嚴國偉

(嘉興 化有限公司，浙江 嘉興 314201)

摘 要：本文對醇裂解制氯裝置的危險索進行了分析，指出裂解反應器、氫氣儲存和輸送區等氯氣富集區域是裝置中的主要潛在危險區域，并對可能引起氫氣泄漏、燃燒、爆炸的因素進行了剖析，最后從工藝、防火、管理三方面提出了應對措施，對企業的安全穩定生產具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：甲醇制氫；危險因素；燃燒爆炸；措施 

引言

    氫氣作為重要的工業原料，在化工、冶金等行業有廣泛應用。目前制氫的方法很多，有化學制氫、電解水制氫、生物制氫等。其中化學制氫中的甲醇裂解制氫，由于氫收率高、能量利用合理、過程簡單、便于工業操作而成為了目前的主流制氫方式^[1-3]。但是， 由于其原材料甲醇和產品氫氣的易燃、易爆特性，不可避免的會存在一些潛在的危害和有害因素。因此，在甲醇裂解制氫裝置的設計和生產中要徹底研究裝置發生事故的潛在危險性，才能針對性的制定安全防范措施和控制危險的對策，從而為企業組織和實現安全生產提供信息基礎，并為裝置的穩定運行保駕護航。

1 工藝流程簡介

    甲醇與水在一定溫度、壓力條件下，在催化劑的作用下，發生甲醇裂解反應和一氧化碳的變換反應，生成氫氣和二氧化碳，方應方程式如下：

   裂解反應：CH₃OH→CO+H₂    -90.7KJ/moL

   變換反應：H₂O+CO→CO₂+H₂   +41.2KJ/moL

   總反應：CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂   -49.5KJ/moL

   由反應式可知，總反應為吸熱反應，反應時所需要的熱量由循環的導熱油提供，導熱油的溫度由蒸汽量進行調節。

甲醇與水混合后通過原料計量泵送入換熱器， 經過汽化過熱器達到反應所需溫度后送入裂解反應器。 在固定床催化反器內時進行甲醇裂解 、一氧化碳變換反應，生成氫氣和二氧化碳。反應后轉化氣經過換熱器，再經冷凝和分離裝置，送往變壓吸附系統，轉化氣格見表 1。

變壓吸附系統，依據產氣量的要求由多臺吸附塔組成。甲醇裂解氣經過一套由多臺吸附氣并聯操作的變壓吸附系統，一次性吸附分離所以雜質得到純度≥99.9%的產品氫氣。

2 裝置中存在的潛在危險因素分析

     醇裂解制氧過程中主要的易燃易爆化學品為甲醇、氨氣和一氰化碳，甲醇蒸汽、氫氣與空氣混合后能形成爆炸性氣體，遇明火或高溫能引起燃爆。此裝置的火災危險等級為甲類，按《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》劃分，此裝置爆炸危險區為2區。裝置中主要危險物料物性參數如表2所示：

氫氣爆炸極限范同很寬 (4.1%一74.1%)，一旦泄露，會與空氣混合成爆炸性氣體，遇到明火或熱源可能引發爆炸事故。鑒于此，裝置中氧氣富集程度高的兩個區域：裂解反應

器 (含氫量75%)及氫氣儲存和輸送區 (含氯量 >99．9%)是制氧裟置的潛在危險區域。具體主要有以下幾點：

     (1)裂解反應器是制氧裝置的核心設備，它處于高溫(230—290℃)、高 (1.2MPa)、臨氫狀態下操作，由于反應器內存在 75%的氫氣。存在商溫氫腐蝕、氫脆和奧氏體不銹鍘堆焊層氫致剝離斷裂的潛在危害因素^[4]，從而導致氫泄漏和氫腐蝕事故。

    (2)制氫過程涉及到氫氣緩沖罐的使用。如果氫氣緩沖罐的原材料和焊接缺陷、腐蝕、疲勞、超壽命使用、安全附件失靈、儲罐和輸送管道的操作壓力超過設計的工作胝力或儲存量過大、操作失誤、設備和管道接地不良等原 ，均易導致氧氣緩沖罐的燃燒爆炸事故。

    (3)輸氫管道、閥門及密封填料等材質不符合技術要求，也是發生燃燒爆炸的主要原因之一。輸送管道內壁粗糙，隨著高速氣流與輸送管道內壁發生摩擦，可使它們呈白熾狀，自身發生著火、飛散。閥門及密封填料等材質不符合技術要求，造成輸送氣體泄漏形成爆炸混合物極易發生燃燒爆炸。

    (4)氫氣輸送管道尤其是氣流出口或調節閥處在氣體輸送過程中會產生靜電，靜電的積累會發生放電危險，形成燃燒爆炸事故。在氣體輸送管道的急彎處，氣流發生猛烈的沖擊，并集積起來，使局部管道內壁溫度急驟上升，可能會引起管道燃燒爆炸。管道腐蝕，管壁減薄或未認真考慮熱脹冷縮補償等都會使管道的強度火幅度下降，也會造成管道的爆裂、氣體泄露。

    (5)甲醇蒸氣、一氧化碳氣體均為易燃易爆氣體，雖如表 1所示它們 轉化氣中含量較低 (≤1％)，但它們與宅氣的混合物即使極小的火星也易引起著火，若在裝置中積聚也存在燃燒爆炸風險。

3 成對措施

3．1 工藝措施

     工藝流程設計力求先進可靠，采用封閉連續性操作，帶壓設備均設有安傘閻泄放裝置，超壓放空的易燃、易爆氣體均送放空總管集中處理。設備、管道的設計選型，制造、安裝、試壓等要嚴格按照國家現有最新標準和規范要求執行，氫氣管道應采用無縫金屬管道，禁止使用鑄鐵管道，管道的連接應采用焊接或其他有效防止漏氣的連接方式。采用合理的控制方案，與安全密切相關的操作均采用自動調節并設置報警系統，實行監測和控制，保證安全生產。

3．2 防火措施

  生產區采用敞開式框架，設備盡可能露天布置，保證良好的自然通風，避免有害氣體的積聚。根據爆炸和火災

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