硝化反应是有机化学工业中十分重要的反应之一,是向有机化合物分子中引入硝基(-NO2)的过程。硝化产品的用途十分广泛,在医药、国防工业中有着重要的地位。涉及硝化反应的工艺过程统称为硝化工艺。
近年来,涉及硝化工艺的安全事故频发,根据相关统计,2015—2019年全国发生的854起化工伤亡事故中,硝化工艺发生危险事故的概率最高,造成的死亡人数也最高,涉硝工艺已然成为安全生产事故的重灾区,如何提升硝化工艺本质安全成为业内关注的焦点。
举例来说,看看硝化反应过程存在的危险性:
某硝化反应的具体工艺为:在反应釜内,放入硫酸,开启搅拌及反应锅夹套的冷冻盐水冷却,然后,慢慢投入化合物A,投毕,继续冷却至-5℃后,再开始滴入硝酸,在滴加的过程中,控温-5℃~0℃,然后在-5℃~0℃保温3小时。
从上图可以看出,反应后的产物混合液在35°C开始分解,分解产生的热量使其升高到215℃,随着温度和压力迅速上升,最大压升速率达到232bar/min,分解释放的压力达到51个大气压。
综合反应量热数据和产物混合液绝热加速量热数据,可以看出,一旦反应放出的热量不能及时移出,或者出现冷却失效,导致反应釜温度达到35度,反应釜内物料会开始分解,当温度达到50度以上,反应釜物料就会急速分解,反应釜内温度和压力急速上升,此时硝化反应危险性高,有可能引起冲料甚至是爆炸事故。
如何提升硝化工艺安全水平
那么,如何管控硝化反应过程中的热风险,提升硝化工艺安全水平呢?最有效的手段之一就是开展反应风险评估。
早在2020年,国务院安委会就印发了《全国安全生产专项整治三年行动计划》,当中就规定:涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、过氧化工艺的精细化工生产装置,必须进行有关产品生产工艺全流程的反应安全风险评估;对相关原料、中间产品、产品及副产物进行热稳定性测试和蒸馏、干燥、储存等单元操作的风险评估。
通过开展硝化工艺全流程的反应安全风险评估,可以识别工艺过程中的安全风险,掌握物料的不稳定分解起始温度、各阶段放热速率和绝热温升等安全参数和反应失控的极限值,对硝化工艺热失控引起分解爆炸的可能性进行风险评估, 根据反应安全风险评估结果,对风险进行管控,并制定应急处置方案和事故专项应急预案,定期进行演练,提高应急处置能力。
反应安全风险评估工作专业性强,技术要求高,对评估团队的综合实力和素质要求严苛,企业可以通过聘请具备相关专业能力的第三方机构开展评估工作,以确保评估报告的专业、有效性,以确保达到提升硝化工艺本质安全水平的目的。