烷基化工艺安全控制设计指导方案.docx

烷基化工艺安全控制设计指导方案目录1概述11.1 烷基化工艺11.2 烷基化反应类型11.2.1 C-烷基化反应11.2.2 N-烷基化反应11.2.3 O-烷基化反应21.3 烷基化工艺关键设备和重点监控单元21.3.1 烷基化工艺的关键设备21.3.2 烷基化工艺的重点监控单元21.4 烷基化工艺涉及的主要危险介质31.4.1 烷基化原料31.4.2 产品51.5 XX省主要烷基化工艺产品目录52危险性分析62.1 固有危险性62.1.1 火灾危险性62.1.2 爆炸危险性72.1.3 中毒危险性72.1.4 腐蚀及其他危险性72.2 工艺过程的危险性分析72.2.1 反应过程的危险性82.2.2 反应安全风险评估82.2.3 危险和可操作性分析83重点监控的工艺参数和控制要求93.1 温度93.2 压力93.3 反应釜内搅拌93.4 反应投料速度与物料配比103.5 冷媒104推荐的安全控制方案114.1 各工艺参数的控制方式114.2 工艺系统控制方式114.2.1 基本监控要求114.2.2 基本控制要求114.3 根据反应安全风险评估结果，制定相应的控制措施134.4 仪表系统选用原则134.4.1 基本过程控制系统（BPCS）选用原则134.4.2 安全仪表系统选用原则144.4.3 气体检测报警系统（GDS）选用原则144.5 其他安全设施155通用设计要求165.1 收集产品工艺资料165.2 确定改造范围165.3 仪表设备选型175.4 提交方案175.5 与建设方技术交底，提交改造图纸，签署设计变更176典型工艺安全控制系统改造设计方案186.1 工艺简述186.2 装置烷基化工艺危险性分析186.2.1 固有危险性186.2.2 工艺过程的危险性196.3 装置烷基化工艺控制方案综述197烷基化工艺安全控制系统设计指导方案附表、附图217.1 XX省主要烷基化工艺产品目录（附表1）217.2 烷基化工艺重点监控参数的控制方式（附表2）217.3 企业需提交的设计资料清单（附表3）217.4 某企业烷基化工艺控制、报警、联锁一览表（附表4）217.5 某企业烷基化工艺管道与仪表流程图（附图1）21附表1XX省主要烷基化工艺产品目录22附表2烷基化工艺重点监控参数的控制方式23附表3企业需提交的设计资料清单24附表4某企业烷基化工艺控制、报警、联锁一览表25附图1某企业烷基化工艺管道与仪表流程图261概述1.1 烷基化工艺把烷基引入有机化合物分子中的碳、氮、氧等原子上的反应称为烷基化反应。涉及烷基化反应的工艺过程为烷基化工艺，可分为C烷基化反应、N-烷基化反应、O-烷基化反应等。烷基化工艺常用烯崎、卤化烧、醇等能在有机化合物分子中的碳、氧、氮等原子上引入烷基的物质作为烷基化剂。1.2 烷基化反应类型烷基化反应主要分为G烷基化反应、N-烷基化反应、O-烷基化反应三种类型。1.2.1 C-烷基化反应烷基化反应发生在烷基化原料分子链的C原子上。例如：乙烯、丙烯以及长链-烯燃与苯发生烷基化反应生产制备乙苯、异丙苯和高级烷基苯;苯系物与氯代高级烷烧在催化剂作用下制备高级烷基苯；用脂肪醛和芳煌衍生物制备对称的二芳基甲烷衍生物；苯酚与丙酮在酸催化下制备2,2-对（对羟基苯基）丙烷（俗称双酚A）。如苯与乙烯生成乙苯的反应方程式为：C6H6+C2H4CgH10苯与丙烯生成异丙苯的反应方程式为：C6H6+C3H6C9H121.2.2 N-烷基化反应烷基化反应发生在烷基化原料分子链上含N取代基的N原子上。例如：苯胺和甲懒烷基化生产苯甲胺；苯胺与氯乙酸生产苯基氨基乙酸；苯胺和甲醇制备N,N二甲基苯胺；苯胺和氯乙烷制备N,N-二烷基芳胺；对甲苯胺与硫酸二甲酯制备N,N.二甲基对甲苯胺；环氧乙烷与苯胺制备N-（P-羟乙基）苯胺；氨或脂肪胺和环氧乙烷制备乙醇胺类化合物；苯胺与丙烯月青反应制备N-（-氟乙基）苯胺等。如苯胺与甲雁生成苯甲胺的反应方程式为：C6H7N+C2H6OC7H9N+CH4O如苯胺与氯乙酸生成苯基氨基乙酸的反应方程式为：C6H7N+C1CH2COOHC8H9NO2+HCl1.2.3 O-烷基化反应烷基化反应发生在烷基化原料分子链上含O取代基的O原子上。例如：对苯二酚、氢氧化钠水溶液和氯甲烷制备对苯二甲懒；硫酸二甲酯与苯酚制备苯甲醛；高级脂肪醇或烷基酚与环氧乙烷加成生成聚悔类产物等。如对苯二酚、氢氧化钠与氯甲烷生成对苯二甲懒的反应方程式为：C6H6O2+2NaOH+2CH3ClC8Ho2+2NaCl+2H2O如硫酸二甲酯、氢氧化钠与苯酚生成苯甲懒的反应方程式为：（CH3O）2SO2+2NaOH+C6H5OHC7H8O+Na2SO4+CH4O+2H2O1.3 烷基化工艺关键设备和重点监控单元1.3.1 烷基化工艺的关键设备烷基化工艺关键设备是烷基化反应器（釜）。1.3.2 烷基化工艺的重点监控单元烷基化工艺的重点监控单元为烷基化反应器（釜）。在烷基化工艺过程中，烷基化反应一般为放热反应，反应温度在烷基化工艺中为重要参数需要严格控制，烷基化反应器（釜）内一般需要保持一定压力，故烷基化反应器（釜）应设置温度、压力监控装置，如温度计、压力表；部分烷基化反应器（釜）属于压力容器，应设安全阀等安全附件。烷基化工艺涉及的物质大多为可燃物，在反应过程中如果出现泄漏，使空气混入反应器（釜）或反应釜搅拌停车、冷媒流量过低导致釜内温度过高都有可能造成爆炸事故，故反应器（釜）还应设置爆破片、导爆管等安全附件。1.4 烷基化工艺涉及的主要危险介质141烷基化原料按照烷基化反应的分类，烷基化原料可以大致分为C-烷基化原料、N-烷基化原料、O-烷基化原料，烷基化原料大都是具有火灾爆炸危险的。C-烷基化原料包括乙烯、丙烯等不饱和烯烧；苯、甲苯等芳香烧类；以及部分含氧烽类。C-烷基化原料大部分是可燃性液体或是可燃气体，其蒸气与氧化性物质、空气等混合可能形成爆炸性混合物。部分种类的烷基化原料具有一定的毒性和腐蚀性。N-烷基化原料主要为芳香族胺类，均为可燃液体或可燃固体，一般具有一定的还原性和碱性，其蒸气和粉尘与氧化性物质、空气等能形成爆炸性混合物。芳香胺类物质一般有较强毒性和腐蚀性。O-烷基化原料主要为各种含氧烽类衍生物，包括醛、酮、酚、酯以及醇钠等。O-烷基化原料均为可燃液体或可燃固体，其蒸气和粉尘部分能与氧化性物质、空气等形成爆炸性混合物。不同O-烷基化原料的毒性和腐蚀性之间区别很大，如醇钠有强碱性，对人体有强刺激性，具有相当强的腐蚀性，与水强烈反应生成碱。有些种类O-烷基化原料如酚一般有一定酸性且毒性很强，而有些O-烷基化原料如甘油等却无毒或低毒物质，且腐蚀性较弱。1.4.L1烷基化剂烷基化剂大多为带有活性基团的有机物，如带卤素、硫酸二酯、硝基、磺酸基、氟基等基团的有机物。烷基化剂均为可燃性物质，其火灾危险性一般要比烷基化原料高，大部分为可燃液体或可燃气体，能与氧化性物质形成爆炸性混合物，例如：硫酸二甲酯，遇热、明火或与氧化剂接触有引起燃烧的危险，与氢氧化铁剧烈反应，遇高热可剧烈分解发生爆炸；环氧乙烷，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热引起燃烧爆炸。其蒸汽比空气重，能在较低的地方扩散到较远的距离，遇明火引起回燃，遇高热剧烈分解发生爆炸。烷基化剂的毒性和腐蚀性因其活性基团的不同有很大差异，部分种类的卤代烷、氟化物等烷基化剂有很强毒性，例如：碘甲烷属于中等毒性物质，损害中枢神经及周围神经，对皮肤粘膜也有刺激作用；漠甲烷也属于中等毒性物质损害中枢神经及周围神经，对肝、肺、肾都有损害，同时刺激皮肤粘膜。部分烷基化剂如乙醇以及部分酮类等物质为低毒或无毒物质。催化剂烷基化工艺涉及催化剂种类较多，主要包括：三氯化铝、三氯化磷、氯化锌等氯化物；硫酸、盐酸、氢氧化钠等无机酸或无机碱；还有部分种类的有机溶剂在反应中也能起到催化的作用。三氯化铝、三氯化磷等氯化物一般遇水发生剧烈反应放出氯化氢气体,对皮肤粘膜有刺激作用，有较强的毒害性；其他催化剂，如无机酸，一般具有一定氧化性，部分无机酸如浓硫酸有强氧化性，具有很强的腐蚀性，对人体能造成化学灼伤，遇强还原性物质、碱性物质发生强烈反应放出大量的热量。部分有机物催化剂如DMF,四甲基氯化钱等物质，一般为可燃液体，大部分具有一定毒性。142产品烷基化产品与烷基化剂危险性比较相似，烷基化产品均为可燃液体或可燃性固体，有些烷基化产品，如二硝基苯乙醛在摩擦、碰撞、遇热等条件下能发生燃烧。1.5 XX省主要烷基化工艺产品目录XX省主要烷基化工艺产品目录详见附表Io2危险性分析烷基化反应是放热过程，反应介质具有燃爆危险性，烷基化催化剂具有自燃危险性，遇水剧烈反应，放出大量热量，容易引起火灾甚至爆炸；烷基化反应都是在加热条件下进行，原料、催化剂、烷基化剂等加料次序颠倒、加料速度过快或者搅拌中断停止等异常现象容易引起局部剧烈反应,造成跑料，引发火灾或爆炸事故。2.1 固有危险性固有危险性是指烷基化反应中的原料、产品、中间产品、催化剂等本身具有的危险有害特性。2.1.1 火灾危险性烷基化原料大都具有着火爆炸危险性。如苯是甲类液体，闪点-11,爆炸极限1.2%7.8%；苯胺是丙类液体，闪点71,爆炸极限1.3%ll%o烷基化剂的火灾危险性一般比烷基化原料的火灾危险性要大。如丙烯是易燃气体，爆炸极限是2%11%；甲醇是甲类液体，闪点1C,爆炸极限6%36.5%；十二烯是乙类液体，闪点35,自燃点220。烷基化过程使用的催化剂反应活性强。如三氯化铝是忌湿物品，有强烈的腐蚀性，遇水或水蒸气分解放热，放出氯化氢气体，有时能引起爆炸,若接触可燃物，则易着火；三氯化磷是腐蚀性忌湿物质，遇水或乙醇剧烈分解，放出大量的热和氯化氢气体，有极强的腐蚀性和刺激性，有毒，遇水及酸（主要是硝酸、醋酸）发热、冒烟，有发生起火爆炸的危险。烷基化的产品亦有一定的火灾危险。如异丙苯是乙类液体，闪点35.5,自燃点434,爆炸极限0.68%4.2%；二甲基苯胺是丙类液体,闪点61,自燃点371；烷基苯是丙类液体，闪点127。2.1.2 爆炸危险性有些种类的烷基化剂、烷基化原料与氧化性物质、空气混合能形成爆炸性物质。如乙烯、乙醇蒸气，卤代甲烷等，当设备管道发生泄漏或是设备进料时有空气混入，遇热会导致爆炸事故。部分工艺中，使用的原料或产品，如烷基化剂硫酸二甲酯，在处理不当的情况下，受热、光照或摩擦碰撞，会导致其剧烈分解造成爆炸事故。2.1.3 中毒危险性不同烷基化工艺中涉及的物质，具有不同的中毒危害性，部分工艺涉及到的物质中毒危险性较强如硫酸二甲酯、硝基氯苯等属高毒类，如苯、苯酚、澳乙烷、三氯化磷属中等毒类物质；部分工艺涉及到的物质中毒危险性较低，如甲醇、正丁醇、蔡、丙烯、乙烯、乙醇、丙酮、月桂醇、甲酚等属于低毒类物质。2.1.4 腐蚀及其他危险性部分烷基化工艺需要在一定PH值条件下进行，或者反应过程中涉及到一些无机酸、碱等腐蚀性物质，如硫酸、盐酸、苛性钠、苛性钾等物质,有些烷基化剂或烷基化原料如苯酚本身具有一定程度的腐蚀性；有些烷基化催化剂如三氯化磷，遇水反应放出有腐蚀性气体。2.2 工艺过程的危险性分析不同烷基化工艺具有不同的危险性，其反应温度、压力、物料性质等工艺参数差别较