焦炉气制甲醇项目中危险工艺的控制

中图分类号：Q946.82+6.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0021-01

我公司建有二期焦炉煤气制甲醇20万吨/年项目,是由山西赛鼎工程技术有限公司（原化二院）设计,中国一冶施工建造,采用国内先进的焦炉气制甲醇生产工艺和设备,但是生产过程中的高温、高压、物料控制和联锁仍然使这成熟的生产工艺蕴含了一些潜在的危险,辨识出具体的危险工艺并采取正确的控制措施显得尤为重要.

一、危险化工工艺的判定

根据《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》（安监总管三〔2009〕116号）的规定,属于首批重点监管的危险化工工艺有：光气及光气化工艺、电解工艺（氯碱）、氯化工艺、硝化工艺、合成氨工艺、裂解（裂化）工艺、氟化工艺、加氢工艺、重氮化工艺、氧化工艺、过氧化工艺、胺基化工艺、磺化工艺、聚合工艺、烷基化工艺共15种.我公司的焦炉气制甲醇项目中危险工艺包括氧化工艺和加氢工艺.

1、转化工艺作为一种危险工艺是在一定温度、压力和催化剂作用下,甲烷与水蒸气、二氧化碳反应生成一氧化碳和氢气,同时通入氧气将焦炉煤气中氢气和甲烷部分氧化为转化反应提供热量,转化过程中甲烷得到氧,失去氢生成一氧化碳,氢气得到氧,生成水,属于目录中的氧化工艺.主要反应如下：

燃烧反应： 2H2 + O2 → 2H2O + 115.48kcal/mol

2CH4 + O2 → 2CO + 4H2 + 17.0kcal/mol

蒸汽转化反应：CH4 + H2O → CO+3H2 - 49.3kcal/mol

CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 - 39.5 kcal/mol

CnHm + nH2O → （m/2+n）H2 - Q

2、合成工艺是在一定温度、压力和催化剂作用下,在甲醇合成塔内利用一氧化碳、二氧化碳加氢合成粗甲醇,该工艺已被列入《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》中加氢工艺的典型工艺,因此甲醇合成工艺属于危险化工工艺中的加氢工艺.主要反应如下：

CO+2H2←→CH3OH+ Q

CO2+3H2←→CH3OH+H2O+ Q

二、危险化工工艺的危险特点

1.氧化工艺的危险特点

1）反应物料焦炉煤气和反应产物转化气具有燃爆危险性；

2）过量氧气和焦炉煤气混合容易达到爆炸极限,具有闪爆危险；

3）转化反应在高温、高压条件下,焦炉煤气中的氢气在高温高压下与钢材接触,钢材内的碳分子易与氢气发生反应生成碳氢化合物,使钢制设备强度降低,发生氢脆；

2.加氢工艺的危险特点

1）反应物料具有燃爆危险性,氢气的爆炸极限为4%～75%,具有高燃爆危险特性；

2）加氢为强烈的放热反应,氢气在高温高压下与钢材接触,钢材内的碳分子易与氢气发生反应生成碳氢化合物,使钢制设备强度降低,发生氢脆；

3）催化剂活化过程中易引发爆炸；

4）加氢反应尾气中有未完全反应的氢气和其他杂质在排放时易引发着火或爆炸.

三、危险化工工艺的控制

1.转化工艺的控制

根据《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》（安监总管三〔2009〕116 号）的规定,氧化工艺安全控制基本要求有：反应釜温度和压力的报警和联锁；反应物料的比例控制和联锁及紧急切断动力系统；紧急断料系统；紧急冷却系统；紧急送入惰性气体的系统；气相氧含量监测、报警和联锁；安全泄放系统；可燃和有毒气体检测报警装置等.

本工程转化工艺安全控制的设置情况如表1：

2.甲醇合成工艺的控制

根据《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》（安监总管三〔2009〕116 号）的规定,加氢工艺安全控制基本要求有：温度和压力的报警和联锁；反应物料的比例控制和联锁系统；紧急冷却系统；搅拌的稳定控制系统；氢气紧急切断系统；加装安全阀、爆破片等安全设施；循环氢压缩机停机报警和联锁；氢气检测报警装置等.但本工程甲醇合成的原料气为转化气,气体组成由焦炉气的组分决定,是一个相对固有的组成,流程中不存在物料的比例控制.甲醇合成塔采用管壳式合成塔,用壳程热水移走反应热,是一种良好的移热方式,不会造成床层超温.合成塔的控制关键在于汽包的液位控制和压力控制,为此,设置如下安全控制：

a、汽包液位的调节和联锁

甲醇合成塔汽包设置三冲量液位调节和液位低联锁,当联锁信号发出时,联锁停合成气压缩机,并联锁切断进入压缩机的气体,打开气体放空阀.

b、汽包压力的调节和报警

合成塔汽包设置压力调节和报警,并加装两个安全阀,以保证汽包不超压.

c、可燃和有毒气体检测报警装置

合成气压缩和焦炉气压缩联合布置,共设有 32 个监测一氧化碳的气体检测探头和 48 个监测氢气的气体检测探头.

甲醇合成装置设置 14 个气体检测探头,监测氢气.

四、危险化工工艺控制的效果

通过对转化、合成工艺的温度、压力、物料配比等数据进行监控,确保了在甲醇系统的稳定生产,对限制系统负荷、防泄漏、火灾、爆炸等方面起到了很好的预防作用.因此采取的控制措施满足重点监管的危险化工工艺的要求.