第二章?反應風險研究

與西方發達國家相比較,我國化工產品的工藝研發和大規模生產起步較晚、相對落后,特別是化工本質安全研究,在我國處于起步或初始階段。精細化工行業以間歇或半間歇操作為主,大多數反應是有機合成反應,并且以放熱反應居多,在反應過程中伴隨有熱量和氣體的放出,生產過程中的風險主要來自于反應工藝單元操作失控導致的爆炸風險。在化學反應進行過程中,一旦發生冷卻失效或反應失控,就會導致反應體系熱量的累積,此時,體系的移熱能力可以忽略不計,近似處于絕熱條件,將導致體系溫度的迅速升高,有可能達到反應混合物料的熱分解溫度,促使物料發生分解反應,進一步放出大量的熱量或迅速放出氣體,最終導致體系發生劇烈的分解反應,甚至導致爆炸事故的發生。此外,在熱交換失效的情況下,很容易就達到反應體系溶劑或反應混合物的沸點,造成體系劇烈的沸騰甚至沖料,遇空氣、靜電或明火后發生爆燃事故。因此,化工工藝開展反應風險研究,尤其是對化學反應的熱風險和壓力風險進行研究和評估是實現化工本質安全的首要問題。

反應風險研究的主要內容包括物質風險研究、工藝過程風險研究和反應失控風險研究,并重點關注反應的熱風險和壓力風險。通過物質風險研究確定工藝所使用的各種化學物質的安全操作條件,并充分考慮物料工藝條件下和工藝偏離條件下對反應危險性的影響。物質風險研究主要對反應過程中涉及的所有原料、中間體、產品、廢棄物,以及工藝過程涉及受熱操作的蒸餾物料等進行熱穩定性研究,獲取起始熱分解溫度、分解熱、溫升及壓升速率等數據,測試的樣品量由小到大,可以采用差示掃描量熱、快速篩選量熱、絕熱加速量熱、微量熱等方法進行研究,并進一步配合動力學仿真,預測放大規模下的熱行為,為產業放大和儲存運輸提供安全技術參數。對化學品的物理危險性進行測試,考慮化合物的化學結構、氧平衡等情況,并進行必要的安全性測試研究。工藝過程風險研究主要是研究并獲取反應過程表觀反應熱,確定熱交換條件,獲得表觀反應熱、放熱速率、絕熱溫升,以及失控體系能夠達到的最高溫度等數據,可以根據反應工藝的不同,選擇反應量熱、微量熱和絕熱量熱等測試手段。開展反應失控風險研究,研究失控反應氣體逸出情況、溫度升高情況和壓力升高情況,確定反應失控后可能導致的最壞后果,建立風險控制措施,為工藝優化、工藝設計和風險控制措施建立提供技術參數。

本章主要闡述反應風險研究體系,包括反應風險的相關概念和理論;反應風險研究涉及的物質風險的種類和研究方法;反應過程涉及的反應類型及其風險研究方法,以及工藝偏離和失控反應等風險研究。