关于焦化企业所涉危险工艺的分析

卢春雪　陈杰　张涛

(1.中钢集团武汉安全环保研究院有限公司　武汉 430081；　2.武汉平煤武钢

联合焦化有限责任公司　武汉 430082)



关于焦化企业所涉危险工艺的分析

卢春雪1陈杰2张涛2

(1.中钢集团武汉安全环保研究院有限公司武汉 430081；2.武汉平煤武钢

联合焦化有限责任公司武汉 430082)

摘要依据国家相关规定，分析了传统焦化企业所涉危险工艺，并对企业在危险工艺中需要进一步完善的地方提出了相关建议。

关键词焦化企业危险工艺分析

Analysis on the Hazardous Processes of Coking Enterprises

LU Chunxue1CHEN Jie2ZHANG Tao2

(1.SinosteelWuhanSafety&EnvironmentalProtectionResearchInstituteCo.,Ltd.Wuhan430081)

AbstractAccording to the relevant provisions of the state, the hazardous processes of the traditional coking enterprises are analyzed and some relevant suggestions for the problems existed in the hazardous processes are put forward.

Key Wordscoking enterprisehazardous processanalysis

0引言

国家安全生产监督管理总局分别于2009年、2013年先后公布和调整了重点监管的危险化工工艺目录(安监总管三[2009]116号、安监总管三[2013]3号)。目前，共有18种工艺列为危险工艺，涉及到煤化工企业的主要有加氢工艺、氧化工艺、新型煤化工工艺(煤制油、煤制烯烃、煤制二甲醚、煤制乙二醇、煤制甲烷气、煤制甲醇、甲醇制醋酸等工艺)。其中，传统煤化工企业(焦化企业)所涉及到的危险工艺主要为加氢工艺、氧化工艺。

1传统煤化工企业所涉及的危险工艺

1.1加氢工艺

涉及加氢反应(即在有机化合物分子中加入氢原子的反应)的工艺过程为加氢工艺，主要包括不饱和键加氢、芳环化合物加氢、含氮化合物加氢、含氧化合物加氢、氢解等。焦化企业主要的加氢工艺为苯加氢、焦油加氢、焦炉煤气制甲醇中的合成工艺。

1.2氧化工艺

涉及氧化反应(即有电子转移的化学反应中失电子的过程，也是氧化数升高的过程)的工艺过程为氧化工艺。焦化企业主要的氧化工艺为焦炉煤气制甲醇中的转化工艺等，在“调整的首批重点监管危险化工工艺中的部分典型工艺”中将“克劳斯法气体脱硫”列入“氧化工艺”的典型工艺。

2传统煤化工企业危险工艺管控现状

传统煤化工企业危险工艺很多由石化系统转化而来，尤其是加氢工艺和焦炉煤气制甲醇中的转化工艺，因此，一般设计了基本的监控和安全控制措施。

2.1加氢工艺

加氢工艺主要有苯加氢、焦油加氢、焦炉煤气制甲醇中的合成反应。根据加氢工艺危险特点、重点监控工艺参数及安全控制的基本要求，以某苯加氢工程分析传统煤化工企业加氢工艺采用的检测和控制手段。苯加氢工艺流程见图1。

由图1可以看出，加氢反应主要在预反应器、主反应器这两个关键设备。预反应器主要是将轻苯中的二硫化碳、轻质含硫成分和易形成聚合物的化合物(如二烯烃和苯乙烯等)除去，可避免这些物质在较高温度时在设备中发生聚合结焦；主反应器主要是使烯烃完全饱和，变成相应的饱和烃。硫的化合物(主要是噻吩)、氧化物和氮化物转变成碳氢化合物、硫化氢、水和氨气。

由图1中可以看出，预反应器、主反应器中的物料为轻苯和氢气的混合物，氢气的爆炸极限为：4.1%～74.2%，苯蒸汽爆炸极限为：1.2%～8%，均属于甲类火灾危险物质，温度较高，压力较大。如不对工艺参数进行有效监控，反应器中温度、压力、料比等控制不当，可能发生火灾、爆炸的危险。

图1　苯加氢工艺流程

目前，预、主反应器的重点监控工艺参数设置有循环气体流量、反应温度、反应压力、氢气压缩机运行参数等。但系统氧含量、加氢反应循环气组成等未设置在线分析仪，均采用取样化验，监控数据存在滞后，不能时时监测，同时，在取样过程中也存在着控制不当，可能发生火灾、爆炸的危险。在安全控制的基本要求中，该工艺一般设计有正常生产时温度压力控制和联锁系统，氢气检测报警装置，对循环氢压缩机设置停机报警和联锁。主反应器内温度的控制，主要通过调节其前端的管式炉的加热强度；轻苯进预、主反应器的量通过反应温度显示，由反应温度控制高速泵进蒸发器的原料量，同时与进料量进行联锁。在此工艺中，主反应器中的加氢反应一般能够做到《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》对加氢反应的基本监控要求。但对预反应器的温度和压力仅靠调节阀进行调节，未设置温度和压力的报警及相应的联锁装置。

目前，国内传统煤化工企业加氢反应的监控均设计了一些对温度、压力、物料比的自动监控装置，但对照相关要求还需要进一步完善。

2.2氧化反应

传统煤化工企业克劳斯法气体脱硫主要是从再生塔出来的酸气，通过克劳斯炉，氧气与一部分H2S反应生成SO2，生成的SO2再与H2S反应生成单质硫的过程。在此反应过程中危险物料主要有焦炉煤气，H2S，SO2，HCN，NH3，单质S等，主要危险物质的危险特性见表1。

表1　克劳斯法气体脱硫主要物质危险特性

由表1可知，克劳斯法气体脱硫反应中的HCN、H2S、焦炉煤气均为甲类火灾危险性物质，其中H2S为高毒物质，且浓度较高。在克劳斯反应过程中，如温度、压力、物料比例控制不当，极易发生火灾、爆炸及中毒事故。同时，克劳斯炉采用焦炉煤气做为燃料进行加热，对焦炉煤气的压力控制不当，易造成回火从而发生火灾、爆炸事故。

现阶段传统煤化工企业对克劳斯法气体脱硫重视不足，大部分有该工艺的企业未将其列入危险工艺进行管控。虽然对反应过程中的温度、压力、反应物料的配比等进行了监测，但未设置克劳斯炉温度和压力的报警后联锁控制(仅为防止煤气压力低造成回火而设计了煤气低压报警及快速切断装置)、克劳斯反应物料的比例报警后相关联锁、紧急送入惰性气体的系统(或设置氮气吹扫装置，但因硫磺易堵塞管道造成失效)等，甚至在此区域未设置CO或酸气的检测报警装置。即使在此区域设置相应检测仪表，但因企业未将此工艺按危险工艺管理，企业对系统检测及联锁未引起足够的重视，硫磺堵塞仪表后，又未及时校验、修复，易造成仪表不准或失效。

2.3关于安全仪表系统和HAZOP分析

目前，国内传统煤化工企业大多未设计安装此系统，现阶段涉及危险工艺的新建企业一般在设计之初进行HAZOP分析，但是部分新建企业和正在生产运行的企业未进行HAZOP分析，或分析过程非常简单，导致不能深入发现工艺、设备、作业安全等存在的问题。

3结语

国内传统煤化工企业主要是为生产焦炭，煤气净化、回收得到的化产品称为副产品，工艺较成熟。随着国家法律、法规、标准等不断完善和提高以及新工艺的不断出现，尤其是危险工艺的管控不断升级，企业应提高自动化控制水平，设计单位和企业也要严格执行相关标准，保证传统的焦化企业安全水平不断提升。

研究与探讨

污水处理

作者简介卢春雪，教授级高工，主要从事冶金、焦化、煤气等安全技术研究工作。

收稿日期：国家安全生产监督管理总局印发的《关于加强(2015-08-07)化工安全仪表系统管理的指导意见》(安监总管三[2014]116号)中明确指出：“2016年1月1日起，大型和外商独资等具备条件的化工企业新建涉及‘两重点一重大’的化工装置和危险化学品储存设施，要求设计符合相关标准规定的安全仪表系统”。在《危险化学品从业单位安全生产标准化评审标准》中明确要求，一级达标企业若涉及到危险工艺的应设计安全仪表系统，同时对危险工艺和重大危险源进行HAZOP分析。安全仪表系统主要包括安全联锁系统、紧急停车系统和有毒有害、可燃气体及火灾检测保护系统等，与过程控制系统相互独立，因此一旦生产装置或设施出现可能会导致安全生产事故发生的情况时，系统能够瞬间、准确地动作，使其安全停止运行或自动导入预定的安全状态。 2015-11-26)