如何提高氯化工艺过程安全水平?

发表时间:2024-08-08 11:57
氯化是化合物的分子中引入氯原子的反应,包含氯化反应的工艺过程为氯化工艺,主要包括取代氯化、加成氯化、氧氯化等。在化工生产过程中,氯化反应常常使用氯气作为原料,用于制备各种有机溶剂、医药、农药、制冷剂等。由于氯气的反应活性特别高,与有机物质、氢氧化钠、氢、金属等很多物质接触会发生剧烈反应,放出大量的热。因此,氯化反应在常规反应器中不易控制,甚至容易失控,从而引发火灾、爆炸、中毒等事故发生。

事故案例:辽宁锦西化工总厂“9•25”二氯苯新装置投料试车爆炸事故
1995年9月25日,辽宁省锦西化工总厂对二氯苯新装置在进行化工投料试车过程中发生爆炸事故,造成1人死亡,12人不同程度吸入氯、苯而入院治疗。
事故的直接原因是氯化反应器裸露在气相中的催化剂与过量的氯气激烈反应产生高温和火焰,造成气相爆炸。


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氯化工艺作为我国首批重点监管危险化工工艺之一,其危险性主要有以下5个:


1、氯化反应是一个放热过程,尤其在较高温度下进行氯化,放热剧烈,极易导致温度失控而爆炸。

2、氯化工艺所用的原料大多具有燃爆危险性,且氯气本身具有助燃性,有燃烧爆炸的危险。
3、氯气为剧毒化学品,多数氯化工艺采用液氯生产,一般是先汽化再氯化,过程中一旦发生泄漏后果严重。

4、氯气中的杂质,如氢气、氧气、三氯化氮等,在使用中易发生燃爆危险。

5、氯化工艺产生的尾气可能会形成爆炸性混合物,一旦遇到点火源,会引发火灾事故。


为了提升氯化工艺的安全生产水平,防止氯化事故的发生,2017年,国家安监总局发布了1号文《国家安全监管总局关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》,其中规定:涉及间歇、半间歇的氯化工艺需进行专业的工艺反应热安全风险评估。2020年发布的《危险化学品安全专项整治三年行动实施方案》中明确提出,涉及氯化工艺的精细化工生产工艺需进行全流程的反应安全风险评估,包括对相关原料、中间产品、产品及副产物进行热稳定性测试和蒸馏、干燥、储存等单元操作的风险评估。


下面以某氯化反应为例,说明氯化工艺开展反应风险评估风险的意义和重要性。


某氯化反应工艺为:向反应釜中加入物质A和盐酸,缓慢通入氯气,控制温度不超过 19℃直至反应完成,生成产物B。
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对于该氯化反应,我们从量热实验获取反应的比放热量为370KJ/KG,反应的绝热温升为204K,如果冷却失效,体系能达到的最高温度(MTSR)可以达到223℃。


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红色曲线为反应釜内温度曲线,蓝色曲线为夹套温度曲线,绿色曲线为热流曲线,黄色为通入氯气质量曲线。


对于反应后的产物混合液,进行热稳定性测试,通过加速绝热量热实验,得出以下数据:


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测试结果显示,反应后的产物混合液在140℃开始分解,产生的热量使体系迅速升高到360℃,随着温度和压力的迅速上升,最大压力迅速达到150个大气压。


综合反应量热数据和产物混合液绝热加速量热数据,可以看出,一旦反应放出的热量不能及时移出,或者出现冷却失效,导致反应釜温度达到140度,反应釜内物料会开始分解,当温度达到150度以上,反应釜物料就会急速分解,反应釜内温度和压力急速上升,一旦超过反应釜的设计压力,反应釜很可能会因为超压而发生爆炸。


值得注意的是,氯气是剧毒气体,它可以通过呼吸道侵入人体,并溶解在黏膜所含的水分里,氯气与水反应生成盐酸,盐酸使局部黏膜充血、会导致肺水肿,造成呼吸困难,而且氯化反应釜内物料多具有腐蚀性,如果发生爆炸或泄漏,还会连带引发中毒事故。我国颁布的生产车间空气中毒物的最高容许浓度标准中,氯气在空气中最高允许浓度仅为1mg/m³,超过这个浓度就有中毒甚至窒息死亡的风险,企业在涉氯作业过程中,需要高度警惕,谨防事故发生。


因此,对氯化反应工艺进行反应安全风险评估,并根据反应风险评估的结果,制定相应的风险控制措施,提高工艺风险的可控性,从本质上提高氯化工艺企业安全生产保障能力,防范事故的发生。


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