Nach der Explosion im Libanon meldeten die Experten sofort und analysierten den "Täter" des Unfalls.
Hinter der Explosion im Libanon, der Explosion im Hafen von Tianjin im Jahr 2015 und der Xiangshui-Explosion am 21. März 2019 stecken Nitrosubstanzen. Dieser Artikel wird den Schleier von Ammoniumnitrat aus den Aspekten der chemischen Eigenschaften, Explosionsmechanismus und thermische Stabilität Entdeckung aufdecken.
1. Die chemische Struktur von Ammoniumnitrat
Das Molekulargewicht von Ammoniumnitrat bei 20 °C beträgt 80.052 g/mol und die Dichte beträgt 1.725 g/cm3
2. Klassifizierung von Ammoniumnitrat
Nach ADR2019 oder JT617-2018 kann Ammoniumnitrat je nach Konzentration in Explosivstoffe der Klasse 1, Antioxidantien der Klasse 5.1 oder andere Gefährliche Güter der Klasse 9 eingeteilt werden. Bei der Einstufung von Ammoniumnitrat wird die wissenschaftliche Einstufung nach der UN-Prüfklassifizierungsmethode durchgeführt. In der folgenden Tabelle werden die Einstufungsergebnisse verschiedener Ammoniumnitratkonzentrationen erläutert. Die Konzentrationsstufe bestimmt wiederum, ob es sich um Gefährliche Güter der Kategorie 1, der Kategorie 5.1 oder der Kategorie 9 handelt.
3. Faktoren, die die thermische Stabilität von Ammoniumnitrat beeinflussen
Ammoniumnitrat ist einer der in der Industrie weit verbreiteten Düngemittel und die konzentrierteste Form von Stickstoffdünger. Ammoniumnitrat wird jedoch in der Vergangenheit häufig mit anhaltenden Brand- und Explosionsgefahren in Verbindung gebracht. Ammoniumnitrat ist kein brennbares oder brennbares Material unter Umgebungstemperatur und -druck, aber es ist ein starkes Oxidationsmittel, das unter bestimmten Bedingungen explodieren wird; die thermische Stabilität von Ammoniumnitrat ist mit der Explosion verbunden, und Additive beeinflussen hauptsächlich seine thermische Stabilität, begrenzten Raum, Heizgeschwindigkeit, Temperatur, Erwärmungsgeschichte, Probengröße, Reaktionsthermodynamik, Reaktionskinetik und die Rolle des Wassers als chemische Substanz; thermische Stabilitätsstudien haben ergeben, dass Ammoniumnitrat bei einer Temperatur von etwa 200°C stabil ist. Natriumsulfat ist ein guter Inhibitor für die Zersetzung von Ammoniumnitrat, da seine Anwesenheit die reduktive Zersetzung von Salpetersäure reduzieren kann, während Kaliumchlorid ein Promotor ist, weil es die Fluchtreaktion (Fluchtreaktion) verbessern kann. Auch wenn der Inhibitor mit Ammoniumnitrat vermischt wird, muss er getrennt vom Beschleuniger gelagert werden.
Die physikalischen und chemischen Interferenzen von Wasser können zu verwandten Brandszenarien führen; Bei der Wahl von Bränden im Zusammenhang mit der Wasserbehandlung vorsichtgeboten. Es gibt Hinweise darauf, dass ein unzureichendes Wasservolumen die Folgen von Bränden verschlimmern kann, da eine kleine Menge Wasser durch hohe Temperaturen verdampft wird, was die Verbrennung intensiviert. Daher ist es notwendig, die Wassermenge, die für die Brandbekämpfung verwendet wird, im Voraus zu berechnen, um ausreichend Wasser zu gewährleisten, um den Brand zu löschen. Darüber hinaus vermeiden Sie die Lagerung von Ammoniumnitrat in heißen oder engen Räumen , Und begrenzen Sie die Größe der Ammoniumnitrat-Stacks, um zu verhindern, dass Wärmespeicherung und Wärmeansammlung spontane Verbrennung und Explosion verursachen.
4. Der Verbrennungs- und Explosionsmechanismus von Ammoniumnitrat
Die akademischen Kreise haben unterschiedliche Ansichten über den Verbrennungs- und Explosionsmechanismus von Ammoniumnitrat. Der erste Reaktionsmechanismus, der allgemein akzeptiert wird, ist wie folgt:
Bei 170°C beginnt das geschmolzene Ammoniumnitrat eine endotherme und reversible Reaktion zu erfahren:
(2) NH4NO3 ⇌ HNO3 + NH3 ∆H=176 kJ-mol-1
B Zwischen 170°C und 280°C tritt die folgende irreversible exotherme Reaktion auf
(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 Ammoniumnitratmaterial wird plötzlich erhitzt, wie bei 400°C, eine heftige explosive Zersetzungsreaktion auftritt:
(6) 2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O ∆H= -1057 kJ-mol-1
(7) 8NH4NO3 →5N2 + 4NO + 2NO2 + 16H2O ∆H = -600 kJ-mol-1
Der zweite erkannte Reaktionsmechanismus ist wie folgt. Der allgemein anerkannte Zersetzungsmechanismus ist die Dissoziation. HNO3 führt zur nachfolgenden Oxidationsreaktion von NH3; Gleichung (8) ist die Dissoziationsreaktion von Salpetersäure zu NO2+, und die Reaktionsgleichung (9) listet die Oxidation von NH3 auf und erzeugt N2O und Wasser
(8) 2HNO3 ⇌ NO2+ + NO3– + H2O
(9) NH3 + NO2+ = Produkte (N2O, H2O)
(10) 2HNO3 ⇌ 2NO2 + H2O + 1/2O2
Um die Reaktionsgleichungen (8) und (9) näher zu erklären, wird "Säure" verwendet, um NH4+, H3O+ oder HNO3 in Gegenwart von Wasser darzustellen, und die Zersetzungsmechanismusgleichungen (11) bis (13) werden unten erläutert. Betrachten Sie die Reaktionsgleichung (12) aufgrund der langsamen Reaktionsgeschwindigkeit, die als Kontrollschritt betrachtet wird;
(11) HNO3 + Säure ⇌ H2ONO2+ → NO2+ + H2O
(12) NO2+ + NH3 → [NH3NO2+] *
(13) [NH3NO2+] → NO2 + H3O+ → NO2 + H2O
Die Reaktionsgleichung (12) kann auch durch die Basisreaktion beschrieben werden. Im Temperaturbereich von 342-387°C wird NO2+ anschließend zu NH3 oxidiert, wie in den Reaktionsgleichungen (14) bis (19) aufgeführt. Reaktionsgleichung (20) ist die stoichiometrische Gesamtgleichung, die aus dieser Theorie abgeleitet ist.
(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
Die dritte hypothetische Methode unterscheidet sich geringfügig von dem oben genannten Mechanismus. Die andere Methode setzt die Bildung von Ammoniumnitratzwischenprodukten und die Zersetzung von Ammoniumnitrat voraus, wie in den Reaktionsgleichungen (21) aufgeführt.
(21) NH4+ + NO3– = NH3 + HONO2
(22) HONO2 → HO + NO2
(23) HO + NH3 → HOH + NH2
(24) NH2 + NO2 → NH2NO2
(25) NH2NO2 → N2O + H2O
5. Das thermische Stabilitätsexperiment von Ammoniumnitrat
Vorgewärmtes Ammoniumnitrat erfordert kürzere Zersetzungszeit und kürzere Zeit, um die gleiche Temperatur zu erreichen; Der Grund dafür ist, dass, wenn Ammoniumnitrat plötzlich erhitzt wird, der Erhitzungsprozess als kontinuierlich angesehen wird und die Wartezeit und Suchzeit unter adiabatischen Bedingungen stark verkürzt wird. Erhöhte selbstbeschleunigende Ammoniumnitratreaktion, Zersetzung tritt schneller, so dass, wenn die Temperatur plötzlich steigt, Zersetzung ist wahrscheinlicher auftreten.
6. Merkmale von Stickoxiden
Stickstoffoxid bezieht sich auf eine Verbindung, die nur aus zwei Elementen besteht: Stickstoff und Sauerstoff. Häufige Stickoxide sind Stickoxid (NO, farblos), Stickstoffdioxid (NO2, rötlichbraun), Lachgas (N2O), Lachgas (N2O5) usw., mit Ausnahme von Lachgas unter normalen Bedingungen Außer fest, sind andere Stickoxide unter normalen Bedingungen gasförmig. Als Luftschadstoffe beziehen sich Stickoxide (NOx) oft auf NO und NO2. Mit Ausnahme von Stickstoffdioxid sind andere Stickoxide extrem instabil. Bei Licht, Feuchtigkeit oder Hitze werden sie zu Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid, und Stickstoffmonoxid wird wieder stickstoffdioxid. Daher ist das berufliche Umfeld mehreren Gasgemischen ausgesetzt, oft als Rauch (Gas) bezeichnet, hauptsächlich Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid, und Stickstoffdioxid ist der Hauptbestandteil. Stickoxide haben unterschiedliche Toxizitätsgrade.
Es gibt auch Stickstoffoxid-Dimer (N2O2), Nitrosyl-Azid (N4O) und Stickstofftrioxid (NO3), aber vor allem NO und NO2, die häufige Luftschadstoffe sind. Darüber hinaus ist Trinitroamin (N(NO2)3) auch eine Verbindung, die nur aus Stickstoff und Sauerstoff besteht, aber es ist kein Oxid im engeren Sinne.
Dinitrogenpentoxid
Mit Ausnahme von Dinitrogenpentoxid, das fest ist, sind die übrigen Gase. Die molekulare Formel ist NOx. Unter ihnen ist Dinitrogentetroxid ein Dimer von Stickstoffdioxid, das oft mit Stickstoffdioxid zu einem Gleichgewichtsgemisch vermischt wird. Eine Mischung aus Stickstoffoxid und Stickstoffdioxid, auch nitratisch (Rauch) genannt. Relative Dichte: Stickstoffmonoxid ist luftnah, und Lachgas und Stickstoffdioxid sind etwas schwerer als Luft. Schmelzpunkt: Dinitrogenpentoxid beträgt 30°C, der Rest liegt unter Null. Alle sind leicht wasserlöslich, und die wässrige Lösung ist in unterschiedlichem Maße sauer. Stickoxide sind nicht brennbare Stoffe, aber sie können alle die Verbrennung unterstützen. So können beispielsweise Lachgas (N2O), Stickstoffdioxid und Lachgas explodieren, wenn sie hohen Temperaturen oder brennbaren Stoffen ausgesetzt sind.
Stickoxid ist eine Stickoxidverbindung, chemische Formel NO, relatives Molekulargewicht 30.01 und Stickstoffvalenz +2. Es ist ein farbloses, geruchloses, giftiges Gas, das sich schwer in Wasser auflösen kann. Da Stickstoffmonoxid freie Radikale enthält, macht dies seine chemischen Eigenschaften sehr aktiv. Wenn es mit Sauerstoff reagiert, kann es ein korrosives Gas-Stickstoffdioxid (NO2) bilden, das mit Wasser reagieren kann, um Salpetersäure zu bilden. Die Gleichung lautet: 3NO2+H2O==2HNO3+NO. Gefährliche Eigenschaften: starke Oxidation. Der Kontakt mit brennbaren und organischen Stoffen ist leicht zu fangen Feuer. Auf eine explosive Kombination von Wasserstoff gestoßen. Der Kontakt mit Luft wird einen bräunlich-gelben Nebel mit sauren oxidationsigen Eigenschaften aussenden.
Stickstoffoxid (Stickstoffoxid), chemische Formel N2O. Auch bekannt als Lachgas, ein farbloses und süßes Gas, ist es ein Oxidationsmittel, das die Verbrennung unter bestimmten Bedingungen unterstützen kann (wie Sauerstoff, weil Lachgas in Stickstoff und Sauerstoff bei hohen Temperaturen zersetzt werden kann), aber es ist stabil bei Raumtemperatur und leicht Es hat eine anästhetische Wirkung und kann Lachen verursachen. Seine Anästhesie wurde 1799 von dem britischen Chemiker Humphrey David entdeckt. Relevante Theorien glauben, dass N2O- und CO2-Moleküle ähnliche Strukturen haben (einschließlich elektronischer Formeln), so dass ihre räumliche Konfiguration linear ist und N2O ein polares Molekül ist. Heute wird es vor allem in Performances eingesetzt und kann auch als Verbrennungshilfe in Rennbeschleunigern eingesetzt werden.
Stickstoffdioxid ist ein braun-rotes Giftgas bei hohen Temperaturen. Bei Raumtemperatur (0 bis 21,5 °C) werden Stickstoffdioxid und Dinitrogentetroxid gemischt und koexistieren. Giftig und irritierend. Gelöst in konzentrierter Salpetersäure, um dämpfende Salpetersäure zu erzeugen. Kann gestapelt werden, um Dinitrogentetroxid zu synthetisieren. Reagiert mit Wasser, um Salpetersäure und Stickstoffmonoxid zu erzeugen. Reagiert mit Alkali, um Nitrat zu erzeugen. Es kann heftig mit vielen organischen Verbindungen reagieren. Stickstoffdioxid spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung von Ozon. Das von Menschenhand hergestellte Stickstoffdioxid stammt hauptsächlich aus der Freisetzung von Hochtemperatur-Verbrennungsprozessen wie Kraftfahrzeugabgasen und Kesselabgasen. Stickstoffdioxid ist auch eine der Ursachen für sauren Regen, und die Umweltauswirkungen, die damit verursacht werden, sind vielfältig, einschließlich: Auswirkungen auf Feuchtgebiete und terrestrische Pflanzenarten Wettbewerb und Zusammensetzung Veränderungen, reduzierte atmosphärische Sichtbarkeit, Versauerung und Eutrophierung von Oberflächenwasser (aufgrund des Mangels an Sauerstoff aufgrund der Verbreitung von Algen, die reich an Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor sind) , und erhöhen Sie den Gehalt an Toxinen, die für Fische und andere Wasserorganismen im Wasser schädlich sind.
7. Lageranforderungen für Ammoniumnitrat
1) Die Höhe des Lagergebäudes sollte ein Geschoss nicht überschreiten und muss ausreichend belüftet sein. Im Brandfall sollte es in der Lage sein, automatisch zu lüften oder voll zu belüften
2) Das Lager kann im Brandfall automatisch belüftet oder ausreichend belüftet werden,
3) Aufgrund der Korrosionsschärfe und der reaktiven Eigenschaften von Ammoniumnitrat sollten Gebäude und Strukturen trocken sein, und Dächer, Wände und Böden sollten nicht versickern
4) Baustoffe und Behälter erfüllen die Trennungsabstandsanforderungen
5) Für Oxidationsmittel ist es am besten, wenn ein halbunterirdischer Speicherraum, der entworfen werden kann, um Licht und Hitze zu vermeiden
6) Unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Wasser auf Ammoniumnitrat ist das Feuerlöschmedium im Täglichen Lagermitraum mit gelbem Sand ausgestattet
8. Schlussfolgerung
Ammoniumnitrat, ein chemischer Dünger, der in der Landwirtschaft verwendet wird, ist kein Sprengstoff selbst, es ist ein starkes Oxidationsmittel der Klasse 5.1 oder ein Gefahrgut der Klasse 9. Der Hauptgrund für die Explosion ist, dass das Nitro NO3 selbst sehr instabil ist. Es lässt sich leicht erhitzen und unter Hochtemperaturkollisionen spalten, was zu instabiler Stickstoffoxidation führt. Schließlich spalten sich Stickoxide, um stabilen Stickstoff und Sauerstoff zu produzieren. Sauerstoff selbst hilft bei der Verbrennung und beschleunigt die Verbrennung, wenn eine große Menge Sauerstoff freigesetzt wird. Daher sind alle Arten von Nitroexplosionen, die wir erleben, mit instabilem Nitro verbunden. Angesichts der Lagerung und Kontrolle solcher chemischen Stoffe sollten folgende Maßnahmen ergriffen werden:
1) Belüftung, feuchtigkeits- und hitzebeständig
2) Kontrollieren Sie die Anzahl der Stapel und setzen Sie das Prinzip der Tabu-Mischung strikt um
3) Vermeiden Sie alle Arten von Zündquellen (offene Flammen wie Schneiden und Polieren, statische Funken, heiße Arbeit, explosionsgeschützte Werkzeuge und explosionsgeschützte elektrische Geräte)
4) Kontrolle der Ein- und Ausreise von irrelevantem Personal
5) Kontrollieren Sie die Gesamtspeichermenge, stellen Sie das First-in-First-Out sicher und stellen Sie sicher, dass die längste Lagerzeit kleiner ist als die theoretisch berechnete Sicherheitsdauer
6) Das Be- und Entladen von Gütern nach strengen Betriebsabläufen sowie das barbarische Stapeln und Be- und Entladen sind strengstens untersagt.
7) Machen Sie gute Arbeit bei der Sammlung und Verwaltung von beschädigten Verpackungen, und streng verbieten Probenahme im Lager
8) Ausgestattet mit notwendigen Brandbekämpfungseinrichtungen nach den Konstruktionsspezifikationen der Lager der Klasse A, und prüfen und prüfen, ob die Brandbekämpfungseinrichtungen immer zur Verfügung stehen
9) Schulung der Mitarbeiter in ihrem täglichen Betrieb und Notfall-Reaktionsfähigkeiten, und führen Sie regelmäßige Notfallübungen
10) Halten Sie sich an das tägliche Inspektionssystem, um sicherzustellen, dass Probleme sofort behoben werden, ohne versteckte Gefahren zu hinterlassen
