浅析丙烯酰胺装置安全运行设计要点

宋廷伟

(中国石油大庆炼化分公司，黑龙江 大庆 163411 )

1 装置概述

1.1 反应原理

原料丙烯腈和水在催化剂存在的条件下，直接由丙烯腈和水反应连续生产丙烯酰胺。反应原理如下：

CH2=CHCN+H2O→CH2=CHCONH2

反应为剧烈放热反应，反应温度90℃，反应压力0.4MPa(表压)。

1.2 工艺流程

装置主要由丙烯腈储运、水合反应、浓缩和精制、催化剂系统、丙烯酰胺储存及配套的公辅设施等。主要流程简述如图1。

图1 丙烯酰胺装置流程图

外购的丙烯腈通过卸车系统进入丙烯腈储罐，经过升压后与水混合进入反应器进行反应，反应产生的热量通过夹套冷却水移除。反应后的稀丙烯酰胺溶液进入浓缩系统，通过加热闪蒸的方式进行浓缩，并回收其中的丙烯腈。浓缩后的产品进入汽提工段，进一步降低产品中丙烯腈的含量。汽提后的产品溶液进入精制系统除去其中副反应产生的杂质等，保证产品中其它介质含量符合产品标准要求。精制后的丙烯酰胺溶液送至储罐储存，并通过泵送至下游装置,见图1。

装置配套设置有蒸汽、循环冷却水、制冷系统、压缩空气等辅助设施。

2 装置安全运行设计要点分析

2.1 丙烯腈储运系统

原料丙烯腈性质活泼，容易聚合，易燃、易爆、有剧毒，是国家首批重点监管的危险化学品，其存储系统的设计具有一定的特殊性。一是储罐建议采用内浮顶储罐，并考虑氮气密封系统和呼吸阀，以有效减少储罐的呼吸损失，利用环境保护。二是为避免高温发生自聚，丙烯腈储存温度不能大于30℃，储罐需设置冷却降温系统。三是输送泵需选用安全无泄漏的磁力泵或者屏蔽泵。四是按照规范要求，设置必要的有毒气体检测设施和安全淋浴设施。

2.2 反应系统

丙烯腈和水反应过程为强放热过程，需要对反应过程的温度和压力进行严格控制，并及时移除反应热。一方面，反应器内部需充满液体，无气相空间，以防止丙烯腈发生聚合；另一方面，反应器设置夹套，通入热水，控制反应温度在规定的范围内。同时，应严格控制反应器内催化剂和反应物的比例，以保证反应系统的稳定，避免反应失控。

2.3 浓缩和精制系统

浓缩和精制系统的安全设计主要包括两点：一是避免浓缩的丙烯酰胺溶液聚合。为此需要在浓缩液收集罐底部通入一定量的空气穿过溶液，使得溶液中的氧含量大于设定值。同时，精制后的溶液pH值不能低于设定值，否则不但容易引起聚合，也会降低产品质量。二是避免浓缩液循环泵汽蚀。因浓缩系统为负压操作，可能会造成循环泵发生汽蚀，因此，泵前设置有缓冲罐。

2.4 催化剂系统

催化剂制备过程为放热反应，反应器设置有冷却夹套，通入冷却水来控制反应温度，保证反应稳定进行。

同时，在二级中和反应过程中会在短时间内放出大量氢气，为此必须在反应器顶部放空处设置防爆装置。具体做法是反应器内用高纯度的氮气密封，同时氢气在放空管线出口与低压蒸汽混合后再排放到大气中。

2.5 丙烯酰胺溶液储存系统

该系统设计主要关注如何避免产品丙烯酰胺溶液聚合。一是加入阻聚剂来避免产品聚合，二是严格控制储存温度。为此，储罐设置有外盘管系统，通入恒温水维持储存温度波动范围不超过±3℃。

2.6 配套设施

配套设施中危险性较大的是制冷系统。该系统采用氨为制冷载体。液氨从制冷系统被送到装置的氨蒸发器换热后冷却工艺物流，气态氨经分离器后返回制冷系统再经压缩、冷却后循环使用。设计中，要采取管线伴热等措施，避免气氨在返回压缩机时产生夹带，造成压缩机振动。另外，还要做好安全阀选型、控制系统连锁等工作。

3 小结

丙烯酰胺装置反应过程复杂、反应流程长、控制要求严格，且物料性质特殊，做好本质安全设计对于装置的安全运行至关重要。同时，还应该严格过程管理，落实安全生产责任制，才能切切实实实保障安全生产。