基于VSP2进行热失控反应泄放装置安全可靠性分析与评估

为了对存在热失控危险的反应器的安全泄放装置安全可靠性进行分析和评估,利用从美国购置的用于泄放基础实验测试的VSP2(Vent Sizing Package 2)装置,针对不同的危险场景,对苯法制己内酰胺组合工艺中重排反应器的热失控反应过程进行了实验测试,筛选出最危险场景。在获得重排反应热失控基础数据条件下,对安全泄放量(W)和泄放装置泄放能力(G)进行了计算,进而获得最小安全泄放面积。研究表明:重排反应过程是个强放热过程,存在较大的热失控风险;利用VSP2可为存在热失控危险反应的安全泄放设计提供基础实验数据,进而对安全泄放装置设计、选型或安全可靠性分析和评估提供技术支持。

基于VSP2的液体有机过氧化物不稳定性分级研究

本文通过对国内外危险化学品不稳定性分级进行研究,提出了一种新的有机过氧化物不稳定性分级方法(OPIC),此方法基于泄放尺寸包绝热量热仪(VSP2)测量数据,将反应初始温度(Tonset)作为反应可能性指数(RPI),最大功密度(MPD)(包含反应热(ΔH)和最大反应速率max(dr/dt))、绝热温升(ΔTad)、最大压力上升速率max(dp/dt)和总压力变化(ΔP)等参数通过层次分析法综合为反应严重度指数(RSI),并将前人统计的采用这些参数准确分级的次数代入层次分析法(AHP)中,得到这些参数在反应严重度指数(RSI)中的权重。将RPI指数与RSI指数采用风险矩阵的方法得到最终的有机过氧化物不稳定分级,能更加全面的表征有机过氧化物的不稳定性。根据VSP2实验和计算结果分析证明:利用本文提出的有机过氧化物分级方法(OPIC)对液体有机过氧化物进行分级更符合实际情况,该方法为化学品的本质安全筛选提供了可靠的技术支持。

拟南芥VSP2蛋白的重组表达及其酸性磷酸酶活性的测定

通过PCR扩增从拟南芥cDNA文库中得到VSP2蛋白的编码序列,将其构建到原核表达载体pET-22b上,并在大肠杆菌BL21菌株中实现高效可溶表达。经过Ni-NTA亲和层析一步纯化,获得电泳纯的重组VSP2蛋白。以pNPP为底物检测,该蛋白具有酸性磷酸酶活性,反应的最适pH值4.5,最适温度为45oC,Km值为26.2mM。重组VSP2蛋白表达量高,纯化后均一性好,适于蛋白晶体生长。

pH值对双氧水绝热分解特性的影响

为了考察pH值对双氧水热危害的影响,利用VSP2绝热量热仪对pH值分别为1.8,4,5,6,7及8的质量分数为27.5%的双氧水进行了绝热条件下测试,得到了不同pH值双氧水的绝热分解特征,求得了双氧水的分解动力学,并计算得到双氧水在起始温度为30℃时绝热条件下到达最大反应速率所需时间。结果表明:当双氧水pH值增加时,起始放热温度降低,到达最大反应速率所需时间缩短,热失控危险性明显增加,双氧水在工业条件下存储时,当pH值增加至6时就有一定危险性,当pH值增加至7以上时热失控几乎不可避免。

环己酮氨肟化工艺最危险场景确定

环己酮氨肟化工艺是制取化工原料的重要工艺,但该反应具有放热失控风险。为了确定氨肟化反应的最危险场景,筛选了环己酮氨肟化工艺可能存在的6个危险场景,并对每一危险场景设定了实验方案。采用泄放设计装置Ⅱ(VSP2)绝热量热仪对每一场景对应的方案进行了量热实验,实验发现:环己酮氨肟化反应为快速强放热反应,能够使反应体系的温度瞬间提高至200℃左右。反应结束后,继续升高温度,无二次反应失控。双氧水质量分数过高是环己酮氨肟化工艺最危险场景。针对氨肟化反应的泄放设计,必须以此场景作为设计依据。建议对双氧水进料线进行重点监控,以防止反应失控发生。

金属离子对双氧水热稳定性的影响研究

为了研究金属离子对双氧水在绝热条件下分解特性的影响,利用泄放尺寸设计装置VSP2模拟双氧水及分别掺杂0.01%质量分数Fe^(2+)、Fe^(3+)、Gu^(2+)的双氧水在绝热条件下的反应失控过程,得到绝热分解过程的热力学和动力学参数,依此推算出该4种试样25 kg包装下的自加速分解温度SADT,以及绝热条件下到达最大反应速率的时间TMRad。结果表明,Fe^(2+)、Fe^(3+)、Gu^(2+)使双氧水的起始分解温度T0、SADT、TMRad均降低,提高了双氧水的热危险性。在Fe^(3+)的作用下,双氧水在常温下就发生缓慢分解,发生失控的可能性最大;掺杂了Gu^(2+)的双氧水分解反应最剧烈,热失控严重度最高。

双氧水绝热分解特性的安全泄放研究

反应热失控是引起设备超压的重要因素之一,可靠的安全泄放装置是防止设备发生超压破坏的最有效方法。为了对双氧水储罐的泄放面积进行设计,利用泄放口尺寸测试装置VSP2(Vent Sizing Package 2)对封闭环境下质量分数为20%的H_2O_2进行测试,得到反应失控过程中的热力学参数,并依此推算出不同泄放压力下的安全泄放面积A。结果表明,在绝热条件下,20%H_2O_2的起始分解温度为70℃,比反应热为435.49 k J/kg,最大压力为6.26 MPa。双氧水反应体系的泄放类型为缓和混合体系,采用DIERS设计方法和OMEGA方法计算不同泄放压力下的泄放面积。安全泄放面积随泄放压力增加而增大。VSP2具有很低的热惯量,可为失控反应安全泄放设计提供基础数据,以提高设计的可靠性。

Fe^(3+)掺杂对双氧水热稳定性的影响

为了定量考察Fe^(3+)掺杂对双氧水热稳定性的影响,利用泄放尺寸实验仪(VSP2)研究了无Fe^(3+)及Fe^(3+)质量分数为0.003%、0.01%、0.02%时的27.5%双氧水(质量分数)热分解特性,得到了这4种样品绝热自分解过程的温度及压力数据,计算得到初始温度为40℃时不同Fe^(3+)质量分数的双氧水在绝热条件下到达最大反应速率所需时间(TMR_(ad))。结果表明,为保证双氧水在一般环境条件下安全稳定存储,需要控制双氧水中Fe^(3+)的质量分数低于9.2×10^(-6)。

CO_2地质封存时移垂直地震监测技术

神华CO_2捕获和封存(carbon capture and storage,CCS)示范项目是我国首个全流程煤基CO_2捕获和在低孔低渗深部咸水层进行多层注入的CO_2封存示范项目,意在通过时移垂直地震(VSP)监测CO_2地质封存状况。介绍了CO_2地质封存时移VSP技术和监测效果。通过注气前后3次VSP观测,得到了高品质时移VSP资料,研究了一致性处理技术、矢量波场分离和多波成像技术,获得了高分辨率的多波时移VSP剖面,通过深度域标定和多种属性解释对比,分析了注气前后VSP地震响应特征,预测了CO_2地下运移范围,达到CCS项目预期监测目标。结果证明,时移VSP技术是监测CO_2地质封存与运移的有效技术手段。