硝基苯精馏再沸器工艺危险性分析及安全预防措施

2023-01-28唐占鹏

山西化工 2022年9期

唐占鹏

（绿源恒森安环（宁夏）科技有限公司，宁夏银川 750004）

硝基苯为化工行业中应用较为广泛的原料和中间物料，其主要用于苯胺和染料的生产；同时，硝基苯也应用于医药、农药以及染料行业中。在行业大量需求的背景下，对硝基苯的需求量也不断增加。目前，在硝基苯生产工艺中主要涉及到苯的硝化、中和水洗、精馏等环节。在上述各个生产环节中需要使用大量的易燃、易爆以及容易腐蚀的化学危险品，导致制备硝基苯的化学反应危险系数较大[1]。尤其是在再沸器壁和精馏塔釜等关键受热部位，对反应过程监测不到位以及处理不及时极易发生爆炸。本文重点针对硝基苯精馏再沸器的危险性展开分析，并针对性地提出安全预防措施。

1 硝基苯制备工艺研究

制备硝基苯的基本原料包括有98%硫酸、68%硝化稀硫酸以及98%的硝酸，将上述原料按照一定比例在配酸釜中混合成混酸；将所配制的混酸与酸性苯和循环稀硫酸一次在四阶硝化釜反应器中进行反应，保证在每个反应器中的反应时间为15 min。将在硝化釜反应器中的产物在溢流作用和硝化分离器的重力沉降作用下实现了酸性硝基苯和硝化稀硫酸的分离。制备硝基苯工艺流程，如图1 所示。

图1 硝基苯制备工艺流程

结合制备硝基苯的工艺原理和工艺流程图得知，整个制备工艺属于强放热反应。因此，为保证硝基苯的制备效率和安全性，需要对反应过程中的温度进行有效控制；而且还需采用有效的搅拌措施才能达到预期的制备效果。

本文重点以硝基苯制备工艺环节中的精馏再沸器为研究对象，分析可知，在精馏再沸器中的主要危险物质包括有硝基苯、二硝基苯、硝基酚类等[2]。其中，硝基苯属于毒性较强且容易燃烧、爆炸的污染，其能够与硝酸发生强烈反应；二硝基苯包括有间二硝基苯和邻二硝基苯两类，两者均为剧毒性物质；硝基酚类包括有对硝基酚、邻硝基酚、间硝酚、对硝基酚钠、邻硝基酚钠等，上述物质均属于容易发生火灾、容易爆炸以及具有强毒性的特点[3]。

鉴于制备硝基苯物质工艺流程中精馏再沸器的危险性以及其中危险物质的特性严重影响生产的效率和安全性。同时，考虑到制备硝基苯工艺属于强放热反应。因此，重点对硝基苯精馏再沸器中危险介质的热稳定性进行研究，并提出安全预防措施。

2 硝基苯精馏再沸器危险介质热稳定性分析

经分析可知，硝基苯精馏塔再沸器中的主要危险介质可归纳为硝基苯、间二硝基苯、二硝基酚钠等。本节将通过实验的方式对上述主要危险介质的热稳定性进行分析。

根据实验需求及安排，本文实验仪器为同步热分析仪、C80 微量量热仪、RSD 快速筛选仪、BAM 落锤仪、电子天平以及超声波清洗器等[4]。根据上述研究，重点对硝基苯、间二硝基苯、二硝基酚钠三类危险物质的热稳定性进行实验研究。

2.1 硝基苯的热稳定性分析

作为精馏再沸器的主要产物，也是最终的生产目的，开展对硝基苯的热稳定性分析尤为重要。本实验所采用硝基苯为天津市福晨化学试剂厂的产品，分别采用同步热分析仪、C80 微量量热仪、RSD 快速筛选仪开展DCS 实验、RSD 实验以及C80 实验，上述三种实验对应的实验条件如下页表1 所示。

表1 硝基苯热稳定性实验数据

RSD 实验对应的实验结果如下页图2 所示。

图2 硝基苯RSD 实验数据曲线

分析实验所得的曲线并结合反应流程观察可知，硝基苯在3 种测试仪器均未表现出明显的放热；在相对密封的条件下，硝基苯的状态相对稳定。但是，当硝基苯在较低的温度时其扩散性较强。因此，可以将硝基苯的危险特点归结为当精馏再沸器的管道或者阀门存在泄露的情况，硝基苯极易泄漏并扩散，加之其具有较强的毒性。

2.2 间二硝基苯热稳定性分析

间二硝基苯为精馏再沸器中硝化反应的副产物之一，且其含量较多。因此，开展间二硝基苯的热稳定性分析也十分重要。本文实验所采用的间二硝基苯为北京恒业中远化工有限公司的产品，同样分别采用同步热分析仪、C80 微量量热仪、RSD 快速筛选仪开展DCS 实验、RSD 实验以及C80 实验，上述三种实验所对应的反应条件表2 所示。

表2 间二硝基苯热稳定性实验数据

同样以RSD 实验为例，所得的实验结果如图3所示。

图3 间二硝基苯RSD 实验数据曲线

结合实验所得数据及实验过程观察结果可知，间二硝基苯在制备硝基苯的工艺过程中虽然初始含量较少；但是，随着硝基苯的提纯，间二硝基苯的含量不断增加。同时，间二硝基苯在相对较低的温度范围之内即可从固态转化为液态，鉴于其具有较强的毒性，其泄露所导致的危险性较大。

3 精馏再沸器工艺安全预防措施

结合上述对制备硝基苯工艺流程中涉及的危险环节进行分析，为保证制备硝基苯的效率和安全性，提出如下安全预防措施：

1）合理调配制备硝基苯原料的比例，保证制备工艺参数的稳定，减少类似于间二硝基苯类副产物的产生；降低精馏原料中的硝基粉盐的含量。

2）保证反应过程的中和效果和水洗效果[5]。其中，重点通过提升反应过程中的搅拌速度。强化反应过程中的中和反应将硝基苯中的酸性物质转化为盐类物质。保证混合物的充分混合状态，并使得两相物质充分接触，将其中的盐类物质完全的溶于水中，同时还需注意不能过渡混合，避免过度混合而导致的乳化现象。当由于过渡混合而出现了一定程度的乳化现象，应及时采取相应的措施对已经乳化的物质进行截取，避免其进入精馏塔，具体措施可采用：一是在粗品罐中注入蒸汽对乳化的物质进行破乳操作，二是将硝基苯预测器中的温度指标提高，保证硝基酚钠盐能够从预热器中充分地析出，而后再采用预热器将析出的硝基酚钠盐进行充分溶于水中排出。

3）定期对精馏再沸器中的关键部位进行检查维修，尤其是对其阀门、管道的密封性进行定期校验，定期对涉及到的压力表、温度计以及液位计的计量精度进行校核。

4）定期对精馏再沸器装置进行清洗操作，避免精馏塔釜液中的硝基酚钠盐的含量超标；加强在实际生产中对相关工艺参数的监测和控制，并根据现场生产进度和设备性能制定合理的排焦和清焦周期。

5）在停车检查过程中必须采取相应的安全保障措施，包括降温、注入保护器等，保证精馏装置内的温度降低至一定范围之内才能执行清除真空操作；而且，在实际清焦过程中必须严格按照规定执行操作，尤其是避免在清焦过程中坚硬工具对管道容器的避免造成冲击。

6）加强日常生产中的安全管理，严格制定并落实考核相应的安全规定，并保证各项安全规定必须在实际生产中严格执行；加强对上岗员工的培训和教育，提升员工的安全生产意识，降低事故的发生率，避免爆炸等事故的发生。