一种用于控制失控反应风险的应急淬灭方法与流程

：本发明属于化工安全技术与工程领域，是一种用于控制失控反应风险的应急淬灭方法。

背景技术

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背景技术：

1、精细化学品的开发生产，以间歇、半间歇反应为主，并且绝大多数的化学反应都是放热反应，如果热交换不及时，反应体系内积聚的反应热不能有效实现热交换，热量累积将导致体系物料的温度逐渐升高，随着温度的上升，反应速率进一步加快，形成热量累积-反应加速-温度升高-热量再累积-反应再加速-温度再升高的恶性循环过程，引发二次分解反应发生，最终导致反应热失控，因此，突发和失控状况下的应急措施建立已经成为一个化工行业重要的研究内容之一。

2、现有专利中，一种智能化炼油化工危险源事故预案和应急处理方法(cn95107237.4)，提供了应急状态下的人力、物力需求、布置和危险区域的参考方案，但并未涉及对失控反应本身的应急处理，存在方法单一的问题；一种精细化工反应釜泄压冲料应急处置消减装置(cn201721909950.1)公开了一种精细化工反应釜泄压冲料应急处置消减装置，起到消减泄压冲出的物料，防止环境污染的目的，专利主要是对泄压冲出的物料进行消减吸收处理，提升安全水平，与应急淬灭技术不同。现有方式一种从反应设备出发，一种是添加淬灭介质；设备出发会引起二次污染等相关问题，添加淬灭介质仅仅考虑了物质本身的物理状态，并未考虑复杂的化学反应变化，化学反应过程中会随着温度的变化释放热量，进而需要提供更科学、成体系、并适用各种反应的失控反应风险的应急淬灭方法。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明目的在于提供一种用于控制失控反应风险的应急淬灭方法。

2、为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

3、一种用于控制失控反应风险的应急淬灭方法，在体系发生失控并引发二次分解反应的化学反应于淬灭点下投加淬灭介质，并根据淬灭点计算获得淬灭介质的添加速度和量，进而实现对引起二次分解反应的失控化学反应的应急淬灭；其中，淬灭点为失控体系最大反应速率达到时间为0.5小时时所对应的温度，或体系压力达到泄爆片起跳压力80％时对应的温度，两温度的低值，即为淬灭点(温度ts)。

4、所述淬灭点的获得，根据化学反应测定其在正常反应条件下到热失控体系偏离正常工艺下温度、压力指标，获得温度与压力随时间的变化曲线，以及温度-温升速率曲线，通过选取失控体系最大反应速率达到时间为0.5小时对应的温度，或体系压力达到泄爆片起跳压力80％时对应的温度作为依据，两者取低值作为淬灭点(温度ts)。

5、所述淬灭介质的添加速度为淬灭介质的冷却能力大于反应放热功率、二分分解反应放热功率和体系自降温之和的要求，见式(3)

6、

7、t0—淬灭介质开始加入时间，为0s；

8、t1—淬灭介质加料结束时间，s；

9、m—淬灭介质加入速度，kg·s-1；

10、cp，q—淬灭介质比热容，kj·kg-1·℃-1；

11、tend—淬灭后体系温度，℃；

12、tq—淬灭介质温度，℃；

13、mq—淬灭介质质量，kg；

14、mr—物料质量，kg；

15、_ts温度下的反应放热速率；

16、_ts温度下二次分解反应的放热功率。

17、所述ts温度下的反应放热速率见(1)式：

18、

19、式中—在ts温度下的反应放热速率，w·kg-1；

20、q(tp)—工艺温度下的反应放热速率，w·kg-1；

21、e—表观活化能，kj·mol-1；

22、r—气体常数值为8.314，单位为焦耳每摩尔每开尔文[j·(mol·k)-1]

23、tp—工艺温度，℃。

24、5.按权利要求3所述的用于控制失控反应风险的应急淬灭方法，其特征在于：所述ts时二次分解反应的放热功率见(2)式：

25、

26、式中—ts温度下的放热功率，w·kg-1；

27、—经绝热量热修正后，ts温度下的温升速度，℃·s-1；

28、cp，r—物料比热容，kj·kg-1·℃-1。

29、通过低热惰性绝热加速量热仪测定获得ts温度下的温升速度实验值，并对测试结果进行修正(通常采用phi因子进行修正)，获得ts温度下的温升速度

30、所述淬灭介质的加料量按照公式(4)计算。

31、

32、t0—淬灭介质开始加入时间，为0s；

33、t1—淬灭介质加料结束时间，s；

34、m—淬灭介质加入速度，kg·s-1。

35、所述淬灭介质为与被淬灭化学反应物料不发生反应，且比热容较大；例如，一般选择水或者溶剂，最常规的选择是水，因为水的比热容大，便宜且容易获得。

36、本发明所具有的优点：

37、本发明应急淬灭技术方法与常规通过反应釜夹套或盘管实现系统降温不同，其以体系泡点以下的失控情形及带压过程，在体系发生失控并引发二次分解反应过程中实施淬灭，淬灭点的选择基于联合测试获得的反应体系物料二次分解放热速率、压力升高速率及体系稳定性、最大反应速率到达时间等数据，进一步通过计算获得淬灭速度和淬灭量，完成淬灭；进而终止热失控反应，避免事故的发生。

技术特征：

1.一种用于控制失控反应风险的应急淬灭方法，其特征在于：在体系发生失控并引发二次分解反应的化学反应于淬灭点下投加淬灭介质，并根据淬灭点计算获得淬灭介质的添加速度和量，进而实现对引起二次分解反应的失控化学反应的应急淬灭；其中，淬灭点为失控体系最大反应速率达到时间为0.5小时时所对应的温度(td0.5)，或体系压力达到泄爆片起跳压力80％时对应的温度，两温度的低值，即为淬灭点。

2.按权利要求1所述的用于控制失控反应风险的应急淬灭方法，其特征在于：所述淬灭点的获得，根据化学反应测定其在正常反应条件下到热失控体系偏离正常工艺下温度、压力指标，获得温度与压力随时间的变化曲线，以及温度-温升速率曲线，通过选取失控体系最大反应速率达到时间为0.5小时对应的温度，或体系压力达到泄爆片起跳压力80％时对应的温度作为依据，两者取低值作为淬灭点，淬灭点温度即为ts。

3.按权利要求1或2所述的用于控制失控反应风险的应急淬灭方法，其特征在于：所述淬灭介质的添加速度为淬灭介质的冷却能力大于反应放热功率、二分分解反应放热功率和体系自降温之和的要求，见式(3)

4.按权利要求3所述的用于控制失控反应风险的应急淬灭方法，其特征在于：所述ts温度下的反应放热速率见(1)式：

5.按权利要求3所述的用于控制失控反应风险的应急淬灭方法，其特征在于：所述ts时二次分解反应的放热功率见(2)式：

6.按权利要求3或5所述的用于控制失控反应风险的应急淬灭方法，其特征在于：通过低热惰性绝热加速量热仪测定获得ts温度下的温升速度实验值，并对测试结果进行修正，获得ts温度下的温升速度

7.按权利要求1或2所述的用于控制失控反应风险的应急淬灭方法，其特征在于：所述淬灭介质的加料量按照公式(4)计算

8.按权利要求1所述的用于控制失控反应风险的应急淬灭方法，其特征在于：所述淬灭介质为与被淬灭化学反应物料不发生反应，且比热容较大。

技术总结
本发明属于化工安全技术与工程领域，是一种用于控制失控反应风险的应急淬灭方法。在体系发生失控并引发二次分解反应的化学反应于淬灭点下投加淬灭介质，并根据淬灭点计算获得淬灭介质的添加速度和量，进而实现对引起二次分解反应的失控化学反应的应急淬灭；其中，淬灭点为失控体系最大反应速率达到时间为0.5小时时所对应的温度(TD0.5)，或体系压力达到泄爆片起跳压力80％时对应的温度，两温度的低值，即为淬灭点。本发明通过淬灭点的选择基于联合测试获得的反应体系物料二次分解放热速率、压力升高速率及体系稳定性、最大反应速率到达时间等数据，进一步通过计算获得淬灭速度和淬灭量，完成淬灭；进而终止热失控反应，避免事故的发生。

技术研发人员：程春生,魏振云,马晓华,李全国,刘玄,孔蓉,赵闯
受保护的技术使用者：沈阳化工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13