上海皓元医药股份有限公司

安全生产涉及到广大人民群众的根本福祉，关乎改革发展和社会稳定大局。在过去的十几年里，国家陆续出台了一系列法规和意见，以加强安全生产管理。例如，2017年国家安全监管总局发布了《关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》，以及2022年应急管理部制定的《精细化工反应安全风险评估规范》（GB/T 42300-2022）等，这些举措旨在加强精细化工企业安全生产管理，有效防范事故发生，维护人民群众生命财产安全，推动安全生产形势持续稳定好转，为经济社会发展营造安全稳定的环境。

 

精细化工生产的特点：

• 主要采用传统的间歇或半间歇式操作方式，工艺复杂多变；

• 自动化水平低，现场操作人员较多；

• 工艺技术迭代速度快，经常发生工艺变更；

• 反应过程复杂，存在多种副反应，反应工况经常变化；

• 使用的物料种类繁多，同时产生大量中间产物和副产物；

• 原料、中间体、产品及废弃物大多具有易燃易爆、有毒有害、易腐蚀等危险特性。

以上这些因素导致精细化工生产、储运过程中火灾及爆炸事故频发伤亡惨重，造成的恶劣影响引发了社会的广泛关注。如2015年8月天津港硝化物料储存不当引起大爆炸，导致165人死亡，798人受伤；2019年3月江苏响水固废燃爆，导致78人死亡，76人重伤；2023年5月山东某公司双氧水受杂质污染爆炸，导致10人死亡，1人受伤。

精细化工行业作为一个与人类健康息息相关的重要领域，既充满机遇又面临挑战。通过对化工反应进行安全风险评估和工艺优化，同时加强精细化工企业的安全生产管理，能有效管控生产中的安全风险，从而遏制重大事故的发生。

皓元医药工艺安全实验室自成立以来一直致力于反应安全、过程开发及工艺优化等领域，尤其侧重于反应工艺的热安全测试和评估工作，在上海和安徽马鞍山分别建有专业的工艺安全实验室。实验室配备国内外顶尖的检测设备、仪器和数据处理软件系统。团队评估人员具备丰富的工艺安全评估经验，擅长各类危险反应（如氧化、硝化、重氮化、叠氮化、自由基等）的评估工作。马鞍山工艺安全实验室已获得中国合格评定国家认可委员会（CNAS）实验室认可（注册号：CNAS L18249）。

 

服务内容

皓元工艺安全实验室

让化工生产更安全!

• 化工反应安全风险的全流程评估

• 物料热稳定性评估 (原料、中间体、产物、蒸馏残渣等)

• 物料压力风险评估 (分解放气量、分解放气速率等)

• 反应热力学研究 (放热速率、热焓、绝热温升等)

• 反应动力学研究 (反应快慢、热积聚等)

• 反应和淬灭的放气评估

• 釜材质的兼容性评估

• 过程研究与工艺优化

• 安全咨询、安全培训

图1. 工艺安全实验室照片

案例分享

皓元医药工艺安全实验室根据多年积累的丰富实践经验，可系统性地对各类工艺潜在风险进行深入分析和评估，可协助研发人员对评估发现有风险的工艺进行优化，确保项目能够顺利地放大生产。

偶氮二异丁腈（AIBN）的风险及其参与反应的工艺优化

1. AIBN的基本介绍

AIBN在精细化工和制药工业中扮演了重要角色。它广泛应用于化工生产领域，可作为自由基引发剂用于引发单体聚合反应（例如氯乙烯、醋酸乙烯酯等），同时也用作泡沫橡胶、塑料的发泡剂以及有机合成试剂。

然而，AIBN是一种容易发生自发反应的试剂，在储存和运输过程中面临多种潜在风险，如高温、冲击、摩擦、电火花、明火甚至自身加热等因素。这些风险可能引发失控局面，对人员和财产安全构成严重威胁。

2. AIBN的风险分析

• 热稳定性

 (a) DSC热稳定性测试

在70 ℃左右出现了一个小的吸热峰，紧接着有一个大的分解放热峰，分解放热焓值为1162 J/g。

图2. AIBN的DSC图谱 (温度范围：30-300 ℃，温升速率：10 ℃/min)

 

 (b) DSC测试-AKTS软件拟合预测^[1]

图3. 不同等温温度下的

AIBN反应过程和时间的关系图

 (等温温度：80、85、90、95、100 ℃)^[1]

温度越高，AIBN分解越快。在80 ℃等温条件下，反应5 h后反应程度为0.6；在85 ℃等温条件下，反应2 h后反应程度为0.6；在100 ℃等温条件下，反应0.6 h后反应程度为0.9。

图4. 不同温升速率下的AIBN的DSC图谱^[1]

(温度范围：30-200 ℃，温升速率：1、2、4、8 ℃/min) 

图5. AKTS软件拟合的绝热条件下AIBN的安全图^[1]

(最大速率到达时间 (TMR_ad) -初始温度的关系图)

根据DSC测试数据利用AKTS软件进行动力学分析计算得到：当TMR_ad=24 h (T_D24)时，对应的平均温度为71.23 ℃；对于初始温度71.23 ℃，置信区间的上下限分别为18.5 h和31 h，这些值表明平均TMR_ad大于18.5 h小于31 h的概率为95%，表明AIBN保持稳定的最高温度约为71.23 ℃；当反应温度达到71.23 ℃时，应在18.5 h内采取应急方案。

• 储存风险

 杜瓦瓶测试^[2]

图6. AIBN在500 mL圆柱形杜瓦瓶中的温度分布图(环境温度：50 ℃)^[2]

图7. AIBN在1000 mL球形杜瓦瓶中的温度分布图

(环境温度：45 ℃)^[2]

500 mL圆柱形杜瓦瓶对应于约50 kg的包装，AIBN失控的临界温度为50 ℃。 

1000 mL球形杜瓦瓶(传热系数为圆柱形的1/8)对应于200 kg的包装，AIBN失控的临界温度为45 ℃。

• 撞击敏感性^[3]

图8. AIBN在不同环境温度下的

撞击感度测试结果^[3]

(锤重5.000±0.005 kg，试样50 mg，环境温度：40、50、60、70 ℃)

图9. AIBN的撞击感度参数及拟合结果^[3]

随着环境温度的升高，AIBN的撞击感度有升高的趋势；当温度为70 ℃时，AIBN的撞击感度最高(未做更高温度下的撞击测试)。

AIBN的撞击感度(特性落高H₅₀)表达式为H₅₀=(15.63-4.296x10^-2T₀)^1.642。

3. AIBN的典型事故

2011年黑龙江大庆某化工厂爆炸事故：

2011年4月13日，大庆市某化工厂非法生产偶氮二异丁腈过程中发生爆炸燃烧，事故造成9人当场死亡。

2009年山东临沂某物流基地爆炸事故：

2009年9月2日，临沂市某物流基地一辆装有发孔剂(主要成分为AIBN)等原料的货车在卸货过程中突然发生爆炸，事故造成18人死亡，11人受伤。

4.AIBN参与的溴代反应的工艺优化

• 原工艺：

室温下加底物、溶剂、AcOH至反应釜中，随后升温至80±5 ℃，分批同时加AIBN和NBS，保温反应至中控合格。

• 原工艺风险：

AIBN在工艺温度下不稳定会分解放热放气 (分解放热焓值为1162 J/g) ；

AIBN具有撞击敏感性，温度越高，生产规模越大(釜的体积越大)，固体加料过程的撞击风险越高；

该反应为强放热反应(绝热温升~100 K)，体系温度的升高进一步加剧AIBN的自分解。

基于以上分析的潜在风险，皓元工艺安全实验室与流体实验室联合，协助研发人员进行了釜式工艺及流体工艺的优化。两套优化方案的中控均充分满足了工艺要求，具体优化方案如下：

方案A：釜式工艺

先在室温下配置AIBN的乙腈溶液(1X:4V)备用。室温下在釜中加底物、溶剂、AcOH，升温至80 ℃ ，在80 ℃下分四批同时加入先前配置好的AIBN溶液和NBS，保温至反应中控合格。

• 优化后的工艺优势：

规避了AIBN固体在高温加料过程中的撞击风险；

大大降低了AIBN的自分解放热风险；

通过分批加料也有效控制了每批次的绝热温升，降低了反应的蓄热风险。

方案B：流体光照催化工艺

在氮气保护下，将底物、二溴海因和柠檬酸溶于乙腈中，得到澄清液后通过进料泵输送到光反应器中，室温下反应10 min。

• 优化后的工艺优势：

采用光催化流体技术，用光照替代了AIBN作引发剂；

规避了AIBN的撞击风险；

降低溴代试剂用量，三废降低，绿色环保；

用流体管式反应器，有效控制了反应过程中的放热蓄热风险。

参考文献：

[1] Guo S, Wan W, Chen C, et al. Therml Decomposition Kinetic Evaluation and its Thermal Hazards Prediction of AIBN[J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2013, 113: 1169-1176.

[2] Li X R, Wang X L, Koseki H. Study on Thermal Decomposition Characteristics of AIBN[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008, 159(1): 13-18.

[3] 李世然. 三种不稳定物质在杂质作用下热分解特性及撞击感度研究[D]. 南京理工大学, 2020.

 

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