有機氟生產(chǎn)的范圍相當廣泛,本文僅以典型的配置為例子,即從無水氟化氫開始,先生產(chǎn)二氟一氯甲烷(HCFC-22),然后裂解制備四氟乙烯單體,再聚合或共聚成含氟樹脂。實質(zhì)上其它的氟氯烴、全氟烴類、含氟烯烴及不同的含氟聚合物,其生產(chǎn)過程是基本類似的。本文擬就按無水氟化氫、HCFC-22、四氟乙烯單體和聚合四個單元進行分析。
一、生產(chǎn)過程安全特點
有機氟生產(chǎn)所用的原材料、中間產(chǎn)品、成品中有不少是屬于《危險化學品名錄》(2002年版)、GB 13690-1992《常用危險化學品的分類及標志》、GB 12268-1990《危險貨物品名表》和《劇毒化學品目錄》(2002年版)等標準中確定為有毒品、易燃易爆品或腐蝕性物品。在生產(chǎn)、貯存、運輸、使用等過程中,經(jīng)常會因偶然泄漏、操作不當、誤接觸以及意外而造成的危險。尤其在生產(chǎn)過程中,發(fā)生危險的可能性更大。本文涉及的劇毒化學品有3種;無水氟化氫、液氯和含有全氟異丁烯的四氟乙烯精餾殘液,它們既廣泛分布于生產(chǎn)流程的設(shè)備中,又貯存在鋼瓶中。由于鋼瓶呈帶壓狀態(tài),在貯存和廠內(nèi)外輸送時極易泄漏。氟化氫氣體和氯氣遇潮濕或遇水又會生成腐蝕性很強的無機酸;有機氟殘液中的含氟烯烴與水也很容易生成有機酸,這就更加大了設(shè)備和管道損壞的可能性。
其它典型的危險經(jīng)學品有:硫酸、發(fā)煙硫酸、氟硅酸、有水氫氟酸、氫氧化鈉(液堿)、氯仿(三氯甲烷)、鹽酸、三氯化銻、五氯化銻、四氟乙烯、六氟丙烯、三乙胺、過硫酸鹽或有機過氧化物等。
1. 無水氟化氫生產(chǎn)過程
氟化工行業(yè)幾乎所有的生產(chǎn)裝置都離不開最基本的原料無水氟化氫,而生產(chǎn)無水氟化氫的主要原料濃硫酸到和發(fā)煙硫酸都是腐蝕性很強的無機酸,多因腐蝕而泄漏,最容易造成傷害的是管道焊口、法蘭接口、閥門、泵的密封處,在取樣時和檢修時也比較容易發(fā)生濺落或噴出,一定要注意保護臉部和外露皮膚。
生產(chǎn)過程中的產(chǎn)成品含有未反應(yīng)的硫酸、產(chǎn)品氫氟酸、還有氟磺酸等混合物,這些也是腐蝕性極強的混合無機酸,在操作時同樣需要注意不可接觸人體。
生產(chǎn)的副產(chǎn)品氟硅酸和有水氫氟酸又都是具有腐蝕性的強酸,尤其在開啟閥門和泵時,不要使系統(tǒng)壓力太高而造成泄漏。在副產(chǎn)品包裝時,經(jīng)常采用人工灌裝,其他搬運、稱重等也常用手工進行,更容易發(fā)生意外。
由于人們通常對無水氟化氫的往往偏重于強腐蝕性方面,而對它的毒性沒有引起足夠的重視,因此經(jīng)常注意的是防止液體無水氟化氫濺到或滴落在皮膚上,對于散發(fā)在空氣中的氟化氫氣體沒能采取更有效的預(yù)防措施,特別是當大量無水氟化氫突發(fā)性泄漏時,將會對周圍近距離環(huán)境空氣產(chǎn)生較嚴重的污染影響,對下風向環(huán)境影響更為明顯。氟化氫氣體具有刺激性和毒性,對呼吸道粘膜和皮膚有強烈的刺激和腐蝕作用,吸入較高濃度的氟化氫,可引起眼睛及呼吸道粘膜刺激癥狀,嚴重者可發(fā)生支氣管炎、肺炎及肺氣腫,甚至發(fā)生反射性窒息。
無水氟化氫屬于劇毒化學品,通常貯存在鋼瓶或壓力容器的貯槽中,分布于生產(chǎn)流程中多處部位。由于鋼瓶和貯槽都是呈帶壓狀態(tài),在貯存和往外輸送時極易泄漏。
在無水氟化氫生產(chǎn)裝置中,目前國內(nèi)的工藝流程大部分是按負壓操作設(shè)計的,因此在正常生產(chǎn)條件下,整個工藝系統(tǒng)中的有害物質(zhì)(除氟化氫外還有硫酸、發(fā)煙硫酸及氟磺酸等)是不會往外泄漏的,但當操作出現(xiàn)不正常而引起壓力波動時,就可能發(fā)生物料泄漏。此外,在檢修時如事先系統(tǒng)處理得不徹底,殘存于設(shè)備和管道死角中的有毒氣體也可能逸出。貯存無水氟化氫的容器,或存有無水氟化氫的管道由于跑、冒、滴、漏也可能發(fā)生泄漏。還有一類極端情況是裝有無水氟化氫的容器和管道上的閥門、零部件突然因腐蝕損壞,或被意外撞擊破壞,氟化氫大量逸出,造成嚴重中毒事故。
本裝置中基本沒有化學性爆炸的危險,只有充裝在鋼瓶中的成品無水氟化氫,當發(fā)生充裝操作失誤、儀表失靈或磅秤不準等情況時,使鋼瓶內(nèi)成品量超過充裝系數(shù)規(guī)定值時,有可能鋼瓶在以后存放過程中,由于環(huán)境溫度升高而使鋼瓶內(nèi)物料膨脹超壓形成爆炸性破裂。另一種可能是由于鋼瓶洗刷處理得不徹底,或使用過程中進水,瓶內(nèi)殘存水分。充裝完無水氟化氫后,在存放過程中,瓶內(nèi)的有水氫氟酸與鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,然后氫氣不斷積累,壓力增加最后導致鋼瓶爆炸。
2. HCFC-22生產(chǎn)過程
在HCFC-22生產(chǎn)裝置中,易產(chǎn)生有毒物質(zhì)泄漏或被操作人員接觸的流程部位有以下幾處:催化劑五氯化銻制備崗位,可能由于通氯速度過快或反應(yīng)溫度控制不當,致使反應(yīng)器內(nèi)物料沖出,從而夾帶著大量的氯氣進入大氣,造成人員傷害;液氯鋼瓶貯存保管不妥,使鋼瓶超壓或因腐蝕而泄漏;主反應(yīng)器在正常運行過程中,由于加料管道、閥門及儀表等損壞或故障,使含有氟化氫、氯氣、氯仿、氯化氫和催化劑(五氯化銻及三氯化銻)等的溫合物逸出,影響是比較大的;當催化劑因使用時間較長而失效,需要放掉重新更換時,由于放料閥門堵塞必須強行通開,也容易使部分催化劑沖出。用量很大的主要原料氯仿也具有一定的毒性,因而在卸料、輸送、投料和貯存過程中很容易不慎而吸入氯仿氣體。
HCFC-22本身雖然基本無毒,但在氣柜或大型貯槽檢修時,如沒有把它徹底置換干凈,冒然進入也會因窒息造成傷亡。
氯仿本身是不可燃的,但如果有火焰存在時也會發(fā)生燃燒,并且因燃燒而轉(zhuǎn)化產(chǎn)生光氣,使得危險性更大,所以氯仿絕不要和易燃物品存放在一起。
制備五氯化銻催化劑是比較簡單的過程,在制備反應(yīng)器內(nèi),先放入金屬銻塊,再通入氯氣就能逐漸生產(chǎn)三氯化銻進而生成五氯化銻。但是如果通氯的速度太快,由于激烈的放熱反應(yīng),升溫過高有可能著火。起初的現(xiàn)象是反應(yīng)器外表面發(fā)燙,繼而發(fā)紅,最終火焰沖破薄弱環(huán)節(jié)如法蘭、管道接口、墊片等向外噴出。
本流程中,有可能產(chǎn)生物理性爆炸的部位是貯存原料無水氟化氫和產(chǎn)品氟致冷劑的貯槽和鋼瓶。它們都是受壓容器,當容器內(nèi)物料過多或溫度過高時,由于物料體積膨脹或氣相蒸汽壓力太高,便有可能產(chǎn)生物理性爆炸。
液氯的性能與無水氟化氫類似,也是既有毒性又有強腐蝕性,平時可以貯存在碳鋼瓶中,但是如果不慎發(fā)生泄漏,由于其密度比空氣大,會貼近地面擴散使人更容易受到傷害。它同樣遇水或潮濕的空氣會生成強酸。所以在液氯鋼瓶的貯存、搬運過程以及向氟化反應(yīng)器通氯或向制備催化劑的反應(yīng)器通氯時,都要有防止因泄漏而形成中毒和腐蝕性灼傷的措施。
氟化催化劑三氯化銻和五氯化銻通常以液態(tài)存在,在氟化反應(yīng)使用后期,催化活性下降,需要將氟化反應(yīng)器內(nèi)的部分液體物料排出。此液體是一種酸性強烈的混合物,其中除有催化劑三氯化銻和五氯化銻外,還有少量的氟化氫、氯化氫及氯氣、并有有機溶劑氯仿及少量R21?;旌衔镆挥龀睗竦目諝饬⒓瓷纱罅堪咨珶熿F并迅速擴散,對設(shè)備和人體造成毒害及腐蝕性損害。
HCFC-22生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物鹽酸又是一種強酸,由于酸中還含有少量氫氟酸以及溶劑氯仿和R21,因此輸送用的管道和貯存用的容器,其材質(zhì)十分關(guān)鍵。普通PVC是不需耐此酸的,要選用合適的材質(zhì)或涂層。在此崗位上操作的人員應(yīng)防止與其接觸。
氫氧化鈉是強堿,在操作時最要注意的是不要與眼睛或粘膜部位接觸。容易造成泄漏之處為泵的密封、出口處閥門,裝卸過程的管道接口等。
3. 四氟乙烯單體生產(chǎn)過程
四氟乙烯整個生產(chǎn)裝置中有毒物質(zhì)的分布主要在以下部分:單體工段中自裂觸反應(yīng)器起,反應(yīng)產(chǎn)生的裂解氣體除含有氯化氫外,還含有各種全氟烴類、含氫氟烴類、氯氟烴類及四氟乙烯與氯化氫的加成物,其種類多達30幾種。許多含氟烯烴是有毒的,尤其是全氟異丁烯屬于刷毒品,它是沸點比較高,因而存在于高沸組分之中,伴隨著物料在系統(tǒng)中一直到精餾殘液。再往后的殘液貯槽和殘液鋼瓶中都有此類重組分的有毒物質(zhì)。因此,具有毒害危險性的范圍十分廣泛,必須引起足夠的重視。
四氟乙烯單體是一種極不穩(wěn)定的烯烴類物質(zhì),在貯存條件下或在工藝流程中,只要外界的條件合適,四氟乙烯就會發(fā)生自聚。促使四氟乙烯自聚的主要因素是:溫度、酸性、水分和氧氣含量。隨著溫度的升高、酸性的增加及單體中的水含量及氧含量提高,自聚會加快。如果自聚速度不是太快,則只是在容器和管道的內(nèi)壁上慢慢形成一層薄薄的聚四氟乙烯,其相對分子質(zhì)量較低,危險性并不大。但是當水分和氧含量合適時,還會生成四氟乙烯過氧化物,這是十分危險的。少量的過氧化物吸附在四氟乙烯聚合物上,在設(shè)備和管道檢修時,遇到撞擊和摩擦就會產(chǎn)生輕微的爆炸;要是過氧化物的量較多,就有可能發(fā)生較強的爆炸。這類過氧化物存在時,如果同時又有較高的溫度則可能會產(chǎn)生非常強烈的爆炸。