浅析环氧氯丙烷(ECH)生产工艺中氯化反应自动化控制

一、引言

近年来, 国家安全生产监督管理总局相继下发《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) 、《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化工工艺目录和调整首批重点监管危险化工工艺中部分典型工艺的通知》 (安监总管三[2013]3号) 等规范性文件, 对化工企业涉及危险化工工艺的装置必须装备自动控制系统, 实现自动控制技术, 避免作业人员的误操作引发事故, 从本质上提升生产装置的安全度。

本文以ECH生产工艺中涉及的氯化反应为分析对象, 分析氯化反应单元应重点监控的工艺参数, 同时结合某厂家生产的实际情况, 列举说明氯化反应釜如何实施自动化控制。

二、ECH生产工艺 (甘油皂化法)

目前国内外ECH工业化生产装置的生产工艺主要分为石油生产路线和生物质生产路线, 石油生产路线主要有丙烯高温氯化法和醋酸丙烯酯法, 丙烯醛法, 丙酮法和氯丙烯直接环氧化法, 甘油法属于生物质生产路线。

甘油法生产工艺以甘油、氯化氢为起始原料, 在催化剂的作用下发生取代反应, 生成1, 3-二氯-2-丙醇, 之后加入液碱, 经环化反应得到成品ECH。

三、ECH生产涉及的氯化反应危险有害因素分析

ECH生产过程中氯化反应属于危险化工工艺, 其危险有害因素包括:爆炸、火灾、中毒和窒息、灼烫。

1. 火灾、爆炸

氯化反应需通入氯化氢气体, 若氯化氢流速过快, 导致反应速度加快, 存在超压危险。同时通入氯化氢的装置中必须设置缓冲罐, 防止因为氯化氢断流或压力减小时, 物料倒流进入氯化氢储存装置与氯化氢反应发生事故。

氯化反应属于放热反应, 若设备冷却系统的冷却效果不好或出现冷却故障, 造成反应剧烈、温升过快, 存在超压爆炸的危险。

氯化反应涉及原料氯化氢引起的设备腐蚀严重, 对反应器的材质要求高, 能耗大, 氯化氢耗量高。若反应器选材不当或若未定期校验, 长期作用腐蚀严重, 容器爆炸物料泄漏, 可导致火灾、爆炸等事故。

氯化反应温度较高且本身属于放热反应, 若停泵停水过早, 反应器局部过热、烧熔、穿孔, 可能会导致可燃蒸汽 (3-氯-1, 2-丙二醇, 环氧氯丙烷等) 泄漏与空气形成爆炸性混合物, 存在火灾、爆炸、中毒、灼烫的危险。

2. 中毒和窒息

氯化设备材质选用不当或年久失修, 设备腐蚀, HCl气体泄漏, 若操作工人未带防护口罩、吸入, 存在中毒、腐蚀口腔的危险, 对人眼和呼吸道粘膜有强烈的刺激作用。

中间产品一氯化物 (3-氯-1, 2-丙二醇) 属于剧毒品, 若设备、管道、阀门泄漏且工人未带防护口罩, 极易中毒。

氯化反应温度较高且本身属于放热反应, 若停泵停水过早, 反应器局部过热、烧熔、穿孔, 可能会导致有毒气体泄漏, 导致中毒。

3. 灼烫

氯化过程中, 使用的原料氯化氢为腐蚀性物质, 对建筑物、设备、管道、仪表、电气设施, 均会造成腐蚀性破坏。氯化氢气体泄漏易积聚于地表和坑洼处, 不易扩散, 易腐蚀设备。

腐蚀性物质 (如盐酸、氯化氢等) 在输送、贮存过程发生泄漏等, 与皮肤、眼接触可引起化学灼伤, 吸入可引起急性呼吸道刺激症状。

反应过程中用蒸汽加热, 因蒸汽泄漏、接触热的物料或热的设备, 有被烫伤的可能。

三、氯化工段重点监控的工艺参数

结合某厂家6万t/a ECH装置生产的实际情况, 氯化单元需重点监控的工艺参数包括:氯化氢缓冲罐的压力, 氯化反应釜内温度、压力、液位。

1.氯化氢缓冲罐压力值介于0-120KPa。

2.氯化反应釜温度值介于95-115℃, 压力值介于0-60KPa, 釜内液位<90%。

四、氯化工段自动化控制

1. 氯化氢缓冲罐采用压力超高报警, 高高限自动切断氯化氢管道进料来控制氯化反应速率, 具体参数如下:

氯化氢缓冲罐压力高报警110Kpa, 高高报警130Kpa。通过控制氯化氢气体进口管线上的气动调节阀门控制氯化氢缓冲罐的压力。超高自动声光报警, 超限报警同时联锁切断氯化氢气体进口管线阀门。

2. 氯化反应釜采用温度、压力超高报警, 超限自动切断氯化氢管道进料或加热蒸汽, 反应过程同时控制釜内液位, 具体参数如下:

(1) 氯化反应釜压力高报警30Kpa, 高高报警35Kpa。通过控制氯化氢气体进料管线上的调节阀和开关阀, 来实现对氯化反应釜压力的控制。超高自动声光报警, 超限报警同时联锁切断氯化氢气体进口管线阀门。

(2) 氯化反应釜温度高报警120℃, 高高报警135℃。通过控制蒸汽管道调节阀和开关阀, 实现温度的调节。超高自动声光报警, 超限报警同时联锁切断蒸汽进口阀门。

(3) 氯化反应釜液位高报警85%, 高高报警95%。通过控制倒料管线上的调节阀, 实现液位的控制。

结束语

危险化工工艺自动化控制的初衷是在现行生产装置运行的基础上, 通过增设自控系统以提升装置的本质安全度。因此自动化控制一方面应满足生产装置的运行要求, 不能与装置运行规律相违背;另一方面自控系统应切实可行, 即确保危险化工工艺装置在无人操作的情况下能够正常运行, 而非自控措施越多越好, 适得其反。

摘要：本文介绍采用甘油皂化法生产ECH的工艺流程, 辨识分析ECH生产工艺中涉及的氯化反应的危险有害因素, 在此基础上提出氯化反应重点监控的工艺参数, 同时说明采用的自动化控制方式, 有助于ECH生产装置提升本质安全度。

关键词：环氧氯丙烷 (ECH) ,氯化,自动化控制

参考文献

[1] 国家安全生产监督管理总局.《首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》2009.6.

[2] 国家安全生产监督管理总局.《安全评价 (第三版) 》.北京:煤炭工业出版社, 2005.

[3] 中蓝连海设计研究院.《连云港环海化工有限公司6万t/a环氧氯丙烷项目安全验收评价》2014.6.