(一)氧化反應
化學反應中反應物質失去電子(或電子偏離)的反應,稱之為氧化反應。絕大多數氧化反應都是放熱反應。這些反應很多是易燃易爆物質(如甲烷、乙烯甲醇、氨等)與空氣或氧氣反應,其物料配比接近爆炸下限。倘若配比及反應溫度控制失調,即能發生爆炸燃燒。某些氧化反應能生成危險性更大的過氧化物,它們化學穩定性更差,以承受高溫、摩擦或撞擊便會分解、引燃或爆炸。
有些參加氧化反應的物料本身是強氧化劑,如高錳酸鉀、氯酸鉀、鉻酸酐、過氧化氫、過氧化苯甲酰,它們的危險性很大,在與酸、有機物等作用時危險性就更大了。
因此,在氧化反應中,一定要嚴格控制氧化劑的投料量(即適當的配料比),氧化劑的加料速度也不宜過快。要有良好的攪拌和冷卻裝置,防止溫升過快、過高。此外,要防止因設備、物料含有雜質為氧化劑提供催化劑,例如有些氧化劑遇金屬雜質會引起分解。使用空氣參加反應時一定要凈化、干燥,除掉空氣中的灰塵、水分和油污。
當氧化過程以空氣和氧為氧化劑時,反應物料配比應嚴格控制在爆炸范圍以外,如乙烯氧化制環氧乙烷,乙烯在氧氣中的爆炸下限為91%,即含氧量9%。反應系統中氧含量要求嚴格控制在9%以下,其產物環氧乙燒在空氣中的爆炸極限很寬,為3%~100%;其次,反應放出大量的熱增加了反應體系的溫度,在高溫下,由乙稀、氧和環氧乙烷組成的循環氣具有更大的爆炸危險性。針對上述兩個問題,工業上采用加入惰性氣體(N2,CO2或甲烷等)的方法,來改變循環氣的成分,縮小混合氣的爆炸極限,增加反應系統的安全性;其次,這些惰性氣體具有較高的熱容,能有效地帶走部分反應熱,增加反應系統的穩定性。這些惰性氣體叫做致穩氣體,致穩氣在反應中不消耗,可循環使用。
(二)還原反應
化學反應中反應物質失去電子(或電子偏近)的反應,稱之為還原反應。還原反應種類很多。雖然多數還原反應的反應過程比較緩和,但是許多還原反應會產生氫氣或使用氫氣,從而使防火防爆問題突出;另外有些反應使用的還原劑和催化劑有很大的燃燒爆炸危險性。下面就不同情況作一介紹。
1.利用初生態氫還原利用鐵粉、鋅粉等金屬在酸、堿作用下生成初生態氫起還原作用,例如:

硝基苯在鹽酸溶液中被鐵粉還原成苯胺。
鐵粉和鋅粉在潮濕空氣中遇酸性氣體時可能引起自燃,在儲存時應特別注意。
反應時酸、堿的濃度要控制適宜,濃度過高或過低均使產生初生態氫的量不穩定,使反應難以控制。反應溫度也不易過高,否則容易突然產生大量氫氣而造成沖料。反應過程中應注意攪拌效果,以防止鐵粉、鋅粉下沉。一旦溫度過高,底部金屬顆粒翔動,將產生大量氫氣而造成沖料。反應結束后,反應器內殘渣中仍有鐵粉、鋅粉在繼續作用,不斷放出氫氣,很不安全,應放入室外儲槽中,加冷水稀釋,槽上加蓋并設排氣管以導出氫氣。待金屬粉消耗殆盡,再加堿中和。若急于中和,則容易產生大量氫氣并生成大量的熱,會導致燃燒爆炸。
2.在催化劑作用下加氫有機合成工業和油脂化學工業中,常用雷內鎳(Raney—Ni)、鈀炭等為催化劑使氫活化,然后加入有機物質分子中起還原反應,例如苯在催化作用下,經加氫生成環己烷:

催化劑雷內鎳和鈀炭在空氣中吸潮后有自燃的危險。鈀炭更易自燃,平時不能暴露在空氣中,而要浸在酒精中。反應前必須用氮氣置換反應器的全部空氣,經測定證實含氧量降低到符合要求后,方可通入氫氣。反應結束后應先用氮氣把氫氣置換掉,并以氮封保存。
此外,無論是利用初生態氫還原,還是用催化加氫,都是在氫氣存在下,并在加熱加壓條件下進行。氫氣的爆炸極限為4%一75%,如果操作失誤或設備泄漏,都極易引起爆炸,操作中要嚴格控制溫度、壓力和流量。廠房的電氣設備必須符合防爆要求,且應采用輕質屋頂,開設天窗或風帽,使氫氣易于飄逸,尾氣排放管要高出房頂并設阻火器。
高溫高壓下的氫對金屬有滲碳作用,易造成氫腐蝕,所以對設備和管道的選材要符合要求。對設備和管道要定期檢測,以防事故。
3.使用其他還原劑還原常用還原劑中火災性大的有硼氫類、四氫化鋰鋁、氫化鈉、保險粉(連二亞硫酸鈉Na2S2O4)、異丙醇鋁等。
常用的硼氫類還原劑為鉀硼氫和鈉硼氫。鉀硼氫通常溶解在液堿中比較安全,它們都是遇水燃燒物質,在潮濕的空氣中能自燃,遇水和酸即分解放出大量的氫,同時產生大量的熱,可使氫氣燃爆。所以應儲于密閉容器,置于干燥處。在生產中,調節酸、堿度時要特別注意防止加酸過多、過快。
四氫化鋰鋁有良好的還原性,但遇潮濕空氣、水和酸極易燃,應浸沒在煤油中儲存。使用時應先將反應器用氮氣置換干凈,并在氮氣保護下投料和反應。反應熱應由油類冷卻劑取走,不應用水,防止水漏入反應器內,發生爆炸。
用氫化鍋作還原劑與水、酸的反應與四氫化鋰鋁相似,它與甲醇、乙醇等反應也相當激烈,有燃燒爆炸的危險。
保險粉是一種還原效果不錯且較為安全的還原劑。它遇水發熱,在潮濕的空氣中能分解析出黃色的硫磺蒸氣,硫磺蒸氣自燃點低,易自燃。使用時應在不斷攪拌下,將保險粉緩緩溶于冷水中,待溶解后再投入反應器與物料反應。
異丙醇鋁常用于高級醇的還原,反應較溫和。但在制備異丙醇鋁時須加熱回流,將產生大量氫氣和異丙醇蒸氣,如果鋁片或催化劑三氯化鋁的質量不佳,反應就不正常,往往先是不反應,溫度升高后又突然反應,引起沖料,增加了燃燒爆炸的危險性。
采用危險性小而還原性強的新型還原劑對安全生產很有意義,例如用硫化納代替鐵粉還原,可以避免氫氣產生,同時也消除了鐵泥堆積問題。
(三)硝化反應
有機化合物分子中引人硝基(一N02)取代氫原子而生成硝基化合物的反應,稱為硝化。常用的硝化劑是濃硝酸或濃硝酸與濃硫酸的混合物(俗稱混酸)。硝化反應是生產染料、藥物及某些炸藥的重要反應。
硝化反應使用硝酸作硝化劑,濃硫酸為觸媒,也有使用氧化氮氣體作硝化劑的。一般的硝化反應是先把硝酸和硫酸配成混酸,然后在嚴格控制溫度的條件下將混酸滴入反應器,進行硝化反應。
制備混酸時,應先用水將濃硫酸適當稀釋,稀釋應在有攪拌和冷卻情況下將濃硫酸緩緩加入水中,并控制溫度。如溫度升高過快,應停止加酸,否則易發生爆濺。
濃硫酸適當稀釋后,在不斷攪拌和冷卻條件下加濃硝酸。應嚴格控制溫度和酸的配比,直至充分攪拌均勻為止。配酸時要嚴防因溫度猛升而沖料或爆炸。更不能把未經稀釋的濃硫酸與硝酸混合,因為濃硫酸猛烈吸收濃硝酸中的水分而產生高熱,將使硝酸分解產生多種氮氧化物(NO2、N0、N2O3),引起突沸沖料或爆炸。濃硫酸稀釋時,不可將水注人酸中,因為水的密度比濃硫酸小,上層的水被溶解放出的熱量加熱而沸騰,引起四處飛濺。
配制成的混酸具有強烈的氧化性和腐蝕性,必須嚴格防止觸及棉、紙、布、稻草等有機物,以免發生燃燒爆炸。硝化反應的腐蝕性很強,要注意設備及管道的防腐性能,以防滲漏。
硝化反應是放熱反應,溫度越高,硝化反應速率越快,放出的熱量越多,極易造成溫度失控而爆炸。所以硝化反應器要有良好的冷卻和攪拌,不得中途停水斷電及攪拌系統發生故障。要有嚴格的溫度控制系統及報警系統,遇有超溫或攪拌故障,能自動報警并自動停止加料。反應物料不得有油類、醋酐、甘油、醇類等有機雜質,含水也不能過高,否則與酸易發生燃燒爆炸。
硝化器應設有泄爆管和緊急排放系統,一旦溫度失控,緊急排放到安全地點。
硝化產物具有爆炸性,因此處理硝化物時要格外小心。應避免摩擦、撞擊、高溫、日曬,不能接觸明火、酸、堿。卸料時或處理堵塞管道時,可用蒸汽慢慢疏通,千萬不能用金屬棒敲打或明火加熱。拆卸的管道、設備應移至車間外安全地點,用水蒸氣反復沖洗,刷洗殘留物,經分析合格后,才能進行檢修。
(四)磺化反應
在有機物分子中導人磺酸基或其衍生物的化學反應稱為磺化反應;腔磻褂玫幕腔瘎┲饕菨饬蛩帷l煙硫酸和硫酸酐,都是強烈的吸水劑。吸水時放熱,會引起溫度升高,甚至發生爆炸。磺化劑有腐蝕作用,磺化反應與硝化反應在安全技術上相似
(五)氯化反應
以氯原子取代有機化合物中氫原子的反應稱為氯化反應常用的氯化劑有:液態或氣態的氯、氣態的氯化氫和不同濃度的鹽酸、磷酰氯(三氯氧化磷)、三氯化磷、硫酰氯(二氯硫酰)、次氯酸鈣(漂白粉CaOCl2)等。最常用的氯化劑是氯氣。氯氣由氯化鈉電解得到,通過液化儲存和運輸。常用的容器有儲罐、氣瓶和槽車,它們都是壓力容器。氯氣的毒性很大,要防止設備泄漏。
在化工生產中用以氯化的原料一般是甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、戊烷、苯、甲苯及萘等,它們都是易燃易爆物質。
氯化反應是放熱反應。有些反應比較容易進行,如芳烴氯化反應溫度較低,而烷烴和烯烴氯化則溫度高達300~500℃。在這樣苛刻的反應條件下,一定要控制好反應溫度、配料比和進料速度;反應器要有良好的冷卻系統;設備和管道要耐腐蝕,因為氯氣和氯化產物(氯化氫)的腐蝕性極強。
氣瓶或儲罐中的氯氣呈液態,冬天氣化甚慢,有時需加熱,促使氯的氣化。加熱一般用溫水而切忌用蒸汽和明火,以免溫度過高,液氯劇烈氣化,造成內壓過高而發生爆炸。停止通氯時,氯氣瓶尚未冷卻的情況下關閉出口閥,以免溫度驟降,瓶內氯體積縮小,造成物料倒灌,形成爆炸性氣體。三氯化磷、三氯氧磷等遇水猛烈分解,會引起沖料或爆炸,所以要防水,冷卻劑最好不用水。
氯化氫極易溶于水,可以用水來冷卻和吸收氯化反應的尾氣。
(六)裂解反應
廣義地說,凡是有機化合物在高溫下分子發生分解的反應過程都稱為裂解。而石油化工中所謂的裂解是指石油烴(裂解原料)隔絕空氣和高溫條件下,分子發生分解反應而生成小分子烴類的過程。在這個過程中還伴隨著許多其他的反應(如縮合反應),生成一些別的反應物(如由較小分子的烴縮合成較大分子的烴)。
裂解是總稱,不同的情況,可以有不同的名稱。如單純加熱不使用催化劑的裂解稱為熱裂解;使用催化劑的裂解稱為催化裂解,使用添加劑的裂解,隨著添加劑的不同,有水蒸氣裂解、加氫裂解等。
石油化工中的裂解與石油煉制工業中的裂化有共同點,即都符合前面所說的廣義定義。但是也有不同,主要區別有二:一是所用的溫度不同,一般大體以600℃為分界,在600℃以上所進行的過程為裂解,在600℃以下的過程為裂化;二是生產的目的不同,前者的目的產物為乙烯、丙烯、乙炔、聯產丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等化工產品,后者的目的產物是汽油、煤油等燃料油。
在石油化工中用的最為廣泛的是水蒸氣熱裂解,其設備為管式裂解爐。
裂解反應在裂解爐的爐管內并在很高的溫度(以輕柴油裂解制乙烯為例,裂解氣的出121溫度近800℃)很短的時間內(0.7s)完成,以防止裂解氣體二次反應而使裂解爐管結焦。
爐管內壁結焦會使流體阻力增加,影響生產。同時影響傳熱,當焦層達到一定厚度時,因爐管壁溫度過高,而不能繼續運行下去,必須進行清焦,否則會燒穿爐管,裂解氣外泄,引起裂解爐爆炸。
裂解爐運轉中,一些外界因素可能危及裂解爐的安全。這些不安全因素大致有以下幾種。
1.引風機故障引風機是不斷排除爐內煙氣的裝置。在裂解爐正常運行中,如果由于斷電或引風機機械故障而使引風機突然停轉,則爐膛內很快變成正壓,會從窺視孔或燒嘴等處向外噴火,嚴重時會引起爐膛爆炸。為此,必須設置聯鎖裝置,一旦引風機故障停車,則裂解爐自動停止進料并切斷燃料供應,但應繼續供應稀釋蒸汽,以帶走爐膛內的余熱。
2.燃料氣壓力降低裂解爐正常運行中,如燃料系統大幅度波動,燃料氣壓力過低,則可能造成裂解爐燒嘴回火,使燒嘴燒壞,甚至會引起爆炸。
裂解爐采用燃料油作燃料時,如燃料油的壓力降低,也會使油嘴回火。因此,當燃料油壓降低時應自動切斷燃料油的供應,同時停止進料。
當裂解爐同時用油和氣為燃料時,如果油壓降低,則在切斷燃料油的同時,將燃料氣切人燒嘴,裂解爐可繼續維持運轉。
3.其他公用工程故障裂解爐其他公用工程(如鍋爐給水)中斷,則廢熱鍋爐汽包液面迅速下降,如不及時停爐,必然會使廢熱鍋爐爐管、裂解爐對流段鍋爐給水預熱管損壞。
此外,水、電、蒸汽出現故障,均能使裂解爐造成事故。在這種情況下,裂解爐應能自動停車。
(七)聚合反應
由低分子單體合成聚合物的反應稱為聚合反應。聚合反應的類型很多,按聚合物和單體元素組成和結構的不同,可分成加聚反應和縮聚反應兩大類。
單體加成而聚合起來的反應叫做加聚反應。氯乙烯聚合成聚氯乙烯就是加聚反應:
加聚反應產物的元素組成與原料單體相同,僅結構不同,其分子量是單體分子量的整數倍。
另外一類聚合反應中,除了生成聚合物外,同時還有低分子副產物產生,這類聚合反應稱為縮聚反應,例如己二胺和己二酸反應生成尼龍-66的縮聚反應。
縮聚反應的單體分子中都有官能團,根據單體官能團的不同,低分子副產物可能是水、醇、氨、氯化氫等。由于副產物的析出,縮聚物結構單元要比單體少若干原子,縮聚物的分子量就不是單體分子量的整數倍了。
由于聚合物的單體大多數都是易燃易爆物質,聚合反應多在高壓下進行,反應本身又是放熱過程,所以如果反應條件控制不當,很容易出事故,例如乙烯在130-300MPa的壓力下聚合成聚乙烯,溫度在150~300℃。在這種條件下,乙烯不穩定,一旦分解,會產生巨大的熱量,反應加劇,會產生暴聚,反應器和分離器可能發生爆炸。
聚合反應過程中的不安全因素有:
1.單體在壓縮過程中或在高壓系統中泄漏,發生火災爆炸;
2.聚合反應中加入的引發劑都是化學活潑性很強的過氧化物,一旦配料比控制不當,易引起暴、聚,反應器壓力驟增易引起爆炸;
3.聚合反應熱未能及時導出,如攪拌發生故障、停電、停水,由于反應釜內聚合物粘壁作用,使反應熱不能導出,造成局部過熱或反應釜飛溫,發生爆炸。
針對上述不安全因素,應設置可燃氣體檢測報警器,一旦發現設備、管道有可燃氣體泄漏,將自動停車。
對催化劑、引發劑等要加強儲存、運輸、調配、注入等工序的嚴格管理。
反應釜的攪拌和溫度應有檢測和聯鎖,發現異常能自動停止進料。
高壓分離系統應設置爆破片、導爆管,并有良好的靜電接地系統,一旦出現異常,及時泄壓。