甲醇裂解制氢装置潜在危险因素分析及对策

严国伟

(嘉兴 化有限公司，浙江 嘉兴 314201)

摘 要：本文对醇裂解制氯装置的危险索进行了分析，指出裂解反应器、氢气储存和输送区等氯气富集区域是装置中的主要潜在危险区域，并对可能引起氢气泄漏、燃烧、爆炸的因素进行了剖析，最后从工艺、防火、管理三方面提出了应对措施，对企业的安全稳定生产具有一定的借鉴意义。

关键词：甲醇制氢；危险因素；燃烧爆炸；措施 

引言

    氢气作为重要的工业原料，在化工、冶金等行业有广泛应用。目前制氢的方法很多，有化学制氢、电解水制氢、生物制氢等。其中化学制氢中的甲醇裂解制氢，由于氢收率高、能量利用合理、过程简单、便于工业操作而成为了目前的主流制氢方式^[1-3]。但是， 由于其原材料甲醇和产品氢气的易燃、易爆特性，不可避免的会存在一些潜在的危害和有害因素。因此，在甲醇裂解制氢装置的设计和生产中要彻底研究装置发生事故的潜在危险性，才能针对性的制定安全防范措施和控制危险的对策，从而为企业组织和实现安全生产提供信息基础，并为装置的稳定运行保驾护航。

1 工艺流程简介

    甲醇与水在一定温度、压力条件下，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，方应方程式如下：

   裂解反应：CH₃OH→CO+H₂    -90.7KJ/moL

   变换反应：H₂O+CO→CO₂+H₂   +41.2KJ/moL

   总反应：CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂   -49.5KJ/moL

   由反应式可知，总反应为吸热反应，反应时所需要的热量由循环的导热油提供，导热油的温度由蒸汽量进行调节。

甲醇与水混合后通过原料计量泵送入换热器， 经过汽化过热器达到反应所需温度后送入裂解反应器。 在固定床催化反器内时进行甲醇裂解 、一氧化碳变换反应，生成氢气和二氧化碳。反应后转化气经过换热器，再经冷凝和分离装置，送往变压吸附系统，转化气格见表 1。

变压吸附系统，依据产气量的要求由多台吸附塔组成。甲醇裂解气经过一套由多台吸附气并联操作的变压吸附系统，一次性吸附分离所以杂质得到纯度≥99.9%的产品氢气。

2 装置中存在的潜在危险因素分析

     醇裂解制氧过程中主要的易燃易爆化学品为甲醇、氨气和一氰化碳，甲醇蒸汽、氢气与空气混合后能形成爆炸性气体，遇明火或高温能引起燃爆。此装置的火灾危险等级为甲类，按《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》划分，此装置爆炸危险区为2区。装置中主要危险物料物性参数如表2所示：

氢气爆炸极限范同很宽 (4.1%一74.1%)，一旦泄露，会与空气混合成爆炸性气体，遇到明火或热源可能引发爆炸事故。鉴于此，装置中氧气富集程度高的两个区域：裂解反应

器 (含氢量75%)及氢气储存和输送区 (含氯量 >99．9%)是制氧裟置的潜在危险区域。具体主要有以下几点：

     (1)裂解反应器是制氧装置的核心设备，它处于高温(230—290℃)、高 (1.2MPa)、临氢状态下操作，由于反应器内存在 75%的氢气。存在商温氢腐蚀、氢脆和奥氏体不锈铡堆焊层氢致剥离断裂的潜在危害因素^[4]，从而导致氢泄漏和氢腐蚀事故。

    (2)制氢过程涉及到氢气缓冲罐的使用。如果氢气缓冲罐的原材料和焊接缺陷、腐蚀、疲劳、超寿命使用、安全附件失灵、储罐和输送管道的操作压力超过设计的工作胝力或储存量过大、操作失误、设备和管道接地不良等原 ，均易导致氧气缓冲罐的燃烧爆炸事故。

    (3)输氢管道、阀门及密封填料等材质不符合技术要求，也是发生燃烧爆炸的主要原因之一。输送管道内壁粗糙，随着高速气流与输送管道内壁发生摩擦，可使它们呈白炽状，自身发生着火、飞散。阀门及密封填料等材质不符合技术要求，造成输送气体泄漏形成爆炸混合物极易发生燃烧爆炸。

    (4)氢气输送管道尤其是气流出口或调节阀处在气体输送过程中会产生静电，静电的积累会发生放电危险，形成燃烧爆炸事故。在气体输送管道的急弯处，气流发生猛烈的冲击，并集积起来，使局部管道内壁温度急骤上升，可能会引起管道燃烧爆炸。管道腐蚀，管壁减薄或未认真考虑热胀冷缩补偿等都会使管道的强度火幅度下降，也会造成管道的爆裂、气体泄露。

    (5)甲醇蒸气、一氧化碳气体均为易燃易爆气体，虽如表 1所示它们 转化气中含量较低 (≤1％)，但它们与宅气的混合物即使极小的火星也易引起着火，若在装置中积聚也存在燃烧爆炸风险。

3 成对措施

3．1 工艺措施

     工艺流程设计力求先进可靠，采用封闭连续性操作，带压设备均设有安伞阎泄放装置，超压放空的易燃、易爆气体均送放空总管集中处理。设备、管道的设计选型，制造、安装、试压等要严格按照国家现有最新标准和规范要求执行，氢气管道应采用无缝金属管道，禁止使用铸铁管道，管道的连接应采用焊接或其他有效防止漏气的连接方式。采用合理的控制方案，与安全密切相关的操作均采用自动调节并设置报警系统，实行监测和控制，保证安全生产。

3．2 防火措施

  生产区采用敞开式框架，设备尽可能露天布置，保证良好的自然通风，避免有害气体的积聚。根据爆炸和火灾

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