氯化铁生产爆炸事故原因分析及对策

高绍国

（中盐安徽红四方股份有限公司，合肥 230011）

氯化铁生产爆炸事故原因分析及对策

高绍国

（中盐安徽红四方股份有限公司，合肥 230011）

从生产工艺、反应机理角度分析了氯化铁生产中氯化炉发生爆炸的原因，即氯化铁生产系统负压失控，大量的气相氯化铁聚集于氯化炉内，在高温的作用下发生分解反应，分解反应达到平衡后，在过量氯气的条件下，合成反应产生的能量积聚导致爆炸。提出了改进措施，即改变测压点的位置选择、增加电动蝶阀安全联锁、设置氯气切断阀并与生产系统负压进行安全联锁、加设防护罩收集事故气，以及加强培训提高操作人员责任心。实施后效果明显，杜绝了氯化炉爆炸事故的发生。

氯化铁；爆炸；原因分析；建议

氯化铁是一种基本化工原料，广泛用于饮水和废水的处理剂、染料工业的氧化剂和媒染剂、有机合成的催化剂和氧化剂等[1]。目前国内固体氯化铁的生产均采用铁屑与氯气在高温下直接反应的工艺，为了提高产品的氯化铁含量，反应过程中采取氯气过量的方法，促进氯化亚铁和氯气转化为氯化铁，但有时会出现生产失控现象，氯化炉内发生爆炸，导致氯气外泄事故。安徽氯碱等企业在近年大多发生过氯化炉爆炸事故，影响了当地社会生产、生活，造成一定的经济和环境损失。

随着国家对环保的越来越重视，因氯气外泄而导致的环境污染事故已成为制约氯化铁生产的主要因素。本文对氯化炉内氯化铁分解爆炸的原因进行分析，提出应对措施建议，为氯化铁生产管理提供参考。

1 工艺流程

氯化铁生产的工艺流程图见图1。

将铁屑从氯化炉顶部投入炉内，氯气从氯化炉底部4根进氯管通入，铁屑与氯气在高温下进行氯化反应。根据铁屑投入量及氯化炉出口温度的变化情况调节氯气流量，控制氯化反应速度。反应放出的热量除维持反应所必需的温度外，多余的热量由氯化炉夹套中流动的冷却水带走，铁屑经氯化后即生成氯化铁并升华。

气相氯化铁经氯化炉与捕集器的人字形连接管，被依次抽入2个串联的捕集器内，由捕集器夹套内流动的冷却水间接冷却凝华为固体氯化铁，经人工捣料和机械搅拌，进入贮料斗中自然冷却，再通过螺旋输送机进行产品包装。

少量未被凝华的氯化铁、未反应的氯气及不凝性气体，经过第2个捕集器上方的出口，依次进入二级串联的尾气吸收塔，用不同含量的氯化亚铁水溶液进行喷淋，回收尾气中所含气相氯化铁和氯气，形成副产品液体氯化铁。不能被吸收的其他惰性气体，由鼓风机抽出经排气筒排空。

为防止生产过程中氯气及含氯废气外泄，工艺要求生产系统处于微负压状态。

2 爆炸原因分析

2.1 反应机理

安徽某氯碱厂曾于2009年10月23日发生氯化炉内爆炸事故，氯化炉口四周的爆炸溅出物均为灰白色粉状物。经取样分析，爆炸溅出物氯化铁和氯化亚铁的质量分数分别为11.67%和35.0%。按生产工艺在氯化炉条件下应生成氯化铁而不是氯化亚铁，而此时氯化亚铁的含量明显大于氯化铁的含量，初步判定为氯化铁分解所致，方程式如下[2]：

2FeCl3→ 2FeCl2+Cl2。

为了解温度对氯化铁分解的影响程度，进行了氯化铁高温分解试验。将计量过的氯化铁样品密闭放入加热的恒温烘炉中，氯化铁升华和分解的产物经与密闭容器连接的冷凝器，回收凝华的氯化铁，氯气由冷凝器后的氯气吸收装置吸收。以氯气吸收装置中吸收的氯气量，计算得出分解的氯化铁质量，分解的氯化铁质量除以样品质量即为分解率。试验结果见图2。

由图2可知，氯化铁超过300℃时即有轻微分解现象，随着温度的升高分解速率加大，分解产物为氯化亚铁和氯气。

氯化铁生产中，铁屑与氯气在氯化炉内反应的温度是700～750℃，而氯化铁在100℃时开始升华，超过300℃即有微量分解，随着温度的升高分解速率加大，至700℃以上时则大量分解，分解产物为氯化亚铁和氯气。因此，氯化铁生产系统处于微负压状态不仅防止氯气外漏，更重要的是便于气相氯化铁能顺利地离开氯化炉，进入捕集器内凝华成固体氯化铁，防止气体氯化铁在氯化炉内聚集并分解。

图2 氯化铁的温度与分解率Fig 2 The effect of tempreture on FeCl3resdution ratio

2.2 原因分析

氯化铁生产中，当生产系统负压压力≤150 Pa时，往往采用人为调节控制生产系统负压的电动蝶阀，保证生产系统负压稳定。如不能及时调节或仪表指示偏差导致实际负压较低时，氯化炉内高温升华的氯化铁气体不能顺利地进入捕集器内，大量地积压在氯化炉内，将发生高温分解反应。氯化铁分解是吸热反应（-124.7 kJ/mol），尽管氯化炉内的氯气量在不断增加（一方面是氯化炉的进氯管在继续向氯化炉内通氯气，另一方面是氯化铁分解产生了氯气），但氯化炉内的热量部分被用于氯化铁的分解反应，氯化炉内除压力增加外，不会发生爆炸。

随着时间延长，如氯化炉内的氯气量达到一定量时，氯化铁的分解反应达到平衡后并开始逆向进行，即分解生成的氯化亚铁与氯气反应生成氯化铁，此反应则为放热反应（124.7 kJ/mol），与此同时，氯化炉内残留的铁屑与氯气继续反应也产生大量的反应热（802.3 kJ/mol），此时氯化炉内温度急剧升高，氯化反应加快，当以上2个化学反应产生的能量聚集到一定量时，即发生爆炸。爆炸瞬间产生的巨大压力，掀翻氯化炉盖，大量的氯化亚铁粉尘、氯化铁粉尘和氯气从氯化炉口喷出，造成环境污染事故。

3 应对措施与建议

根据上述分析，准确测量和控制氯化铁生产系统负压、适时停止向氯化炉内通氯气，是防止氯化炉内发生爆炸的关键。

3.1 测压点位置的选择、增加安全联锁

氯化铁具有升华的物理特性，如在氯化炉和捕集器上设置取压点，气体氯化铁因温度变化而凝华，凝华的氯化铁固体很快就会将取压点包裹，导致取压失效。为此，将取压点设置于1#尾气吸收塔和2#尾气吸收塔之间的尾气抽风管上，这样，氯化铁生产尾气在1#尾气吸收塔内与氯化亚铁溶液逆流接触，生产尾气中未凝华的氯化铁气体、粉尘和微量氯气已被洗涤和吸收，取压点不易被堵塞和腐蚀，取压点的测量值较为可信。

3.2 增加电动蝶阀安全联锁

为确保氯化铁生产系统负压时刻处于受控状态，将生产系统的负压与调节生产系统负压的电动蝶阀进行安全联锁，当生产系统负压高于控制指标，电动蝶阀自动增大开启度，将生产系统负压稳定地控制在指标要求范围内，避免操作人员人工开启滞后因素。

3.3 设置氯气切断阀并进行安全联锁

氯化铁生产系统负压失控时，需及时停止向氯化炉内通氯气，可在氯化炉的进氯总管上增设氯气切断阀，氯气切断阀与生产系统负压进行安全联锁，当生产系统负压低于极限指标（氯化炉与捕集器的连通管堵塞）或突然高于极限指标（氯化炉内发生“正压”现象），氯气切断阀自动关闭，阻止氯气进入氯化炉，同时报警[3]。待操作人员检查处理正常后，可手动开启氯气切断阀。联锁控制示意见图3。

3.4 加设防护罩、收集事故气

对氯化炉加铁口的周围空间进行密闭，用DN800的硬质PVC管将密闭空间与引风机及含氯废气处理塔连通。发生氯化炉内氯化铁分解爆炸事故时，立即启动引风机和含氯废气处理塔的稀碱液循环泵，通过引风机将氯化炉内因爆炸喷出的大量含氯废气输入含氯废气处理塔，与稀碱液逆流接触，吸收其中的氯气后排放。

3.5 加强培训

在氯化铁生产过程中坚持多批量、少加铁的生产方式，且每次氯化炉加铁后，采取试料杆试料和手电筒照光检查的方式检查加料情况，防止加铁造成的“悬料架桥”现象，尤其要防止投入氯化炉内的铁包堵塞氯化炉与捕集器的连通管。加强氯化铁生产操作人员的环境安全教育和技能培训，提高操作人员防范、处理污染事故意识和操作技能，提升防止和应变突发事故的处理能力。

4 结束语

氯化铁生产中氯化炉内爆炸的主要原因是氯化铁生产系统负压失控，大量的气相氯化铁聚集于氯化炉内，在高温的作用下发生分解反应，分解反应达到平衡后，在过量氯气的条件下，合成反应产生的能量积聚导致爆炸。采取针对性的应对措施，实施后效果明显，基本杜绝了氯化炉的爆炸，避免了因氯气外泄造成的环境污染事故。

[1]司徒杰生.化工产品手册：无机化工产品[M].3版.北京：化学工业出版社,1999：176-180.

[2]化学工业部天津化工研究院等.化工产品手册：无机化工产品[M].北京：化学工业出版社,1982：140-142.

[3]李锋.5℃冷却水系统及其旁滤装置的自动控制[J].中国氯碱,2010（4）：30-32.

Cause Analysis and Countermeasures for the FeCl3Explosion

Gao Shaoguo
（Zhong Yan Anhui Hongsifang Company Ltd.,Hefei 230011）

The reasons of explosion happened in chlorination furnace in ferric chloride production are analyzed from production techniques and reaction mechanism.Proposed concrete advices was also raised in the paper which include the selection of pressure tapping,adding electric butterfly valve safety interlock and protection cover to receive exhaust gases.Setting a chlorine stop valve and connect production system negative pressure as safety interlock.Further more,strengthen training in sense of responsibility of operation staff is also needed.

ferric chloride;explosion;cause analysis;advices

TQ086.3，TQ138.1+1

BDOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.05.0013

2010-08-14