苯胺装置工艺安全因素分析与控制

周 进

(江苏长荣化工设备有限公司，江苏 扬州 225128)

苯胺装置工艺安全因素分析与控制

周 进

(江苏长荣化工设备有限公司，江苏 扬州 225128)

硝基苯经过预热后，与经过预热的氢气混合，混合物经过汽化器汽化过热后进入流化床，以改性铜为催化剂，在250±10℃的条件下发生反应生成苯胺粗品；苯胺粗品经过脱水、精馏得到苯胺成品。苯胺生产过程中存在物料危险性和工艺危险性，主要危险性表现在火灾、爆炸、毒害方面。

硝基苯;苯胺;氢气;火灾;爆炸;危险性

1 绪论

苯胺，俗称阿尼林油。为无色或淡黄色油状液体，有特殊臭味。相对密度1.02，凝固点-6.2℃，沸点184.4℃，闪点70℃，自燃点615℃。呈弱碱性，微溶于水，与醇、乙醚、苯等多种有机溶剂混溶。

苯胺为丙类火灾危险性。属第6.1类危险化学品(毒害品)，危规号：61746。蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1.3% (下限)；与发烟硝酸接触立即着火。通过皮肤、呼吸道、消化道吸收引起中毒，吸收率每小时0.2mg/cm2，并随温度升高而增加。

1.1 流化床气相催化加氢法

流化床气相催化加氢工艺是原料硝基苯经加热汽化后，与理论量约4倍的氢气混合，进入装有铜--硅胶催化剂的流化床反应器中，在250℃左右条件下进行加氢还原反应生成苯胺和水蒸气，再经冷凝、分离、脱水、精馏得到苯胺产品。

该法较好地改善传热状况，控制反应温度，避免局部过热，减少副反应的生成，延长催化剂的使用寿命，不足之处是操作较复杂，催化剂磨损大，装置建设费用大，操作和维修费用较高。

1.2 催化剂

催化剂是加氢反应的核心，目前硝基苯催化加氢生产苯胺的催化剂主要有两种类型：一种是铜负载在二氧化硅载体上的CuO/SiO2催化剂，以及加人Cr、Mo等第二组分的改进型催化剂，该类催化剂优点是成本低，选择性好，缺点是抗毒性差，微量有机硫化物极易使催化剂中毒；另一种是将Pt、Pd 、Rh等金属负载在氧化铝、活性炭等载体上的贵金属催化剂，该类催化剂具有催化活性高，寿命长等优点，但生产成本较高。

2 生产工艺

在查阅研究国内外相关技术资料的基础上，选择流化床气相催化加氢法制苯胺的生产工艺进行分析。

2.1 原料的物性

2.1.1 硝基苯

为淡黄色油状液体，有苦杏仁味。相对密度1.205，熔点5.8℃，沸点210.85℃，闪点87.8℃，。不溶于水，易溶于醇、醚、苯。

硝基苯为丙类火灾危险性。属第6.1类危险化学品(毒害品)，危规号：61056。 遇明火、高热能引起燃烧；和硝酸能剧烈反应，并放出大量热。能通过皮肤、呼吸道或消化道吸收，危害人体的血液系统和神经系统。

2.1.2 氢气

为无色无臭气体。相对密度为0.07，熔点为-259.2℃，沸点-252.8℃，自燃点400℃。系强还原剂，与氟、氯、溴等卤素会剧烈反应。氢气为甲级火灾危险，属第2.1类危险化学品(易燃气体)，危规号：21001。极易燃，火焰呈蓝色，易扩散和渗透。与空气形成爆炸性混合物，遇明火即发生爆炸，空气中爆炸极限4.1%～74.1%，最低点火能0.2×10-4J。

2.2 反应原理

硝基苯在一定的条件下和氢气在催化剂的作用下发生还原反应生成苯胺，反应方程式为：

2.3 工艺流程

2.3.1 工艺流程叙述

2.3.1.1 硝基苯加氢还原

硝基苯经预热器预热后，和经换热后的氢气按一定质量比进入汽化器，其混合气经汽化并加热，通入流化床，以铜作催化剂，气态硝基苯在流化床内发生加氢还原反应，控制好流化床内中心温度。加氢反应产生的热量经软水带至余热汽包，副产产生1.0～1.5 MPa的饱和蒸汽。流化床顶部出来的混合气态反应生成物经换热、冷却，液相为反应生成的苯胺和水，经分离器分层得到粗品苯胺和苯胺废水。不凝气(H2≥90%)少量排放，其余经循环压缩机压缩后，和新鲜氢混合循环使用。床内铜催化剂定期进行230℃再生处理。

2.3.1.2 苯胺精制

粗品苯胺经泵从粗苯胺贮罐打到脱水塔顶进料，控制脱水塔釜温度140℃左右，塔顶温度85℃左右，塔顶真空度≤0.06 MPa。当脱水塔釜液水分≤0.1%后，从脱水塔釜采出进入精馏塔精馏脱除重组份。控制好塔釜、塔顶温度及塔内真空度，气态苯胺从塔顶蒸出，冷凝后得到苯胺成品；塔釜内的重组份定期排放至残液蒸馏锅。

3 生产过程存在的危险性分析

因工艺本身存在的危险和设备故障、缺陷或操作失误等诸多因素的影响，在苯胺生产过程中具有发生火灾、爆炸危险性。

(1) 硝基苯预热、汽化温度、流化床内反应温度都高于其闪点(87.8℃)，脱水塔、精馏塔控制温度均高于苯胺闪点(70℃)，都是高于物料闪点下作业的特殊操作工艺；

(2)流化床超温很容易接近氢气的自燃点(400℃)；

(3)流化床内催化剂结块引起热量积聚，引起局部超温引发事故；

(4)余热汽包超压导致流化床内床层超温；

(5)硝基苯中有爆炸危险性的微量硝基苯酚在汽化器内富集；

(6) 流化床顶部尾气(含氢≥90%)放空时，受雷击或明火引起着火；

(7)流化床开车投料时，硝基苯投料过大、过快，引起流化床内飞温。这是苯胺生产过程中流化床爆炸事故的主要原因之一；

(8)流化床内催化剂跑损或循环气带液，积存在氢压机内，引起压缩机事故并引发连锁反应；

(9)苯胺脱水、精馏都在负压、高于苯胺闪点等特殊工艺条件下操作，如设备密封不佳，大量吸入空气引起燃烧爆炸事故；

(10) 生产过程中静电、明火、摩擦、撞击引起火灾、爆炸事故。

4 重要生产装置的危险性分析及对策

苯胺生产工艺流程分两部分：硝基苯催化还原工序；粗苯胺精制及苯胺水回收处理工序。其中氢气柜、氢压机、硝基苯汽化器、流化床反应器、氢气换热器等设备均处于正压操作，应防止发生泄漏引起火灾爆炸，污染环境造成人员伤亡；粗苯胺精制系统重点要防止跑料和蒸干塔釜及堵管。

⑴ 氢气柜系统

氢气柜的主要作用是起缓冲作用，减少波动，稳定各生产系统。氢气柜在保障苯胺生产安全中的地位越发重要，气柜本身的状况直接关系到苯胺生产的安危，在大修时对气柜自身存在的缺陷进行了整改，用DCS系统监测气柜浮筒的浮动液位，并有上下限报警，又有电脑监视系统，相对降低了自身风险。

⑵ 氢压机系统

氢压机是苯胺生产的心脏，以我现在所工作的苯胺工段产能2万/年装置为例，共有7台氢压机。苯胺生产是长周期连续运行，任何一台氢压机都要保持完好稳定运行及备用状态。苯胺生产的重要工艺参数之一是氢油比，若氢压机输出氢量低于标准，将造成局部反应温度过高，轻者造成催化剂烧结，严重后果则是火灾和爆炸。

⑶ 硝基苯汽化系统

液态硝基苯经预热器加热到180～190℃，进入汽化器，降膜蒸发气化过热虽然只是物理过程，但是设计不合理、管理不善，同样会发生严重事故。所以一定要杜绝预热汽化装置超温超压。

⑷ 流化床反应器系统

流化床反应器是苯胺生产的主要设备中的核心设备，硝基苯和氢气在流化床中遇到催化剂瞬间即反应放出大量热，反应物料有毒、有害、易燃易爆，且操作在带压高温下进行，冷却系统的操作要稳定并及时移走反应热，一旦反应失控，轻者超温烧毁催化剂，重则物料泄漏酿成大祸。

⑸ 精馏回收后处理系统

该系统是纯物理加工系统，基本无化学反应，脱水精馏采用负压操作，物料基本对设备无腐蚀，回收系统常压操作，苯胺有毒、有害、易燃易爆，生产过程中发生最多的事故是残液蒸得过干，造成堵管和溢料，污染环境及造成人员中毒。所以一定要杜绝干塔事故的发生。

5 结论

苯胺生产尽管工艺控制的安全要求很高，但只要将各项影响安全的因素控制好，整个生产过程还是比较稳定，其中的关键因素包括设备的维护，特别是重要设备的日常监控和维护必须到位；严格执行好各项安全技控指标；做好操作人员的培训，特别是应急预案的演练，必须保证做到人人过关等。

[1] 汪智国，景 山，魏 飞.硝基苯在湍动流化床加氢制取苯胺[J].化学反应工程与工艺,2001(3): 278-281.

[2] 罗袆青，孙长江.苯胺精馏过程优化模拟系统[J].化工科技，2004(2): 50-53.

[3] 杜 昶，朱静波.硝基苯还原生产苯胺安全性评价[J].浙江化工，2006，37(7): 11-13.

(本文文献格式：周 进.苯胺装置工艺安全因素分析与控制[J].山东化工，2016，45(08)：137-138.)

Analysis and Control of Aniline Plant Process Safety Factors

Zhou Jin

(Jiangsu Changrong Chemical Equipment Co.，Ltd.,Yangzhou 225128,China)

nitrobenzene is preheated, and after preheated mixture of hydrogen mixture after vaporization carburetor heat into the fluidized bed, changed to copper as catalyst, in 250 plus or minus 10 DEG C under the condition of occurrence crude reaction of aniline; crude aniline by dehydration, distillation obtained amine benzene product. There are material risk and process risk of aniline production process, mainly manifested in the risk of fire and explosion, poison.

nitrobenzene;aniline;hydrogen; fire; explosion; hazard

2016-02-29

周 进(1982—)，大学本科，过程装备与控制专业，江苏长荣化工设备有限公司，项目工程师。

X928

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1008-021X(2016)08-0137-02