丁醇精馏过程中的安全与环境风险评价

韩为宁(山东华鲁恒升集团德化设计研究有限公司，山东 德州 253024)

0 引言

丁醇精馏是去除丁醇中杂质的一种常用生产技术，通常要使用精馏塔进行精馏作业，在生产中由于丁醇精馏环境因素的影响，会存在一些风险因素。因此，必须就这些风险因素进行全面分析，才能够制定完善的丁醇精馏安全管控方案。

1 丁醇精馏生产工艺分析

丁醇是常见有机化合物中醇类的一种，其化工生产方法较为多样，如：丙烯羟基合成方法、巴豆醛加氢方法、丁醛加氢方法等。而具体采用哪种方法，需依据生产中的具体情况进行选择。但在上述方法中，丙烯低压羟基合成方法是当前化工行业最常见的生产丁醇的方法。该方法成本低，操作简单，催化剂用量少，原材料转化率高，化学反应所需要的温度较低，所以该生产工艺具备较强的安全性。其整个生产过程通过将丙烯气体以及合成气体在柱形反应釜中进行反应，将反应生成的混合丁醛进行催化，然后对丁醛进行加氢反应得到正丁醇。通过一系列化学反应生成的丁醇，经过预分离塔脱重组分塔以及丁醇分离塔最终得到正丁醇。通过对这一整套流程的不同化学单元进行分析，能够保证丁醇在生产过程中的安全和防控工作。其中净化单元的原理是通过预热一氧化碳和氢气组成的合成气，然后将合成气送入净化装置，去除气体中的杂质和有害物质，提高气体的纯度。提纯净化后的合成气体进入羟基合成反应器。与同样经过提纯净化后的丙烯进行反应。此后，还包括丁醇精馏单元以及醛基合成单元和丁醛催化加氢单元等多个单元。

丁醇精馏单元中通过换热器对来自丁醇储罐中的混合液体进行预热，预热后的丁醇进入分离塔完成丁醇和丙烷，丙烯等成分的分离。此时密度较小的物质如丙烯丙烷，会从分离塔的顶部排出。密度较大的物质如初丁醇会沉入分离塔底部。此后经过脱重分离塔以及正异分离塔，得到精度极高的异丁醇和正丁醇。以上就是丁醇精馏单元的全部生产流程。

2 丁醇精馏生产主要危险物分析

因为丁醇的化学特性，使其在精馏生产过程中伴随产生的其他化学物质都具备较高的危险性。为避免精馏生产过程中引发安全事故，应对该生产流程进行风险评估与安全预防工作，针对不同的化学物质需要进行不同安全措施。

2.1 丙烷

在丁醇精馏过程中，丙烷是主要的合成原料。丙烷具有易燃易爆以及毒性等特性。在丁醇精馏过程中，主要存在于羟基合成装置。火灾危险等级为甲级，爆炸极限在2.0%～9.5%之间。

2.2 丙烯

丙烯的火灾危险等级为丙级。丙烯在温度较高或强氧化剂环境下，以及遇到明火都可能引发爆炸。在丁醇精馏环节中，丙烯主要存在于原料罐以及羟基合成反应器中丙烯同样具有低毒性。

2.3 异丁醇

异丁醇在丁醇精馏过程中主要分布在脱重组分精馏塔和异丁醇储罐中，火灾等级丙级，爆炸极限为1.7%，异丁醇较大刺激性，低毒性以及易燃易爆的化学特性。

2.4 丁醛

丁醛在丁醇精馏生产过程中，主要存在于丁醛储罐中以及丁醇加氢反应器中。该物质的火灾等级为甲级。具有刺激性强以及低毒性，强还原性以及易燃易爆的化学特性，其爆炸极限为1.9%～12.5%。

2.5 丁酸丁酯

丁酸丁酯在丁醇精馏生产过程中存在于丁醛加氢反应器中，具备较强刺激性以及微毒性和易燃易爆的化学特性，火灾等级为丙级。

2.6 丁醇

丁醇是丁醇精馏生产过程中的终极产物，具有一定的刺激性以及易燃易爆和低毒性的化学特性。爆炸极限为1.4%～11.2%。丁醇主要集中在脱重组，分精馏塔以及丁醇储罐中。

3 丁醇精馏过程安全分析

化工行业主要通过化工生产满足社会各行各业在日常生产中所需要的化工产品。在化工生产的过程当中，因为各种易燃易爆或者具有毒性的原材料或者化工产品给生产带来了较大的安全隐患。例如丁醇除了可以用作燃料用途外，也可以作为化学溶剂之用。因为其具备较强的刺激性以及容易燃烧的化学特性，当人体接触丁醇后，会在呼吸道以及眼部出现较为明显的反应。长时间接触还会出现头疼眩晕等症状。因化工生产的复杂性，使得设备长期接触化学原料或化工产品很容易出现各式各样的问题，因此加剧了化工产品生产过程中的安全风险[1]。

精馏过程中的安全分析归纳总结为以下方面：(1)要对精馏过程中的危险物质进行识别。(2)对丁醇精馏过程中设备的安全性进行评估。因丁醇精馏期间涉及的容器设备较多，因此在操作过程中对其中的各个环节进行安全控制，保证各个环节能在符合规范标准的情况下进行操作。同时在操作过程中，应了解各类常见的化学产品危险特性。例如泄漏情况，当塔底出现泄漏会引发火灾以及中毒，严重时会引发爆炸。塔底泄漏常见的故障原因是在进行精馏反应之前，对设备的检查不够细致或设备本身存在故障。这些问题大多是由工作人员在工作时没有严格执行操作规范以及必要的流程所造成的。因此需要在化工生产过程中，对操作人员的操作规范和操作标准进行控制，防止这些人为的错误引发安全事故。(3)对丁醇精馏期间危险因素的分析与评价。丁醇精馏过程中的危险因素主要集中在低沸和高沸塔，以及化工原料的输送管等相关设备。低位塔应当注意温度控制，如果温度过低，使其塔内的蒸发效果不够导致某些物质没有完全蒸发，会影响丁醇的精度。如果温度过高会使得低配塔中的压力增加，可能会出现超压的问题。而高配塔同样需要对温度进行控制，这需要对温度和压力进行严密监控。同时要对丁醇输送管道进行监控和检查，防止出现泄漏情况[2]。因为丁醇的泄漏是非常严重的安全事故，会引发火灾和爆炸。在对丁醇精馏过程进行安全评价时，应找准方向，并通过各种角度进行安全工作的防范与管理。要对丁醇精馏期间的各项安全参数进行监控，以避免出现泄漏情况。应按照操作规范针对不同参数进行操作，对生产环节进行各个流程的风险评估。评估内容主要是针对不同环节的危险出现的概率，并建立相应的风险预案。

4 丁醇精馏环境风险评价

丁醇精馏过程除了可能出现各类安全风险之外，还可能会对环境造成影响。当丁醇生产环境出现了气体泄漏，就会造成空气污染。对丁醇精馏环境的评估是综合了各类风险评估而进行的，对不同的风险所造成的环境风险应进行详细了解。在进行安全环境的风险评估之前，应该对项目所在的地区的气候以及地质特点进行全面总结[3]。要将不同原料可能造成的环境污染进行分类，如丁醇丁醛的泄漏会对环境造成哪些风险要进行掌握。风险评估还要考虑气体泄漏对化工厂周边人们身体健康的影响。条件较好的化工厂应对丁醇精馏建立风险模型，将地区环境的各项参数加入风险模型中，提高风险评估的有效性。

某化工厂在建立了高斯烟羽模型之后，通过该模型对丁醇可能对环境造成的影响进行了评估，发现丁醇的不同泄漏情况对地区环境造成的影响。该化工厂平面布置图如图1所示。

图1 该化工厂平面布置图

丁醇泄漏速度计算公式如下：

根据该公式的计算可知，该化工厂一旦发生丁醇泄漏，泄漏速度为4.05 kg/s。项目区半径在350 m会出现轻伤情况。当项目区半径为115 m时，会出现死亡的情况。通过对丁醇可能出现的爆炸情况进行预测和评估时，得出的结果是丁醇在爆炸后，死亡半径为60.9 m。轻伤半径为273.4 m，财产损失半径为117.4 m。丁醇精馏环境的风险评估作用是通过风险评估进行管理措施的设置，通过通风设备来减少发生泄漏事故的几率。还应对化工生产区域内的气体检测进行完善，同时应增加防爆装置来降低安全隐患。

5 结语

总之，在丁醇精馏生产中安全管控的难度较高，因此必须根据化工生产的实际情况进行全面的风险分析，并做好安全风险针对性管控措施的部署与落实，才能够切实提升丁醇精馏生产的安全管控效果。在实际丁醇生产过程中，必须做好该环节安全管控风险的分析与前期评价，尤其应对各环节风险的危害进行分析，在生产安全管理与技术培训时要将这些分析数据告知生产操作人员，使之提升安全控制意识，提升生产中各种环境风险控制的效力，为丁醇安全生产提供保障。