关于蒽醌法双氧水生产安全控制的研究

近年来, 双氧水生产事故屡见报端, 带来了极大的经济损失和负面社会影响。有鉴于此, 本文基于蒽醌法双氧水生产安全控制问题进行全面而深入的探究, 从而为我国双氧水安全生产的实现略尽绵薄之力。

一、双氧水的基本性质

双氧水, 即H2O2的水溶液, 外观无色透明, 能溶于水、乙醇以及乙醚, 不溶于苯, 放置过程中会发生缓慢分解, 生成O2和水, 熔沸点分别为-0.89℃、151.4℃, 是一种强氧化剂, 不仅能够用于漂白, 还能用于杀菌[1]。

二、蒽醌法双氧水生产的基本原理

蒽醌法生产双氧水的化学反应如下所示:

蒽醌法钯触媒双氧水生产的生产原理是以2-乙基蒽醌 (EAQ) 为工作载体, 以重芳烃和磷酸三辛酯为溶剂组成工作液, 其中工作载体与氢气在钯触媒存在下反应生产氢蒽醌, 氢蒽醌再与空气中的氧反应, 还原成蒽醌, 同时生成过氧化氢 (H2O2) 。H2O2在水及工作液中的溶解度不同, 利用纯水萃取可分离得到H2O2水溶液, 再经重芳烃净化后即可得到合格的H2O2水溶液, 俗称双氧水。纯水萃取后的工作液 (萃余液) 经干燥、分离、再生处理后, 循环使用。按生产过程分为工作液配制、氢化、氧化、萃取、净化、后处理等工序。其工艺流程示意如图1。

三、蒽醌法双氧水生产主要危险分析

1. 原料与产品的危险性分析

蒽醌法生产双氧水过程中, 无论是原料氢气, 还是产品双氧水, 又或者是工作液, 均易燃、易爆。尤其是双氧水, 其氧化反应极容易导致火灾和爆炸, 具有非常高的危险系数。

双氧水是一种强氧化剂, 虽然不可燃, 但能够和可燃物发生反应生成大量的热和O2, 继而导致火灾甚至爆炸。1m3浓度为35%的双氧水在分解过程中, 能够释放出高达132m3的氧气, 同时分解释放的热量又能加速分解的进行。当温度在20℃~100℃时, 每提高10℃, 分解速率便会增加2.2倍[2]。当温度超过100℃时, 便会进入急剧分解阶段, 严重情况下将会导致爆炸。

氢气属于甲类易燃气体, 闪点<-50℃, 爆炸极限 (V%) 4~75, 具有较高的火灾爆炸危险性, 属于国家首批重点监管的危险化学品。

工作液中含有大量的三甲苯, 而三甲苯属于乙类易燃液体, 遇火源易燃易爆。

2. 生产工艺过程危险性分析

根据《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》 (安监总管三[2009]116号) 的规定, 双氧水生产中的氢化 (加氢) 、氧化工艺属于首批重点监管的危险化工工艺。具有相应的工艺危险特点:如反应物料具有燃爆危险性;氢化 (加氢) 、氧化均为放热反应, 若反应热不能及时移走, 温度控制不当, 极易爆炸起火;加氢反应尾气中有未完全反应的氢气和其他杂质在排放时易引发着火或爆炸。氧化反应生成的过氧化氢, 具有强氧化性, 容易与有机物反应或由于杂质催化分解而发生爆炸;

此外, 工作液中的2-乙基蒽醌被催化氢化时, 在酸性条件下会发生某些副反应, 而氧化时又生成了过氧化氢。过氧化氢在碱性条件下会加速分解, 为此, 要求在氢化工序保持弱碱性, 而在氧化工序保持酸性, 以保持蒽醌的有效使用寿命和过氧化氢的稳定性, 在后处理工序又要求保持碱性, 以分解循环工作液中夹带的过氧化氢。如果操作不当就会导致酸、碱物质串混, 带来爆炸危险。

综上可见, 双氧水生产的主要危险是火灾爆炸。

四、安全控制措施

1. 装置建设时的安全措施

(1) 设计方面

除应严格执行国家及行业的有关标准、规范外, 还应基于操作不当的情形予以考虑, 从而最大可能地避免严重事故的发生。如采用先进可靠的集散控制系统 (DCS) 及安全仪表系统 (SIS) , 实现生产过程的集中检测、控制、联锁、停车, 保证装置的安全、高效、长周期运行。在生产区相应位置设置可燃气体浓度检测报警仪, 在DCS内设置可燃气体报警系统, 当气体浓度超限时, 立即进行声光报警提醒操作工人处理事故或远离泄漏;在可能超压处 (如氢气缓冲罐、氢化塔、氧化塔等) 设置安全阀;对双氧水储槽设置足够面积的放空管;在可燃气体放空管上设置阻火器, 氢气放空管上设置氮气保护;在防止逆流处设置止回阀;易燃易爆介质的设备及管道设置良好的静电接地保护;机电设备均选用相应防爆等级的隔爆型设备;所有机泵均在DCS中设置紧停按钮;设置事故应急池, 在事故状态下可将氧化塔、萃取塔的物料紧急卸料到事故应急池。在氧化塔进液管上设置PH在线检测报警, 以防氧化液出现碱性;对于萃取塔、浓缩塔等在生产过程中需要接触大量双氧水的设备, 应为其配备自动注水设施, 以降低剧烈分解时的危险系数, 与此同时, 还应充分利用工艺控制手段, 结合具体生产情况, 对设计进行持续补充和完善, 从而使设计具有较高的安全系数。

另外, 在设备设计以及车间布置的过程中, 应充分应用人机工程学知识, 让设备及环境更加适合工人工作。

(2) 安装方面

双氧水具有较强的氧化性, 和重金属或者杂质有接触时便会发生剧烈分解反应, 甚至爆炸, 因此, 安装过程中, 严禁螺丝等碳钢类材料不小心掉落入管线中, 防止开车时出现事故。与双氧水直接接触的设备及管道应采用S32168不锈钢, 且需要对其内表面进行酸洗钝化处理, 以尽量避免双氧水分解。

2. 生产环节的安全措施

(1) 双氧水分解是导致燃烧和爆炸的一个主要因素。在氧化、萃取以及运输等过程中, 应做好双氧水的密封、隔离工作, 避免和碱类物质及重金属等接触, 同时还应做好生产设备的清洁工作。

(2) 严格控制萃余液中H2O2质量浓度, 生产27.5%双氧水时, 使其不超过0.2g/L;生产35%双氧水时, 使其不超过0.3g/L。在氢化工序中, 应对工作液碱度进行有效控制, 使其不超过0.005g/L;在氧化工序中, 应使工作液具有足够的酸度, 使其超过0.002g/L。

(3) 应严防杂质污染, 出系统的存在品质问题的双氧水不允许再次返回系统接受净化处理;从大贮槽中取出的双氧水如果没有用完, 不允许重新归槽;提供给系统的工作液应无杂质, 另外, 还应定期进行降解物的排除[3]。

(4) 做好可燃物质 (如木材及油料等) 的存放工作, 不允许存放在双氧水以及工作液系统附近。

(5) 生产环节发生异常状况, 如氧化塔或者萃取塔中的碱性过高, 双氧水剧烈分解且释放出大量的热, 应采取立即停车的做法, 在有需要的情况下应开启排料阀进行排放。

(6) 重视并做好氢化液、氧化液以及循环工作液各自对应的过滤器的检查工作和清洁工作, 避免相关粉末 (如活性氧化铝粉末等) 进入后道工序造成爆炸事故。

(7) 在开停车环节, 必须使用氮气完成氢化塔的置换, 并取样分析合格后才允许进氢。

(8) 在排放氢气的过程中, 应严格控制流速, 防止诱发静电起火。

结束语

大量实践证明, 蒽醌法双氧水生产工艺是较为成熟的。基于该工艺的危险性及其安全控制措施进行分析和研究, 能够明显提高生产过程中的安全系数, 保障双氧水生产的正常和安全运行, 为企业带来更大的经济效益和社会效益, 总之, 具有相当积极的现实意义。

摘要：本文从双氧水的基本性质、蒽醌法双氧水生产的基本原理出发, 着重分析了蒽醌法双氧水生产的主要危险及其安全控制措施, 希望能够为双氧水生产安全控制提供一些有益的参考。

关键词：蒽醌法,双氧水,安全控制

参考文献

[1] 罗乐.蒽醌法双氧水生产装置的危险性和预防措施[J].化工技术与开发, 2007, 03:39-41.

[2] 陈军.浅谈蒽醌法双氧水生产中的闪爆事故[J].化工管理, 2013, 24:48-49.

[3] 于俊涛.40kt/a蒽醌法双氧水装置优化改造[J].小氮肥, 2013, 02:15-16.