聚苯乙烯生产危险性分析及安全设计文献综述

文献综述

1、设计背景

聚苯乙烯（Polystyrene，缩写PS）是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，化学式是(C₈H₈)_n。它是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100℃的玻璃转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等。聚苯乙烯是现在社会上最常见的树脂之一，已经在家电、汽车、包装、儿童玩具、工业生产等领域广泛应用，其每年的生产量和消耗量排在聚乙烯、聚丙烯和聚氨乙烯之后的第四位。目前聚苯乙烯主要有三个系列的产品，分别是GPPS (通用型聚苯乙烯)、HTPS (高抗冲型聚苯乙烯)、EPS (发泡型聚苯乙烯)，以较好的透明度、耐光、耐水、绝缘性好、易于成型和易于成色等优点得到广泛的应用。

但聚苯乙烯的生产是一项高危行业，生产过程本身具有易燃易爆、高温高压、有毒有害等特点。随着聚苯乙烯生产的高速发展，生产规模越来越大，工艺过程也越来越复杂，自动化程度越越来越高，安全为题就成了聚苯乙烯生产企业需要面对的最重要的问题之一。

1.1聚苯乙烯生产国内生产工艺情况

我国聚苯乙烯的生产工艺经历着起步、扩展和规模化3个阶段。在20世纪60到80年代处于起步阶段，在该阶段中，技术相对落后，以小体本法和悬浮法为主要的生产工艺。企业生产规模都在万吨以下。到20世纪的 80年代末期到90年代中期为扩展阶段，在这一阶段过程中，企业引进了当时的国际先进技术连续本体聚合工艺，对当时生产技术的发展起到了促进作用。20世纪 90年代中期到现在是规模化发展阶段，在此阶段，由于经济的迅猛发展，我国国内对聚苯乙烯的需求迅速增长，国内出现很大的缺口，国外先进企业纷纷到我国建厂，带来了先进的生产技术，我国聚苯乙烯的生产技术水平也达到了一个新的平台，年产量也有大量的进步。在我国引进的国外先进技术中，我国很多企业先后进行 引进Fina工艺，也是我国企业引进最多的生产工艺。我国的辽宁抚顺石油、汕头海洋和辽宁盘锦乙烯等公司先后引进了这一生产工艺。但是这些企业所运用的都不是 Fina公司的最先进聚苯乙烯生产工艺。我国的湛江新中美引进了Fina公司典型商业化的聚苯乙烯生产工艺。我国的很多企业也引进了日本的TEC-MTC生产工艺。我国的兰州石化和齐鲁石化公司等公司都引进了这一生产工艺。兰州石化引进的较为古老的生产工艺，齐鲁石化引进的为新进的生产工艺。

1.2聚苯乙烯生产国外生产工艺情况

在国际上，聚苯乙烯最先是由德国法本公司实现工业化的，在之后经过的技术实践，现在聚苯乙烯系列树脂的工艺生产大都采用本体连续聚合方法工艺。此方法相比乳液聚合法能够生产更纯净的、高透明的及外观漂亮的聚苯乙烯系列树脂。美国的Dow公司也是在上世纪30年代开始研究聚苯乙烯的生产工艺的，经过60年代的创新发展，对聚苯乙烯的聚合工艺发展起到了促进作用，成为世界四大聚苯乙烯生产企业之一，在聚苯乙烯的生产领域中处于领先的地位。该公司的生产工艺是采用双官能团的引发剂引发，然后加入少量的乙苯作为循环溶剂，采用乙二醇做冷剂。设备采用碳钢的反应器及不锈钢的真空循环系统、添加剂系统。德国的BASF公司也是世界上聚苯乙烯最早的发明者之一，经过逐渐不断的扩大发展也成为世界上四大聚苯乙烯的生产厂商之一。该公司生产工艺采用引发剂引发及少量乙苯作为循环剂。美国的Fina公司也是世界四大聚苯乙烯生产商之一，该公司采用热引发剂，加入少量的乙苯作为溶剂。设备全是碳钢材料，生产设备投资较少。日本的TEC-MTC工艺采用热引发，高光泽HIPS的生产才用引发剂引 发，加入少量乙苯作为溶剂，设备全为不锈钢材料。

1.3苯乙烯的物性苯乙烯为无色透明油状、乙A类可燃液体。熔点:-36.6℃、沸点:146℃、闪

点:31.1℃、引燃温度:490℃、爆炸极限(上):1.1%、爆炸极限(F):6.1%。

1.4危害性分析苯乙烯蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起

燃烧爆炸的危险。遇酸性催化剂如路易斯催化剂、齐格勒催剂、硫酸、氯化铁、氯化

铝等都能产生猛烈聚合，放出大量热量。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远

的地方，遇明火会引着回燃。

1.5案例事故

2020年5月7日韩国LG公司名下的印度化工厂发生两个5000吨的苯乙烯气罐泄漏事故，造成包括一名儿童在内的至少11人死亡、1000多人中毒，其中至少25人情况危急。

工厂使用苯乙烯单体作为原料生产聚苯乙烯产品，此次泄漏事故发生在7日凌晨3时左右，事发时化工厂附近的居民大多在熟睡之中。天亮的时候，路上、沟里以及附近村庄的房屋里，很多人被发现躺在地上，一动不动。有毒气体已扩散到附近半径为3公里的20个村庄。《印度时报》称，约5000人在化工厂发生有毒气体泄漏后出现身体不适症状，如呕吐、神经系统受损等。

2.聚苯乙烯生产流程

聚苯乙烯的生产过程一般分为6个工序，第一道工序是配料工序，即将苯乙烯、矿物油等原料经过输送管道送入进料罐，在进料管内搅拌混合均匀后待用。

第二道工序是聚合反应工序，即将第一道工序里混合均匀的原料按顺序通过四台串联好的反应釜，其中第一个反应釜是通过真空系统实现负压用环境下的带搅拌及夹套的立体混合反应器，它的反应通过控制导热油的流量控制温度，通过控制苯乙烯和乙烯溶剂的气化排出量控制压力。

第三道工序是脱挥工序，即将生产的聚合物降温后送入二级串联脱挥器，将生成的聚苯乙烯除去未反应的苯乙烯单体及溶剂杂质后送入下一工序，同时将未反应的苯乙烯单体和气化的溶剂乙苯通过回收泵回收。

第四道工序为造粒工序，即将除去杂质后的聚合物送入模具，通过模头的孔眼挤出形成条束，冷却固化后，进入切粒机切粒，再经过冷却运输后进入离心干燥机干燥，最后进入振动筛分离后加入适量外部润滑剂送入下一工序。

第五道工序包装贮存工序，将前一道工序完成的粒料送入包装机，进行自动计数包装阶段，包装好后送入仓库贮存。

第六道工序为附加工序，即将第三道工序中分离出来的为反应得苯乙烯单体和乙烯蒸汽送入二级串联的真空冷凝器中，冷却后总如进料罐循环使用。

3.设计研究的目的和意义

在现在国家经济经济转型的重要阶段，安全，尤以化工安全最为收到关注，尤其在经历许多重大化工爆炸事故后。易燃易爆化工品生产装置，罐区及储运设施发生火灾、爆炸的危险性较大，因此安全设计是非常重要的工作，要求在设计中须采取措施保证系统安全运行。在聚苯乙烯生产过程中，存在着较大的火灾、爆炸等危险有害因素，所以有必要对其生产过程进行较为详细的危险性分析。本课题侧重在全面分析生产过程危险性的基础上，针对关键装置开展安全设计，提出合理可行的安全对策，达到安全生产的目的，为聚苯乙烯的生产企业提供借鉴。