美国氯乙烯泄漏事故之受控燃烧
【原创】澳洲梁博士
位于美国五大湖工业区(所谓的铁锈带)的俄亥俄州(State of Ohio)，近期噩运缠身: 先是在2月3日发生了火车出轨，导致了高达500吨 (1.1M lbs)化工原料氯乙烯有毒气体的泄漏，2月20日又发生了金属公司发生爆炸致人死亡的悲剧。这些不幸的事故不仅引起了美国本土居民的担忧，也引起了同为化工大国国民的围观和关心。有鉴于此，为了防止类似悲剧的发生，对这些事故包括采取的措施进行复盘是必要的。弱水三千，只取一瓢，在此抛砖引玉，只谈氯乙烯泄漏后焚烧这个事件。
大家知道，氯乙烯(CH₂=CHCl)是生产聚氯乙烯(PVC)塑料的单体原料，本身是一种致癌有毒气体，在贮存运输甚至使用时必须加压数个大气压，液化形成液化气以提高密度增加容器贮运效率。
这次火车出轨导致的高压液化氯乙烯在破损处向外泄漏，並最终在常温下气化形成了氯乙烯气体。由于该气体本身的毒性，加上氯乙烯气体其分子量是62.5，比平均分子量只有29的空气重2.16倍，泄露的易燃毒气自然会沉降覆盖在地面上而不易轻易自然散去。泄漏的有毒气体，不仅影响环境，存在爆炸风险，更可能会毒杀居民，甚至窒息一切需要氧气的生物。
要清除泄漏的毒气，世界通用的办法是通过焚烧(见图三)，将有毒气体焚烧变成相对无害的氯化氢和二氧化碳以及水蒸汽，以达到“二害相权，则取其轻”的目的。
当然，任意无控的燃烧，不仅容易燃烧失控，而且同样会产生许多意想不到的有害物质包括末燃烧完全的氯乙烯，一氧化碳和含碳的滚滚浓烟。因此，理想的燃烧是一种完全燃烧式的“受控燃烧”(controlled combustion)。
根据氯乙烯的化学燃烧反应：
CH₂=CHCl + 2.5 O₂ → HCl + 2 CO₂ + H₂O (完全燃烧）
要完全燃烧消灭1摩尔(22.4 L)的氯乙烯气体，需消耗2.5摩尔(56 L)的氧气，而空气中只有21%的氧气，因而需要消耗11.9摩尔(266.7 L)的空气(2.5÷21%=11.9摩尔)。
换句话说，要完全燃烧1份体积的氯乙烯，需11.9份体积的空气，而在失控燃烧条件下，几乎不可能达到理想的1:11.9 (氯乙烯:空气)这个条件。在事故现场要达到完美“泄漏后可控燃烧”，首先必须控制氯乙烯从高压贮罐中泄漏出来的速度，其速度当然是越小越好，其次，需及时补充大量的新鲜空气与氯乙烯混合，以达到1:11.9这个理想比例，利用机械鼓风，甚至从氧气瓶充入纯氧气等加大空气/氧气的数量或是一种有效的措施。完全可控燃烧后的火焰应该是蓝色的，不该是暗红色含碳粒的浓烟。
完全燃烧后产生的氯化氢(HCl)气体是一种酸性气体，最终会与水蒸汽结合生成盐酸而变成刺激性的雾气甚至酸雨。因此燃烧后的环境情况还需进一步的监管和控制。
常在河边走，哪有不湿鞋。只要人类还需要这些化工产品，生产过程中发生这类事故的可能性总是难免的，无论中外莫不如此。我们人类只能尽量设计合理的化工工艺流程，安装可靠的设备，严格按安全流程进行生产，贮存和运输，以及在事故发生后采取科学的补救措施以减轻损失。
©澳洲梁博士原创于2023年2月22日

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