Efter eksplosionen i Libanon, eksperterne straks rapporteret og analyseret "synderen" af ulykken.
Bag eksplosionen i Libanon, Tianjin Havn-eksplosionen i 2015 og Xiangshui-eksplosionen den 21. marts 2019 er der nitrostoffer. Denne artikel vil afdække sløret af ammoniumnitrat fra de aspekter af kemiske egenskaber, eksplosion mekanisme, og termisk stabilitet opdagelse.
1. Den kemiske struktur af Ammonium nitrat
Molekylvægten af ammoniumnitrat ved 20 °C er 80,052 g/mol, og tætheden er 1,725 g/cm3
2. Klassificering af ammoniumnitrat
Ifølge ADR2019 eller JT617-2018 kan ammoniumnitrat klassificeres i klasse 1-sprængstoffer, klasse 5.1-oxidanter eller klasse 9 andre farlige varer i henhold til koncentrationen. Ved klassificeringstesten for ammoniumnitrat udføres den videnskabelige klassificering i overensstemmelse med FN's testklassifikationsmetode. Følgende tabel forklarer klassificeringsresultaterne af forskellige koncentrationer af ammoniumnitrat. Koncentrationsniveauet bestemmer på sin plads, om der er farligt gods i kategori 1, kategori 5.1 eller kategori 9.
3. Faktorer, der påvirker ammoniumnitrats termiske stabilitet
Ammoniumnitrat er en af de gødningsstoffer, der anvendes i industrien og den mest koncentrerede form for kvælstofgødning. Men ammoniumnitrat er ofte forbundet med vedvarende brand og eksplosion farer i fortiden. Ammoniumnitrat er ikke et brændbart eller brændbart materiale under omgivelsestemperatur og tryk, men det er et stærkt oxidant, som vil eksplodere under visse forhold; ammoniumnitrats termiske stabilitet er relateret til eksplosion, og tilsætningsstoffer påvirker hovedsagelig dens termiske stabilitet , Begrænset plads, opvarmningshastighed, temperatur, opvarmningshistorie, prøvestørrelse, reaktiontermoodynamik, reaktionskinetik og vandets rolle som kemisk stof termisk stabilitet undersøgelser har vist, at ammoniumnitrat er stabil ved en temperatur på omkring 200 °C. Natriumsulfat er en god hæmmer til nedbrydning af ammoniumnitrat, fordi dets tilstedeværelse kan reducere den reduktive nedbrydning af salpetersyre, mens kaliumchlorid er en promotor, fordi det kan forbedre flugtreaktionen (løbsk reaktion). Selvom inhibitoren blandes med ammoniumnitrat, skal den opbevares adskilt fra speederen.
Den fysiske og kemiske interferens af vand kan føre til relaterede brandscenarier; forsigtighed bør udvises, når du vælger vandbehandlingsrelaterede brande. Der er tegn på, at utilstrækkelig vandmængde kan forværre konsekvenserne af brande, fordi en lille mængde vand fordampes ved høj temperatur, hvilket intensiverer forbrændingen. Derfor er det nødvendigt at beregne mængden af vand, der anvendes til brandslukning på forhånd for at sikre tilstrækkeligt vand til at slukke branden. Desuden undgå opbevaring ammoniumnitrat i varme eller lukkede rum , Og begrænse størrelsen af ammoniumnitrat stakke for at forhindre varmelagring og varmeophobning forårsager spontan forbrænding og eksplosion.
4. Forbrændings- og eksplosionsmekanismen for ammoniumnitrat
De akademiske kredse har forskellige syn på forbrænding og eksplosion mekanisme ammoniumnitrat. Den første reaktionsmekanisme, der generelt accepteres, er følgende:
A Ved 170°C begynder det smeltede ammoniumnitrat at gennemgå en endoterm og reversibel reaktion:
(2) NH4NO3 ⇌ HNO3 + NH3 ∆H=176 kJ·mol-1
B Mellem 170 °C og 280 °C opstår følgende irreversible eksoterme reaktion
(3) NH4NO3 → N2O + 2H2O ∆H = -59 kJ·mol-1
(4) NH4NO3 → 1/2N2 + NO + 2H2O ∆H = -257 kJ·mol-1
(5) NH4NO3 → 3/4N2 + 1/2NO2 + 2H2O ∆H = -944 kJ·mol-1
C ammoniumnitratmateriale opvarmes pludseligt, såsom ved 400°C, opstår der en voldsom eksplosiv nedbrydningsreaktion:
(6) 2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O ∆H= -1057 kJ·mol-1
(7) 8NH4NO3 →5N2 + 4NO + 2NO2 + 16H2O ∆H = -600 kJ·mol-1
Den anden anerkendte reaktionsmekanisme er som følger. Den almindeligt anerkendte nedbrydningsmekanisme er dissociation. HNO3 fører til den efterfølgende oxidationsreaktion af NH3; ligning (8) er dissociationsreaktionen af salpetersyre til at danne NO2+, og reaktionsligningen (9) viser oxidationen af NH3 og producerer N2O og vand
(8) 2HNO3 ⇌ NO2+ + NO3– + H2O
(9) NH3 + NO2+ = produkter (N2O, H2O)
(10) 2HNO3 ⇌ 2NO2 + H2O + 1/2O2
For at forklare reaktionsligningerne (8) og (9) mere detaljeret bruges "syre" til at repræsentere NH4+, H3O+ eller HNO3 ved tilstedeværelse af vand, og nedbrydningsmekanismeligningerne (11) til (13) er forklaret nedenfor. Overvej reaktionsligningen (12) på grund af den langsomme reaktionshastighed, der betragtes som et kontroltrin;
(11) HNO3 + syre ⇌ H2ONO2+ → NO2+ + H2O
(12) NO2+ + NH3 → [NH3NO2+] *
(13) [NH3NO2+] → NO2 + H3O+ → NO2 + H2O
Reaktionsligningen (12) kan også beskrives ved den grundlæggende reaktion. I temperaturområdet på 342-387°C oxideres NO2+ derefter til NH3, som anført i reaktionsligningerne (14) til (19). Reaktionsligning (20) er den overordnede støkiometriske ligning afledt af denne teori
(14) NH3 + NO2 → NH2 + HNO2
(15) NH2 + NO2 → NH + HNO2
(16) NH + NO2 → HNO + NO
(17) NH2 + NO → N2 + H2O
(18) 2HNO → N2O + H2O
(19) 2HNO2 → NO2 + H2O + NO
(20) 4NH3 + 5NO2 → N2O + 2N2 + 6H2O + 3NO
Den tredje hypotetiske metode er lidt forskellig fra ovennævnte mekanisme. Den anden metode forudsætter dannelsen af ammoniumnitrat mellemprodukter og nedbrydning af ammoniumnitrat, som anført i reaktionsligningerne (21)~(25)
(21) NH4+ + NO3– = NH3 + HONO2
(22) HONO2 → HO + NO2
(23) HO + NH3 → HOH + NH2
(24) NH2 + NO2 → NH2NO2
(25) NH2NO2 → N2O + H2O
5. Det termiske stabilitetseksperiment af ammoniumnitrat fundet
Forvarmet ammoniumnitrat kræver kortere nedbrydningstid og kortere tid for at nå samme temperatur; årsagen er, at når ammoniumnitrat pludselig opvarmes, betragtes opvarmningsprocessen som kontinuerlig, og ventetiden under adiabatiske forhold forkortes i høj grad. Øget selvaccelererende ammoniumnitratreaktion, nedbrydning sker hurtigere, så hvis temperaturen stiger pludseligt, er der større sandsynlighed for nedbrydning.
6. Nitrogenoxiders karakteristika
Nitrogenoxid refererer til en forbindelse, der består af kun to elementer: kvælstof og ilt. Almindelige nitrogenoxider er nitrogenoxid (NO, farveløs), nitrogendioxid (NO2, rødbrun), lattergas (N2O), lattergaspentoxid (N2O5) osv., bortset fra lattergas under normale forhold Bortset fra faste, er andre nitrogenoxider gasformige under normale forhold. Som luftforurenende stoffer henviser nitrogenoxider (NOx) ofte til NO og NO2. Bortset fra nitrogendioxid er andre nitrogenoxider ekstremt ustabile. Når de udsættes for lys, fugtighed eller varme, bliver de nitrogendioxid og nitrogenmonoxid, og nitrogenmonoxid bliver nitrogendioxid igen. Derfor er arbejdsmiljøet udsat for flere gasblandinger, ofte kaldet røg (gas), hovedsagelig nitrogenmonoxid og nitrogendioxid, og nitrogendioxid er hovedkomponenten. Nitrogenoxider har varierende grader af toksicitet.
Der er også nitrogenoxiddæmper (N₂O₂), nitrosylazide (N₄O) og nitrogentrioxid (NO₃), men primært NEJ og NO2, som er almindelige luftforurenende stoffer. Desuden er trinitroamin (N(NO2)3) også et stof, der kun består af kvælstof og ilt, men det er ikke en oxid i snæver forstand.
Dinitrogen Pentoxid
Bortset fra dinitrogen pentoxid, som er fast, resten er gasser. Den molekylære formel er NOx. Blandt dem er dinitrogen tetroxid en dæmper af nitrogendioxid, som ofte blandes med nitrogendioxid til at danne en ligevægtsblanding. En blanding af nitrogenoxid og nitrogendioxid, også kendt som nitrat (røg). Relativ tæthed: Nitrogenmonoxid er tæt på luft, og lattergas og nitrogendioxid er lidt tungere end luft. Smeltepunkt: Dinitrogen pentoxid er 30 °C, resten er under nul. Alle er lidt opløselige i vand, og den vandige opløsning er sur i varierende grad. Nitrogenoxider er ikke-brændbare stoffer, men de kan alle understøtte forbrænding. F.eks. kan lattergas (N2O), nitrogendioxid og lattergas eksplodere, når de udsættes for høje temperaturer eller brændbare stoffer.
Nitrogenoxid er en nitrogenoxid forbindelse, kemisk formel NO, relativ molekylvægt 30,01, og kvælstof valens +2. Det er en farveløs, lugtfri, giftig gas, der er svært at opløse i vand. Da nitrogenoxid indeholder frie radikaler, dette gør dens kemiske egenskaber meget aktiv. Når den reagerer med ilt, kan den danne en ætsende gas-nitrogendioxid (NO2), som kan reagere med vand til at danne salpetersyre. Ligningen er: 3NO2+H2O==2HNO3+NO. Farlige egenskaber: stærk oxiderende. Kontakt med brændbart og organisk materiale er let at antænde. Stødte eksplosiv kombination af brint. Kontakt med luft vil udsende en brunlig-gul tåge med sure oxiderende egenskaber.
Lattergas (lattergas), kemisk formel N2O. Også kendt som lattergas, en farveløs og sød gas, det er en oxidant, der kan støtte forbrænding under visse betingelser (samme som ilt, fordi lattergas kan deskomme til kvælstof og ilt ved høje temperaturer), men det er stabilt ved stuetemperatur og lidt Det har en bedøvelse virkning og kan forårsage latter. Dens anæstesi blev opdaget i 1799 af den britiske kemiker Humphrey David. Relevante teorier mener, at N2O og CO2 molekyler har lignende strukturer (herunder elektroniske formler), så deres rumlige konfiguration er lineær, og N2O er et polært molekyle. Nu er det primært anvendes i forestillinger, og kan også bruges som en forbrænding støtte i racing acceleratorer.
Nitrogendioxid er en brun-rød giftig gas ved høje temperaturer. Ved stuetemperatur (0~21,5°C) blandes nitrogendioxid og dinitrogen tetroxid og eksisterer side om side. Giftig og irriterende. Opløst i koncentreret salpetersyre for at generere rygende salpetersyre. Kan stables til at syntetisere dinitrogen tetroxid. Reagerer med vand til at generere salpetersyre og nitrogenoxid. Reagerer med alkali til at generere nitrat. Det kan reagere voldsomt med mange organiske forbindelser. Nitrogendioxid spiller en vigtig rolle i dannelsen af ozon. Menneskeskabte nitrogendioxid hovedsageligt kommer fra frigivelse af høj temperatur forbrændingsprocesser, såsom motorkøretøjer udstødning og kedel udstødning. Nitrogendioxid er også en af årsagerne til syreregn, og de miljømæssige virkninger, som den medfører, er forskellige, herunder: indvirkning på konkurrencen mod vådområder og terrestriske plantearter, reduceret atmosfærisk synlighed, forsuring og eutrofiering af overfladevand (På grund af iltmangel som følge af spredning af alger, som er rige på næringsstoffer som kvælstof og fosfor) og øge indholdet af toksiner, der er skadelige for fisk og andre vandorganismer i vandet.
7. Krav til oplagring af ammoniumnitrat
1) Lagerbygningens højde må ikke overstige en etage, og den skal have tilstrækkelig ventilation. I tilfælde af brand skal den automatisk kunne ventilere eller være i stand til fuldt ud at ventilere
2) Lageret kan automatisk ventileres eller ventileres tilstrækkeligt i tilfælde af brand,
3) På grund af ætsende og reaktive egenskaber af ammoniumnitrat, for at undgå forurening, bygninger og strukturer bør være tørre, og tage, vægge og gulve bør ikke sive
4) Byggematerialer og containere opfylder kravene til adskillelsesafstand
5) For oxidanter er det bedst, hvis et halvmætrum, der kan konstrueres til at undgå lys og varme
6) Under hensyntagen til vandets indvirkning på ammoniumnitratet er brandslukningsmediet i det daglige lagerområde udstyret med gult sand
8. Konklusion
Ammoniumnitrat, en kunstgødning, der anvendes i landbruget, er ikke en eksplosiv i sig selv, det er en klasse 5.1 stærk oxidant eller en klasse 9 farligt gods. Den væsentligste årsag til eksplosionen er, at nitro NO3 selv er meget ustabil. Det er let at blive opvarmet og opdelt under høj temperatur kollisioner, hvilket resulterer i ustabil nitrogenoxidation. Endelig kvælstofoxider split til at producere stabil kvælstof og ilt. Oxygen selv hjælper forbrænding og accelererer forbrænding, når en stor mængde ilt frigives. Derfor er alle former for nitroeksplosion, vi oplever, relateret til ustabil nitro. Over for opbevaring og kontrol af sådanne kemiske stoffer bør der træffes følgende foranstaltninger:
1) Ventilation, fugttæt og varmetæt
2) Kontrol antallet af stakke og nøje gennemføre princippet om tabu blanding
3) Undgå alle former for antændelseskilder (åben ild såsom skæring og polering, statiske gnister, varmt arbejde, eksplosionssikre værktøjer og eksplosionssikre elektriske apparater)
4) Kontrol af ind- og udrejse af irrelevant personale
5) Kontroller den samlede mængde lagerplads, sikre first-in-first-out, og sikre, at den længste opbevaringsperiode er mindre end den teoretisk beregnede sikkerhedsperiode
6) Last og losse varer i nøje overensstemmelse med driftsprocedurer, og barbarisk stabling og lastning og losning er strengt forbudt
7) Gør et godt stykke arbejde i indsamling og forvaltning af beskadigede pakker, og strengt forbyde prøveudtagning på lageret
8) Udstyret med nødvendige brandslukningsanlæg i overensstemmelse med konstruktionsspecifikationerne for klasse A-lagre og prøvning og kontrol af, at brandslukningsfaciliteterne altid er til rådighed
9) Uddanne medarbejdere i deres daglige drift og beredskab kapaciteter, og foretage regelmæssige nødøvelser
10) Hold dig til det daglige inspektionssystem for at sikre, at problemerne afhjælpes øjeblikkeligt uden at efterlade skjulte farer
