傷。

4）氫氧化鈉：堿性腐蝕。氫氧化鈉對部分金屬有腐蝕性，例如鋅及其合金、鋁、鋅等。氫氧化鈉有分解蛋白質的作用，人體接觸可引起皮膚化學灼傷，長期接觸氫氧化鈉稀溶液會造成皮膚問題，如皮炎、慢性濕疹等，高濃度氫氧化鈉會造成皮膚的局部劇烈腐蝕。

3 工藝過程危險性分析

從己內酰胺加氫精制的工藝流程來看，己內酰胺加氫精制過程中的主要危險源是加氫反應。在催化劑的作用下，己內酰胺溶液與氫氣發生加氫反應。

在石油化工生產中，原料在催化劑和氫氣的作用下發生脫硫、脫氮或去不飽和鍵、烯烴或者使原料發生裂解反應時稱為加氫反應。

加氫反應的危險性包括以下幾點：

1）爆炸、火災。加氫反應是在高溫高壓條件下，大量的氫氣環境下進行，如果發生意外，例如操作錯誤或設備損壞導致氫氣泄漏，就容易發生爆炸、火災。

2）氫脆。加氫反應是一種強烈的放熱反應，氫在高溫下與鋼材接觸，鋼材中的碳分子容易與氫氣反應生成碳氫化合物，從而降低鋼制設備的強度，引起氫脆[3]。

4 安全控制防范措施

4.1 設計上

化工裝置首先通過工程設計進行全盤考慮，工程設計是化工生產的第一步，工程設計的好壞會直接影響到化工項目的投資和今后效益，化工裝置是否能安全生產首先由工程設計決定。

化工生產較為復雜，通常具有高溫度、高壓力、易燃燒、易爆炸以及易中毒、有腐蝕性、有刺激性等危險危害因素特點。化工生產自動化操作是實現化工裝置高產量、優品質、長周期穩定運行的必要手段。通過自動化操作可以嚴格控制工藝指標，避免手動誤操作，可以降低勞動強度、改善作業環境。己內酰胺加氫精制采用單參數控制、分程控制和串級控制等多種控制方案實現自控。同時安裝在線分析儀、可燃有毒氣體檢測儀，及時發現系統中危險物料的含量和濃度，以保證化工裝置安全穩定生產，避免發生人員中毒、傷亡事故。

4.2 設備上

在己內酰胺加氫精制工段防爆區內設置隔熱、防噪聲等保護措施，完善所有金屬設備、管道等配套。對加氫反應器、高轉速機泵、危化品儲罐、氫氣管線以及控制儀表等，需定期檢查檢修，排查隱患，發現立即處理。大修前應提前編制完善大修方案，要對系統全面考量，將檢修系統做好隔離防護，可以加設盲板等，防止物料泄漏后造成危險。大修時應徹底消除系統中存在的隱患，大修后應對系統進行清潔和氣密處理后再啟動系統。化工裝置安全閥、爆破片等安全附件、安全設施，禁止隨意拆除，需按要求定期校驗，保證安全附件、安全設施完好有效。

4.3 操作上

無論對風險因素的分析有多徹底，無論對安全防范措施的分析有多詳細，最終還是需要人來落實完成。人員的安全操作是最終實現設備安全運行的必要條件。

己內酰胺加氫反應屬于放熱反應，是危險工藝，溫度壓力控制非常重要，如不按規定操作，會增加危險系數。因此加氫反應溫度、壓力以及投料速度比例等，都應嚴格控制在指標范圍內。按規定投掛全部聯鎖，禁止隨意修改聯鎖指標，禁止隨意關斷聲光報警。嚴格按照裝置操作規程進行操作，遵守生產紀律，保證生產平穩。發現裝置出現跑冒滴漏，必須立即消漏，保證現場作業環境安全可靠。同時有必要加強對操作人員的安全技術培訓，提高工人專業水平的同時，提高其安全意識，以保證裝置安全可靠運行。

5 結語

己內酰胺裝置精制加氫工段必不可少，其加氫工藝屬于重點監管的危險工藝。在生產過程中，如果處理不當，很有可能發出突發性、災害性事故。故應對其進行危險性分析，包括主要物料危險性以及工藝危險性分析。針對其危險性，從工程設計、化工設備、化工操作等三方面制定安全防范措施，嚴格按照設計，做好設備選型，嚴格控制工藝指標，定期檢查檢修設備，對異常情況及時分析總結等，才能杜絕事故發生，保證化工裝置的安全穩定連續運行。