甲醇裂解制氫裝置潛在危險因素分析及對策

嚴國偉

(嘉興 化有限公司，浙江 嘉興 314201)

摘 要：本文對醇裂解制氯裝置的危險索進行了分析，指出裂解反應器、氫氣儲存和輸送區(qū)等氯氣富集區(qū)域是裝置中的主要潛在危險區(qū)域，并對可能引起氫氣泄漏、燃燒、爆炸的因素進行了剖析，最后從工藝、防火、管理三方面提出了應對措施，對企業(yè)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：甲醇制氫；危險因素；燃燒爆炸；措施 

引言

    氫氣作為重要的工業(yè)原料，在化工、冶金等行業(yè)有廣泛應用。目前制氫的方法很多，有化學制氫、電解水制氫、生物制氫等。其中化學制氫中的甲醇裂解制氫，由于氫收率高、能量利用合理、過程簡單、便于工業(yè)操作而成為了目前的主流制氫方式^[1-3]。但是， 由于其原材料甲醇和產(chǎn)品氫氣的易燃、易爆特性，不可避免的會存在一些潛在的危害和有害因素。因此，在甲醇裂解制氫裝置的設(shè)計和生產(chǎn)中要徹底研究裝置發(fā)生事故的潛在危險性，才能針對性的制定安全防范措施和控制危險的對策，從而為企業(yè)組織和實現(xiàn)安全生產(chǎn)提供信息基礎(chǔ)，并為裝置的穩(wěn)定運行保駕護航。

1 工藝流程簡介

    甲醇與水在一定溫度、壓力條件下，在催化劑的作用下，發(fā)生甲醇裂解反應和一氧化碳的變換反應，生成氫氣和二氧化碳，方應方程式如下：

   裂解反應：CH₃OH→CO+H₂    -90.7KJ/moL

   變換反應：H₂O+CO→CO₂+H₂   +41.2KJ/moL

   總反應：CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂   -49.5KJ/moL

   由反應式可知，總反應為吸熱反應，反應時所需要的熱量由循環(huán)的導熱油提供，導熱油的溫度由蒸汽量進行調(diào)節(jié)。

甲醇與水混合后通過原料計量泵送入換熱器， 經(jīng)過汽化過熱器達到反應所需溫度后送入裂解反應器。 在固定床催化反器內(nèi)時進行甲醇裂解 、一氧化碳變換反應，生成氫氣和二氧化碳。反應后轉(zhuǎn)化氣經(jīng)過換熱器，再經(jīng)冷凝和分離裝置，送往變壓吸附系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化氣格見表 1。

變壓吸附系統(tǒng)，依據(jù)產(chǎn)氣量的要求由多臺吸附塔組成。甲醇裂解氣經(jīng)過一套由多臺吸附氣并聯(lián)操作的變壓吸附系統(tǒng)，一次性吸附分離所以雜質(zhì)得到純度≥99.9%的產(chǎn)品氫氣。

2 裝置中存在的潛在危險因素分析

     醇裂解制氧過程中主要的易燃易爆化學品為甲醇、氨氣和一氰化碳，甲醇蒸汽、氫氣與空氣混合后能形成爆炸性氣體，遇明火或高溫能引起燃爆。此裝置的火災危險等級為甲類，按《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》劃分，此裝置爆炸危險區(qū)為2區(qū)。裝置中主要危險物料物性參數(shù)如表2所示：

氫氣爆炸極限范同很寬 (4.1%一74.1%)，一旦泄露，會與空氣混合成爆炸性氣體，遇到明火或熱源可能引發(fā)爆炸事故。鑒于此，裝置中氧氣富集程度高的兩個區(qū)域：裂解反應

器 (含氫量75%)及氫氣儲存和輸送區(qū) (含氯量 >99．9%)是制氧裟置的潛在危險區(qū)域。具體主要有以下幾點：

     (1)裂解反應器是制氧裝置的核心設(shè)備，它處于高溫(230—290℃)、高 (1.2MPa)、臨氫狀態(tài)下操作，由于反應器內(nèi)存在 75%的氫氣。存在商溫氫腐蝕、氫脆和奧氏體不銹鍘堆焊層氫致剝離斷裂的潛在危害因素^[4]，從而導致氫泄漏和氫腐蝕事故。

    (2)制氫過程涉及到氫氣緩沖罐的使用。如果氫氣緩沖罐的原材料和焊接缺陷、腐蝕、疲勞、超壽命使用、安全附件失靈、儲罐和輸送管道的操作壓力超過設(shè)計的工作胝力或儲存量過大、操作失誤、設(shè)備和管道接地不良等原 ，均易導致氧氣緩沖罐的燃燒爆炸事故。

    (3)輸氫管道、閥門及密封填料等材質(zhì)不符合技術(shù)要求，也是發(fā)生燃燒爆炸的主要原因之一。輸送管道內(nèi)壁粗糙，隨著高速氣流與輸送管道內(nèi)壁發(fā)生摩擦，可使它們呈白熾狀，自身發(fā)生著火、飛散。閥門及密封填料等材質(zhì)不符合技術(shù)要求，造成輸送氣體泄漏形成爆炸混合物極易發(fā)生燃燒爆炸。

    (4)氫氣輸送管道尤其是氣流出口或調(diào)節(jié)閥處在氣體輸送過程中會產(chǎn)生靜電，靜電的積累會發(fā)生放電危險，形成燃燒爆炸事故。在氣體輸送管道的急彎處，氣流發(fā)生猛烈的沖擊，并集積起來，使局部管道內(nèi)壁溫度急驟上升，可能會引起管道燃燒爆炸。管道腐蝕，管壁減薄或未認真考慮熱脹冷縮補償?shù)榷紩构艿赖膹姸然鸱认陆担矔斐晒艿赖谋?、氣體泄露。

    (5)甲醇蒸氣、一氧化碳氣體均為易燃易爆氣體，雖如表 1所示它們 轉(zhuǎn)化氣中含量較低 (≤1％)，但它們與宅氣的混合物即使極小的火星也易引起著火，若在裝置中積聚也存在燃燒爆炸風險。

3 成對措施

3．1 工藝措施

     工藝流程設(shè)計力求先進可靠，采用封閉連續(xù)性操作，帶壓設(shè)備均設(shè)有安傘閻泄放裝置，超壓放空的易燃、易爆氣體均送放空總管集中處理。設(shè)備、管道的設(shè)計選型，制造、安裝、試壓等要嚴格按照國家現(xiàn)有最新標準和規(guī)范要求執(zhí)行，氫氣管道應采用無縫金屬管道，禁止使用鑄鐵管道，管道的連接應采用焊接或其他有效防止漏氣的連接方式。采用合理的控制方案，與安全密切相關(guān)的操作均采用自動調(diào)節(jié)并設(shè)置報警系統(tǒng)，實行監(jiān)測和控制，保證安全生產(chǎn)。

3．2 防火措施

  生產(chǎn)區(qū)采用敞開式框架，設(shè)備盡可能露天布置，保證良好的自然通風，避免有害氣體的積聚。根據(jù)爆炸和火災

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