Der vorliegende Beitrag behandelt spezifische Aspekte der Sicherheitstechnik bei heterogen katalysierten Oxidationsreaktionen. Ergebnisse von Explosionsuntersuchungen an Ethen-Sauerstoffgemischen in einem kontinuierlich betriebenen Mikroreaktor, die beispielsweise für den Ethylenoxidprozess relevant sind, werden vorgestellt. Der Anfangsdruck der untersuchten Eduktgemische lag zwischen 1000 hPa und 10000 hPa bei Anfangstemperaturen zwischen Umgebungstemperatur und einer Temperatur bis zu 673 K. Mikrostrukturierte Reaktoren bieten einen erweiterten Bereich von Betriebsbedingungen. Die Untersuchungen zielen auf den sicheren Betrieb eines Mikroreaktors bei Bedingungen, die bei konventionellen Reaktoren als innerhalb des Explosionsbereichs eingestuft werden, ab. In bestimmten Grenzen kann eine Unterdrückung von Explosionen in einem Mikroreaktor erreicht werden. Es ist jedoch nicht möglich, einen Mikroreaktor unter allen Bedingungen sicher zu betreiben. Aus diesen Gründen wurde die Explosionsausbreitung durch einen mikrostrukturierten Reaktor hindurch und die Zündung einer Gasphasenexplosion durch Hot-Spots in dem Reaktor untersucht. Die angewandten Untersuchungsmethoden sind Gegenstand aktueller Normungsaktivitäten.
Zur Einschätzung der Wirksamkeit einer heißen Oberfläche als Zündquelle für ein Gas oder ein Gasgemisch werden in der Praxis Zündtemperaturen experimentell bestimmt. Die Zündtemperatur gemäß dem europäischen Standardverfahren EN 14522 wird bei Atmosphärendruck bestimmt und ist vor allem dazu geeignet die Wirksamkeit einer heißen Oberfläche als Zündquelle bei einem unerwünschten Stoffaustritt aus einer geschlossenen Anlage einzuschätzen. Eine Aussage bzgl. der der Zündfähigkeit an heißen Oberflächen innerhalb einer geschlossenen Anlage, z. B. in größeren Behältern bei bestimmten Gemischzusammensetzungen und höheren Anfangsdrücken, kann anhand der Zündtemperatur gemäß EN 14522 nicht getroffen werden. Die Bestimmung nach dem europäischen Standard erfolgt in einem offenen System, bei atmosphärischem Druck und in Luft als Oxidationsmittel.
Dieser Beitrag beschreibt einen modifizierten Versuchsaufbau für die Prüfapparatur 20-L Kugel, der es ermöglicht, die zu untersuchenden Staubproben bis kurz vor deren Entzünden unter Ausschluss von Sauerstoff zu handhaben. Dieser modifizierte Aufbau wurde entwickelt, um die Bestimmung Sicherheitstechnischer Kenngrößen von möglichst unpassivierten Nanostäuben zu gewährleisten. Das Ziel dieser Modifikationen ist es, festzustellen, ob es bei der Standardapparatur und -prüfverfahren zu einer Unterschätzung der Explosionsheftigkeit und Zündempfindlichkeit durch Passivierung von Nanonstäuben vor der eigentlichen Untersuchung kommen könnte.
Zu diesem Zweck wurden zwei verschiedene Methoden (das sogenannte Inertisierungsverfahren und das modifizierte Verfahren mit Verteilerschale) verwendet. Beide Methoden sind in diesem Artikel beschrieben. Er umfasst experimentelle Ergebnisse von Mikrostäuben, welche zur Validierung verwendet worden und darüber hinaus erste Ergebnisse mit Eisen und Aluminium Nanostäuben, die bis kurz vor dem Entzünden unter inerten Bedingungen gehandhabt worden. Das getestete Nano Eisen reagiert pyrophor, sobald es mit Luft in Kontakt kam, während bei dem untersuchten Nano Aluminium solches Verhalten nicht generell beobachtet werden konnte. Die Versuche mit Nano Aluminium und dem Inertisierungsverfahren zeigten einen höheren Druckanstieg im Vergleich zum Standard-Prüfverfahren. Dies könnte auf einen unterschiedlichen Grad der Passivierung hindeuten. Um diese Beobachtung näher zu untersuchen, sind weitere Versuche mit einer größeren Anzahl an Stäuben notwendig.
The present contribution reports on specific aspects of safety engineering in heterogeneously catalysed oxidation reactions. Results for ethene-oxygen-mixtures in a continuous-flow micro reactor are reported related to the safety issues of the ethylene oxide process. Initial pressure is ranging from below 1 bar up to 10 bar at initial temperatures ranging from room temperature up to 673 K. Micro structured reactors offer an extended range of operating conditions. The key issue to be discussed in the present contribution is how to safely operate a micro reactor at conditions in conventional devices to be characterised as inside the explosion region. Within certain limits suppression of explosion inside a micro reactor can be achieved.
This holds true for chain reactions as well as runaway reactions. Nevertheless it is not possible to safely operate micro structured reactors at any condition. Therefore, explosion propagation through a Micro structured reactor and initiation of gas phase explosions by hot spots inside the reactor were investigated.
The investigation methods applied are subject to actual standardization.
Present work deals with the potential usage of peroxy-fuels (usually known as organic peroxides) in engine combustion processes. Although as additives (in small quantities < 5% to conventional fuels e.g. diesel, gasoline) peroxy-fuels are well known for many years their commercial applications as a main or primary fuel are not investigated in detail as such except a few. Since they are thermally unstable and energetic their safety demands great care during processing which restricts their commercial exploitation. However, once the issues with safety are resolved they can be much more advantageously employed than conventional fuels. Some of these advantages are: significant amount of fuel saving, reduction in amount of inducted air or even in the complete absence of air i.e. anaerobically, smaller volume of combustion (chamber), oxygenated fuel quality and low emissions. In this study we introduce an idea to develop the components of an engine operating solely on peroxy-fuels. The engine concept is based on single and multiple injectors in a cylinder with special material coating to ensure a temperature controlled processing.
Although catalytic reductions, cross-couplings, metathesis, and oxidation of C=C double bonds are well established, the corresponding catalytic hydroxylations of C–H bonds in alkanes, arenes, or benzylic (allylic) positions, particularly with O2, the cheapest, 'greenest', and most abundant oxidant, are severely lacking. Certainly, some promising examples in homogenous and heterogenous catalysis exist, as well as enzymes that can perform catalytic aerobic oxidations on various substrates, but these have never achieved an industrial-scale, owing to a low space-time-yield and poor stability. This review illustrates recent advances in aerobic oxidation catalysis by discussing selected examples, and aims to stimulate further exciting work in this area. Theoretical work on catalyst precursors, resting states, and elementary steps, as well as model reactions complemented by spectroscopic studies provide detailed insight into the molecular mechanisms of oxidation catalyses and pave the way for preparative applications. However, O2 also poses a safety hazard, especially when used for large scale reactions, therefore sophisticated methodologies have been developed to minimize these risks and to allow convenient transfer onto industrial scale.
Industrial fire and explosion hazards due to accidents in fuel storage units have gained a considerable attention in recent years. Both, the regulatory bodies and scientific communities are heavily concerned about the proper safety measures to avoid such calamities in the future. This paper aims to bring some essentials related to the hazards that arose from recent fuel storage fire accidents occurring in Buncefield, UK (2005), Puerto Rico, USA (2009) and Sitapura, India (2009). The potential similarities behind occurrence of these accidents are studied. The applicability of various methods (models) and also computer simulations to estimate the safety distances according to the international standards for both explosion and fire hazard are verified. The overpressures caused by the Vapor Cloud Explosions (VCE) and radiation fluxes emitted by the fires are considered for respective explosion and fire hazard estimations. The prime focus is placed on the regulations laid down by the National Fire Protection Agency of the United States and the European Norms.