黑燈科技-加氫反應的化工設計

加氫反應的化工設計

加氫反應是石油化工、精細化工和醫藥化工生產過程中常見的化學單元反應，它是指有機化合物在一定溫度、壓力和催化劑的作用下，與氫氣的反應。工業上主要的加氫反應類型主要有：不飽和鍵加氫、氫解、含氧化合物加氫、含氮化合物加氫、芳環化合物加氫、油品加氫等。加氫反應為強烈的放熱反應，大部分是在高溫、高壓條件下進行，具有反應溫度高、壓力大、放熱量大、升溫快等特點。

氫氣是無色無味無毒氣體，與空氣混合可以形成爆炸性混合物，其爆炸極限為4.1%～74.1%，爆炸極限極寬，具有高燃爆危險特性。氫氣比空氣輕，在使用過程中漏氣上升滯留屋頂不易排出，而引起爆炸。鋼材在高溫高壓下與氫氣接觸，發生氫脆，容易導致反應釜泄漏，發生事故；此外，加氫反應的催化劑大部分為鈀炭，其遇空氣易燃，因此在催化劑再生、活化過程以及尾氣放空過程易引起爆炸。

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綜上所述，加氫反應原料及生產過程中具有燃爆危險性。所以在加氫反應化工設計過程中必須采取有效安全控制措施。

1 加氫反應操作單元設置要求

氫氣進料系統：應設置流量計、壓力表、阻火器、開關閥、止回閥、氮氣吹掃、安全閥以及泄放系統。

安全泄放系統：應設置緊急泄放閥、安全閥、爆破片以及事故應急接受槽。

儀表系統：應設置雙套溫度計和壓力表，氫氣進料應設置流量計。

冷卻系統：加氫反應釜夾套或者內盤管應接入冷媒，冷媒管道上設置開關閥（或調節閥）。

其他系統：安全設施，包括安全閥、爆破片及緊急切斷裝置等。加氫反應釜應接入氮氣管道并接放空管道。

2 加氫反應裝置控制要求

加氫反應重點監控工藝參數包括反應釜內溫度、壓力；反應釜內氧含量；氫氣進料流量；反應釜攪拌速率；反應尾氣組成等。

加氫反應安全控制的基本要求包括反應釜內溫度和壓力的報警和聯鎖；氫氣進料流速控制和聯鎖系統；緊急放空、安全閥、爆破片等安全設施；緊急冷卻系統；攪拌的穩定控制系統；氫氣檢測報警裝置等。

加氫反應工藝應采用的控制方法如下：將反應釜內溫度、壓力、攪拌電流與氫氣進料流量、反應釜夾套和內盤管冷媒進口閥、反應釜夾套和內盤管熱媒進口閥形成聯鎖關系，設立緊急停車系統。加入急冷氮氣或氫氣的系統。當加氫反應釜內溫度或壓力超標或攪拌系統發生故障時自動停止加氫，泄壓，并進入緊急狀態。加氫反應釜具體自控方式：加氫反應釜超溫或超壓報警，關閉氫氣進料開關閥，關閉反應釜夾套和內盤管熱媒進出口管道開關閥，打開反應釜夾套和內盤管冷媒進出口管道開關閥，開安全泄放閥。加氫反應釜攪拌電機電流發生異常，關閉氫氣進料開關閥，如必要則開緊急泄放閥，關閉反應釜夾套和內盤管熱媒進出口管道開關閥，打開反應釜夾套和內盤管冷媒進出口管道開關閥。

3 加氫反應裝置設備材質的選擇

根據加氫反應物料特性、使用條件和壽命的要求，從設備工作條件下材料的物理性能、力學性能和耐腐蝕性能等方面考慮選用安全可靠的設備材質，同時兼顧材料價格、來源及供應等情況。設備材質可選用高Cr鋼和Cr-Ni不銹鋼，嚴禁使用黃銅材料。

4 加氫反應工藝設計中應注意的其他問題

（1）加氫反應的廠房應按照甲類建筑物要求設計，控制室、機柜間、變配電所、化驗室、辦公室等人員密集區不得與加氫反應布置在同一建筑物內。加氫反應有爆炸危險的房間或者部位應設置泄壓設施；泄壓設施宜采用非燃燒體輕質屋面板、輕質墻體和易于泄壓的門、窗等。泄壓面積應符合國家標準《建筑設計防火規范》。泄壓設施的設置宜靠近有爆炸危險的部位，并應避開人員密集場所和主要交通道路。地面采用不發火花材料，防止鐵器掉落地面時產生火花而引起事故。

因為氫氣比空氣輕，所以加氫反應的房間的上部空間，應通風良好；頂棚內表面應平整，避免死角，防止氫氣積聚。可采用頂梁上翻的結構形式。加氫反應釜的上方應設置可燃氣體檢測、報警裝置。當發生氫氣大量泄漏或積聚時，應立即切斷氣源，進行通風，不得進行可能發生火花的一切操作。

（2）因為加氫反應大部分采用鈀炭類固體催化劑，在生產過程中會產生液泛，催化劑堵塞安全閥孔喉，導致安全閥失效或者起跳后無法完好回座，所以加氫反應釜安全閥前建議串聯爆破片。泄放管道應接至事故應急接受槽，避免出現二次爆炸或污染；事故應急接受槽的容積不小于加氫反應釜的容積。含氫尾氣的放空管，在管口處應設阻火器，防止回火，并引至室外，管口應高出屋脊2 m。

因為氫氣的燃爆性和催化劑的自燃性，加氫反應系統使用前應進行吹掃置換，可采用氮氣轉換法，并應在加氫反應釜上安裝氧含量分析儀；其放空系統和催化劑活化、再生系統均應設氮封保護，避免與空氣接觸。

（3）氫氣管道的管材應采用無縫鋼管，禁止采用鑄鐵管道，管道的連接除與設備、法蘭的連接可采用法蘭連接外，均應采用焊接。氫氣管道、閥門、聯接件等不應選用與介質發生化學反應的黃銅材料。要加強對設備的檢查，定期更換管道、設備，防止氫脆造成事故。管道法蘭、閥門等連接處，應采用金屬線跨界，防止靜電積聚。氫氣管道不得穿過與其無關的建筑物。加氫反應相關電氣設備防爆等級應滿足《爆炸危險環境電力裝置設計規范》的要求，其防爆等級應為CT4。

5 結語

加氫反應屬于國家安全監督總局重點監管的危險化工工藝，其反應過程具有較大危險性。應從加氫反應操作單元設置要求，加氫反應裝置控制要求，加氫反應裝置設備材質的選擇等方面入手，根據加氫反應特殊性采取具有針對性的安全控制措施，將加氫反應生產過程的危險程度降至最低。