化工本征安全技術(shù)發(fā)展路徑的思考與探索

喬旭，張竹修

（1 南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211816；2 江蘇先進(jìn)生物與化學(xué)制造協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210009）

近年來(lái)，我國(guó)化工行業(yè)在安全生產(chǎn)領(lǐng)域存在突出問(wèn)題，一些重大、特大事故影響惡劣，行業(yè)形象受損嚴(yán)重。為此，國(guó)家對(duì)行業(yè)的整治力度不斷提升，部分地區(qū)甚至關(guān)停了三分之二的化工企業(yè)。嚴(yán)格的安全管控雖然取得了一些成效，但是化工系統(tǒng)性安全風(fēng)險(xiǎn)依然很大。以行政手段為主的外部管理和“滅火式”的事后管控，不僅導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)被擱置和轉(zhuǎn)移、難以治本，也容易形成新的社會(huì)矛盾。2020年中央兩辦《關(guān)于全面加強(qiáng)危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)工作的意見(jiàn)》指出“加強(qiáng)化工危險(xiǎn)工藝本質(zhì)安全等技術(shù)及裝備研發(fā)”；黨的二十大報(bào)告對(duì)推進(jìn)危險(xiǎn)化學(xué)品等重點(diǎn)領(lǐng)域的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)專項(xiàng)整治提出了明確要求。因此，開(kāi)展化工本質(zhì)安全關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，將被動(dòng)式的事故應(yīng)急管理轉(zhuǎn)變?yōu)楣に囇b備的本征安全和基于控制系統(tǒng)的主動(dòng)安全，是實(shí)現(xiàn)化工高質(zhì)量發(fā)展、重塑化工形象、重振化工雄風(fēng)的必然抉擇。

1 化工本征安全“四原則”

煤礦、電池等領(lǐng)域都存在面向電氣設(shè)備的“本質(zhì)安全（intrinsic safety）”概念。1916年Thoronton針對(duì)英國(guó)煤礦因電鈴信號(hào)電路產(chǎn)生放電火花引起的瓦斯爆炸提出了本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)方法，要求設(shè)備內(nèi)部電路和引出線不論是在正常工作還是故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃可燃性氣體混合物。電池的本質(zhì)安全技術(shù)從電池?zé)崾Э卦沓霭l(fā)，提高電芯材料熱穩(wěn)定性，減少電芯結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱量積累，降低電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合上述本質(zhì)安全在煤礦、電池的應(yīng)用以及參考針對(duì)電氣設(shè)備的GB 3836.4—2021《爆炸性環(huán)境第4 部分：由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備》，可將本質(zhì)安全技術(shù)認(rèn)為是使電子設(shè)備在爆炸性氣體環(huán)境及不正常操作條件下可以安全運(yùn)作的保護(hù)技術(shù)，避免設(shè)備釋放足以引燃易燃物的能量。

著名化工安全專家Trevor Kletz 于1978 年首次面向化工領(lǐng)域提出“intrinsic safety”的理念[1]，為了避免與電氣設(shè)備本質(zhì)安全產(chǎn)生概念混淆，Kletz教授采用“inherent safety”代替[2]。雖然本質(zhì)安全的理念在化工行業(yè)已被廣泛接受，但本文作者認(rèn)為，化工行業(yè)的中文專有名詞“本質(zhì)安全”與Keltz 教授提出“inherent safety”有所區(qū)別。一方面，《“十四五”危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)規(guī)劃方案》通過(guò)加強(qiáng)園區(qū)規(guī)劃引導(dǎo)、開(kāi)展企業(yè)分類整治、保障安全距離、淘汰落后工藝、加快技術(shù)改造等手段，構(gòu)建準(zhǔn)入嚴(yán)格、布局規(guī)范、技術(shù)先進(jìn)的本質(zhì)安全發(fā)展格局。該方案擬從園區(qū)安全提質(zhì)、大型油氣儲(chǔ)存基地安全防控、企業(yè)安全改造、從業(yè)人員培訓(xùn)、“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+?；踩a(chǎn)”五個(gè)方面。由此可見(jiàn)，我國(guó)的化工本質(zhì)安全體系實(shí)際上與過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)的五種管理類型相吻合，它們分別是：本征，采用無(wú)害物料/工藝盡可能消除危害；空間，增加間距減少危害；被動(dòng)，通過(guò)工藝或設(shè)備降低危害發(fā)生的頻率；主動(dòng)，采用安全控制、報(bào)警、聯(lián)鎖等監(jiān)控和處理工藝異常；程序，采用制度、培訓(xùn)、操作程序、管理檢查、應(yīng)急預(yù)案等預(yù)防事故或最大程 度 減 少 事 故 影 響[3]。另 一 方 面，Keltz 對(duì)“inherent safety”的解釋是“通過(guò)工藝完全消除危害或者充分降低危害程度/可能性”。美國(guó)化學(xué)工程師協(xié)會(huì)化工過(guò)程安全中心亦認(rèn)為“inherent safety”應(yīng)用于工藝的全生命周期，側(cè)重于從源頭消除物料泄漏或能量釋放的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，而非被動(dòng)、主動(dòng)、程序等其他過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)管理策略[4]。因此，本文作者認(rèn)為“本質(zhì)安全”包含的內(nèi)容更多、覆蓋范圍更廣，其根本目的是讓“人遠(yuǎn)離風(fēng)險(xiǎn)”；而本征安全主要聚焦工藝技術(shù)與裝備，其目的是讓“風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)離人”，使用“本征安全”代替“本質(zhì)安全”描述“inherent safety”更加精準(zhǔn)。

Keltz 教授最初總結(jié)出4 項(xiàng)核心原則（intensification，substitution，attenuation，limitation of effects）和12 項(xiàng) 附 屬 原 則（simplification，segregation，avoiding knock-on effects，making incorrect assembly impossible，making status clear，error tolerance，ease of control，understandable software for computer control，instructions and procedures，life cycle friendliness，passive safety，inherent robustness）。歷經(jīng)學(xué)術(shù)界與工業(yè)界近五十年的探索、發(fā)展與實(shí)踐，結(jié)合了美國(guó)化工過(guò)程安全中心、英國(guó)化學(xué)工程師協(xié)會(huì)和國(guó)際過(guò)程安全小組的相關(guān)論述，最終形成了化工本征安全“四原則”：最小化（minimization）、替代（substitution）、緩和（moderation）與簡(jiǎn)化（simplification），獲得了全球化工界的廣泛認(rèn)同[5]。四原則的具體含義如下：最小化，通過(guò)減少裝置中的物料用量和能量密度，降低事故的發(fā)生概率和嚴(yán)重程度；替代，用危險(xiǎn)性小的工藝或物料代替危險(xiǎn)性高的工藝或物料；緩和，在危險(xiǎn)性相對(duì)較低的條件下進(jìn)行生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸；簡(jiǎn)化，通過(guò)減少不必要的復(fù)雜操作、流程或設(shè)備來(lái)降低危險(xiǎn)性。

2 本征安全原則應(yīng)用問(wèn)題分析

雖然化工本征安全原則提出近半個(gè)世紀(jì)，但其應(yīng)用實(shí)踐效果并不理想，僅僅是局部范疇內(nèi)的“最優(yōu)方案”，使用最多的如針對(duì)具體工藝的“無(wú)毒代替有毒”“采用無(wú)人化操作”等，并不能真正實(shí)現(xiàn)整套生產(chǎn)裝置的“本征安全”。應(yīng)急管理部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：2021 年我國(guó)化工事故高達(dá)122 起，死亡150人。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，近十年引起化工事故的原因中設(shè)備缺陷占31.1%，操作失誤占17.2%，工藝問(wèn)題占10.6%[6]。

化工本征安全“四原則”的權(quán)重并不均等，對(duì)安全生產(chǎn)所起的作用也不盡相同。有文獻(xiàn)分析近20 年內(nèi)本征安全原則在化工過(guò)程中的應(yīng)用，簡(jiǎn)化原則的使用頻率遠(yuǎn)低于其他三種原則。緩和原則主要起到降低事故發(fā)生后嚴(yán)重程度的作用，并沒(méi)有從根本上改變工藝流程或者危險(xiǎn)物料的使用，故無(wú)法從根本上減少事故的發(fā)生，是最小化和替代原則無(wú)法應(yīng)用時(shí)才使用的第三原則。最小化原則和替代原則是針對(duì)裝備和工藝的核心原則，對(duì)化工裝備的本征安全運(yùn)行具有決定性作用[7]。若能在過(guò)程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中有效落實(shí)和深化本征安全最小化原則和替代原則，理論上可以從根源上消除化工原料、反應(yīng)/分離過(guò)程、生產(chǎn)工藝系統(tǒng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，從而真正實(shí)現(xiàn)化工過(guò)程的本征安全。

2.1 傳統(tǒng)化工裝置未遵循本征安全原則

在百余年的發(fā)展過(guò)程中，化學(xué)工程始終聚焦單元操作、過(guò)程放大及相關(guān)“三傳一反”規(guī)律，誕生了部分解析、數(shù)學(xué)模型、量綱分析等各類過(guò)程放大方法，旨在以投資最省、效率最高的方式將實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果用于工業(yè)規(guī)模設(shè)計(jì)。因此，傳統(tǒng)工業(yè)裝置具有體積大、物料多、能量密度高等特征，導(dǎo)致發(fā)生燃燒、爆炸等事故時(shí)產(chǎn)生的威力也非常大。以占化工分離過(guò)程70%以上的精餾為例，工業(yè)精餾塔設(shè)備尺寸龐大、數(shù)量眾多，物料在塔器內(nèi)的停留時(shí)間長(zhǎng)、存儲(chǔ)量大。尤其是對(duì)于相對(duì)揮發(fā)度接近的難分離體系以及共沸物體系，理論板數(shù)往往超過(guò)百塊，這就需要建造接近百米高度的精餾塔，與之相伴的安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之劇增，歷史上精餾塔的燃燒爆炸事故屢見(jiàn)不鮮。大型反應(yīng)裝置由于物料體系更加復(fù)雜多變，一旦發(fā)生事故造成的生命危險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失更是難以估量。因此，這種傳統(tǒng)的過(guò)程放大思路與本征安全原則背道而馳。

2.2 低危險(xiǎn)性替代工藝仍需發(fā)展

原國(guó)家安全監(jiān)管總局在兩批《重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化工工藝名錄》中羅列了近20 種危險(xiǎn)工藝，這些危險(xiǎn)工藝包括了氯化、光氣化、加氫、裂解、聚合、硝化、氧化、烷基化等化工生產(chǎn)中的常見(jiàn)反應(yīng)工藝。通過(guò)對(duì)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)頒布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019 年本）》、中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)頒布的《石化綠色工藝名錄（2019 年版）》以及知名企業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行廣泛調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，原料替代、連續(xù)化反應(yīng)、微通道反應(yīng)、高效移熱等各類技術(shù)以及它們的組合，在給定場(chǎng)景下都能衍生出危險(xiǎn)工藝的替代工藝。替代原則在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的難點(diǎn)在于，找到安全物料或者工藝替代原有高危物料和工藝并不容易，原料、產(chǎn)品、反應(yīng)條件的變化也會(huì)一定程度上降低原替代工藝的可行性。此外，生產(chǎn)工藝替代會(huì)涉及經(jīng)濟(jì)成本與綠色環(huán)保方面的重新評(píng)估，這也是制約企業(yè)應(yīng)用替代工藝的重要影響因素。

2.3 過(guò)程強(qiáng)化與最小化原則存在差距

從定義上看，化工學(xué)科的過(guò)程強(qiáng)化原則與最小化原則相符，但實(shí)際上二者不能完全等同。絕大部分過(guò)程強(qiáng)化是圍繞反應(yīng)和分離進(jìn)行的，反應(yīng)強(qiáng)化是通過(guò)傳遞與反應(yīng)速率的有效匹配，提高單位設(shè)備體積的生產(chǎn)能力、縮減設(shè)備體積，進(jìn)而減少裝置中的物料用量；開(kāi)發(fā)高效填料、新型塔板和內(nèi)構(gòu)件，在理論上都可以提高分離效率、縮小裝置體積。但是目前工業(yè)應(yīng)用的各類塔器、釜罐的高度與直徑并沒(méi)有得到顯著減小。原因在于上述過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)是針對(duì)化工過(guò)程與裝備的整體強(qiáng)化，裝備內(nèi)的物料量和能量密度雖有一定程度下降，但與“最小化”原則的要求還有很大差距，化工裝置仍然呈現(xiàn)出“高塔林立、釜罐成群”的固有業(yè)態(tài)，因偶然因素或必然因素導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)難以根本消除。

微化工技術(shù)具有裝置內(nèi)部比表面積大、在線物料量少、溫度分布均勻的特點(diǎn)，即使失控情況發(fā)生也不會(huì)發(fā)生大范圍的危害，完全符合最小化原則，是國(guó)際公認(rèn)的本征安全技術(shù)。我國(guó)微化工技術(shù)已蓬勃發(fā)展二十余載，具有豐富的研究成果和產(chǎn)業(yè)化案例，例如江蘇省應(yīng)急管理廳已全面要求新改擴(kuò)建的硝化裝置原則上采用微通道連續(xù)硝化生產(chǎn)工藝。但微化工技術(shù)具有很大的局限性：一方面，微化工在氣-固、氣-液、液-固、氣-液-固等多相態(tài)體系的運(yùn)用存在瓶頸；另一方面，由于內(nèi)部通道過(guò)于狹小，微化工技術(shù)不適用于精餾、萃取、吸收等逆流分離過(guò)程[8]。

2.4 安全生產(chǎn)與綠色環(huán)保要求相互矛盾

在現(xiàn)有化工生產(chǎn)監(jiān)管體系中，若以本征安全為需求導(dǎo)向，要求設(shè)立安全防護(hù)距離，以“開(kāi)放”來(lái)降低物料在特定空間內(nèi)的“絕對(duì)量”，從而降低事故發(fā)生的概率和嚴(yán)重程度；若以綠色環(huán)保為需求導(dǎo)向，要求加強(qiáng)集約化、提高入園率，以“封閉”來(lái)降低化學(xué)品進(jìn)入特定大氣、水、土壤等介質(zhì)中的“相對(duì)量”。本文作者認(rèn)為“開(kāi)放”與“封閉”以及“絕對(duì)量”與“相對(duì)量”之間的矛盾，不僅造成了應(yīng)急管理和環(huán)境保護(hù)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)不一、使企業(yè)無(wú)所適從，而且極大程度地破壞了企業(yè)對(duì)本質(zhì)安全技術(shù)進(jìn)行原始創(chuàng)新的內(nèi)驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而加劇了化工行業(yè)面臨的“政府操心、行業(yè)煩心、企業(yè)揪心、社會(huì)鬧心”的困境。事實(shí)上，安全和環(huán)保密不可分，很多安全生產(chǎn)事故就是因?yàn)楫a(chǎn)生的廢棄物無(wú)法及時(shí)處理導(dǎo)致的。然而，目前我國(guó)化工安全與清潔生產(chǎn)協(xié)同治理的相關(guān)制度還不完善，也缺乏兼具本征安全、綠色環(huán)保功能的化工前沿技術(shù)。

3 本征安全技術(shù)發(fā)展方向與實(shí)踐

為了從根本上解決上述本征安全原則落實(shí)過(guò)程中存在的問(wèn)題，本文圍繞本征安全最小化和替代原則提出了兼具可行性和先進(jìn)性的解決路徑。

3.1 聚焦泛厘米級(jí)單元尺度

針對(duì)現(xiàn)有化工過(guò)程與裝備整體強(qiáng)化與“最小化”原則的要求存在差距及微化工系統(tǒng)的應(yīng)用局限性，可以聚焦微米至米之間的尺度（以厘米級(jí)居多，可稱為“泛厘米級(jí)”），重點(diǎn)開(kāi)發(fā)泛厘米級(jí)的高效反應(yīng)、分離和換熱單元。與傳統(tǒng)大型裝置相比，泛厘米級(jí)單元裝置內(nèi)物料量可減少1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，能量密度也隨之大幅降低，有效削弱事故發(fā)生的概率和潛在威脅。由于不存在放大效應(yīng)，泛厘米級(jí)單元裝置的容積效率本身就比大型裝置要高。此外，常見(jiàn)的內(nèi)構(gòu)件強(qiáng)化和外場(chǎng)強(qiáng)化的方法均可用于泛厘米級(jí)單元的過(guò)程強(qiáng)化，進(jìn)一步提高單元容積效率。同時(shí)由于“泛厘米級(jí)”尺度與化工小試的尺度接近，因此適用于氣-液、液-液、液-固、氣-固、氣-液-固等各種多相體系。對(duì)于精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)，少量泛厘米級(jí)化工單元即可滿足生產(chǎn)要求；將若干個(gè)處于相同狀態(tài)的單元裝置進(jìn)行系統(tǒng)集成即可實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；どa(chǎn)，單元之間相互獨(dú)立、互不干擾，只需保證單元裝置的安全運(yùn)行即可使整個(gè)集成系統(tǒng)處于相對(duì)安全的狀態(tài)。

3.2 構(gòu)建多樣化單元智能集成模式

根據(jù)不同的化工生產(chǎn)場(chǎng)景，將反應(yīng)、分離、換熱單元靈活搭配，即可形成訂制化的單元集成系統(tǒng)。常見(jiàn)的方式可分為區(qū)塊式集成和集束式集成兩類。區(qū)塊式集成系統(tǒng)包含反應(yīng)區(qū)、分離區(qū)與換熱塊等[9]。反應(yīng)/分離區(qū)都有若干個(gè)平行的最小化反應(yīng)/分離單元分別組成反應(yīng)/分離陣列，反應(yīng)區(qū)與分離區(qū)之間直接通過(guò)共享進(jìn)出口相互連接，避免大量使用管道。物料在反應(yīng)區(qū)內(nèi)結(jié)束反應(yīng)后可直接進(jìn)入分離區(qū)精制提純。通過(guò)研究系統(tǒng)能耗可以確定換熱單元的具體結(jié)構(gòu)和集成方案，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)熱的原位利用、自由轉(zhuǎn)換和對(duì)外輸出。集束式集成系統(tǒng)比較適合于物質(zhì)的分離，只需要根據(jù)具體分離對(duì)象將一定數(shù)量的泛厘米級(jí)分離單元組成分離單元陣列即可[10]。泛厘米級(jí)單元集成技術(shù)的關(guān)鍵在于各單元及其裝置整體精準(zhǔn)檢測(cè)與控制，保證單元的物料均勻性、狀態(tài)一致性以及在少數(shù)單元發(fā)生故障時(shí)的控制精度和魯棒性。因此5G 互聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)和智能控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將提供重要支撐。整個(gè)單元智能集成系統(tǒng)內(nèi)的物料分配均勻程度、控制精度和容錯(cuò)率，有望超過(guò)超重力技術(shù)的“做功驅(qū)動(dòng)分配”和微化工技術(shù)的“多通道自然分配”。

3.3 統(tǒng)籌化工安全與綠色生產(chǎn)

自20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，美國(guó)、英國(guó)、意大利都啟動(dòng)了綠色化學(xué)戰(zhàn)略，在減少環(huán)境污染方面卓有成效。綠色化學(xué)對(duì)物料危險(xiǎn)性、原子經(jīng)濟(jì)性、條件溫和以及能源效率均提出了嚴(yán)格的要求，能夠大幅減少或者消除危險(xiǎn)物質(zhì)的使用和產(chǎn)生，這與本征安全的替代與緩和原則不謀而合，綠色化學(xué)可以認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)本征安全的重要科學(xué)支撐[11]。在上述認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，化工本征安全與綠色環(huán)保在技術(shù)層面不應(yīng)該相互對(duì)立，需要對(duì)二者關(guān)系進(jìn)行更加深入的思考?；U棄物主要來(lái)源于原料利用率低、過(guò)程集成度弱等工藝缺陷而產(chǎn)生的反應(yīng)副產(chǎn)物和未反應(yīng)的原料。因此，可以將本征安全最小化與替代原則沿用到化工清潔生產(chǎn)中，通過(guò)運(yùn)用源頭綠色、過(guò)程減量和精準(zhǔn)治理的策略實(shí)現(xiàn)“三廢”量最小化。具體來(lái)說(shuō)，可以開(kāi)發(fā)高原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)工藝以及生物質(zhì)/二氧化碳等綠色原料，研發(fā)高效綠色催化劑與新型過(guò)程強(qiáng)化手段，不僅能夠最大程度避免副產(chǎn)物和反應(yīng)物料逸出生產(chǎn)系統(tǒng)，而且能夠有效緩和原本苛刻的反應(yīng)條件、代替危險(xiǎn)的原料和工藝，具有一舉多得的效果。對(duì)于不同相態(tài)的污染物，開(kāi)發(fā)臨氧裂解凈化技術(shù)，同時(shí)采用先進(jìn)裝備和自控手段杜絕無(wú)組織排放，實(shí)現(xiàn)化工廢棄物的精準(zhǔn)治理。更重要的是，需要將這些遵循本征安全原則的環(huán)保與安全技術(shù)嵌入到化工生產(chǎn)裝置中，裝置內(nèi)的每個(gè)單元管道封閉，但單元集成系統(tǒng)整體保持開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)本征安全與綠色環(huán)保在理念與技術(shù)層面的協(xié)同一致。

3.4 應(yīng)用案例

泛厘米級(jí)單元智能集成技術(shù)是遵循本征安全原則開(kāi)發(fā)出的新一代化工生產(chǎn)系統(tǒng)，目前尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。下面通過(guò)兩個(gè)例子體現(xiàn)該技術(shù)的應(yīng)用前景。

（1）（氯代）芐基氯本征安全制造工藝與裝備。氯化反應(yīng)屬于重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)工藝。本文作者面向苯系物氯化反應(yīng)生產(chǎn)（氯代）芐基氯，遵循本征安全最小化原則，利用反應(yīng)精餾技術(shù)將反應(yīng)空間限域在塔板內(nèi)，有效減小了反應(yīng)物料量；開(kāi)發(fā)與小試級(jí)反應(yīng)器尺寸相當(dāng)?shù)沫h(huán)流反應(yīng)單元，通過(guò)集束式集成即可構(gòu)建規(guī)模化的氯化反應(yīng)裝置。開(kāi)發(fā)了膜管式氯氣分布裝置實(shí)現(xiàn)氯氣在各個(gè)反應(yīng)單元中的均勻分布；利用氣-液霧化混合與氣-固錯(cuò)流傳動(dòng)混合技術(shù)，使反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高至95%，整個(gè)單元容積效率比工業(yè)反應(yīng)器提高5 倍以上。該裝置于2018 年12 月在中鹽集團(tuán)下屬公司一次性試車成功，2019年為公司創(chuàng)造了5000萬(wàn)元以上的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）化工廢氣臨氧裂解凈化工藝與裝備。臨氧裂解是裂解與氧化耦合的反應(yīng)工藝，二者均屬于重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)工藝。本文作者開(kāi)發(fā)了包含流化反應(yīng)區(qū)、膜管式分離區(qū)與高效換熱塊的臨氧裂解區(qū)塊式反應(yīng)裝置。每個(gè)反應(yīng)區(qū)與分離區(qū)內(nèi)均由若干個(gè)反應(yīng)或者分離單元并聯(lián)形成，每個(gè)單元內(nèi)所有有機(jī)物的濃度均低于爆炸極限的下限。反應(yīng)區(qū)與分離區(qū)之間直接通過(guò)共享隔板相互連接，完全消除了管路連接所帶來(lái)的泄漏安全隱患。自2018 年以來(lái)已針對(duì)不同類型的化工廢氣，開(kāi)發(fā)了100余套臨氧裂解區(qū)塊式反應(yīng)裝置，在50 余家化工企業(yè)成功運(yùn)用，裝置自運(yùn)行至今全部零事故，累計(jì)減排廢氣超過(guò)13.51億立方米，創(chuàng)造了良好的環(huán)境效益。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

本征安全化生產(chǎn)是傳統(tǒng)化工提檔升級(jí)為現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)的必經(jīng)之路，世界各國(guó)也逐步形成了在源頭消滅危險(xiǎn)的思路。本文根據(jù)本文作者在綠色化工、本征安全領(lǐng)域的多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，細(xì)致分析了本征安全四原則在實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，詳盡闡述化工技術(shù)與方法在本征安全生產(chǎn)過(guò)程中的最新進(jìn)展。

（1）反應(yīng)本征安全：物料密度和空間尺度較小的反應(yīng)裝置符合最小化原則，鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)微通道反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、區(qū)塊式反應(yīng)裝置等。

（2）分離本征安全：泛厘米級(jí)單元適用于多相、逆流操作，通過(guò)強(qiáng)化可以實(shí)現(xiàn)分離單元空間最小化，鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)多通道膜分離、集束式分離單元集成裝置等。

（3）危險(xiǎn)工藝/物料替代：面向重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)工藝，利用綠色化學(xué)原則選擇低危險(xiǎn)性原料，重構(gòu)加成、縮合等高原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)新路線，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的低溫催化和過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)。

（4）裝置穩(wěn)定運(yùn)行：多單元智能集成系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)單元都智能可控，不僅裝置運(yùn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)將更加靈活，而且可以與不穩(wěn)定的綠能/綠電相互匹配，亦可進(jìn)一步地將高耗能的產(chǎn)品生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)能過(guò)程。

（5）安全、環(huán)保設(shè)施“三同時(shí)”：建議化工生產(chǎn)、應(yīng)急管理和環(huán)境保護(hù)等相關(guān)部門也要遵循“最小化”原則，對(duì)化工工藝、裝備和信息化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管，在項(xiàng)目立項(xiàng)、工程設(shè)計(jì)與施工、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)等各個(gè)環(huán)節(jié)提出明確要求，并從管理和技術(shù)角度嚴(yán)格管控。

（6）未來(lái)設(shè)想：隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字新技術(shù)與化學(xué)工程技術(shù)的深度融合，針對(duì)多單元集成系統(tǒng)運(yùn)行的分布式多智能體控制以及綠能供給不穩(wěn)定的情況下保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行的智控系統(tǒng)還處于起步階段，需要進(jìn)一步研究?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)的化工企業(yè)有望成為具備本征安全智能制造能力的“無(wú)人工廠”。