那个在响水的工厂为什么会爆炸？

3.21响水爆炸事件是一场灾难，给我们留下了深刻的教训，安全生产不只是嘴上说说而已，愿逝者安息......

事故具体原因还在调查，小编归纳了目前各界猜测中相对靠谱的一部分

为什么会发生爆炸？

知友：博丽灵梦（8,100+ 赞同，化学话题的优秀回答者）

早晨核心区的航拍画面，可以看到爆心已经炸成了「人工湖」，虽然里面大概不全是水……旁边就是硝酸特有的酸雾，可能附近就是硝化车间。

事故目前造成死亡人数达 47 人，重伤 90 人。

此外，生生看漏了生产厂家的最大产能。

该公司每年生产 30400 吨 1,3 -二硝基苯。

好，那么问题变得简单多了，而爆炸原因很可能正是这一炸药前体……

下文内容和所有推断只对在 2019.3.22 00:00 前的信息负责，特此声明。

向受灾地区的人们表示深切的同情，以及希望有更加完善准确的信息通 和善后处理工作。

前言

根据相关媒体的 导，以及视频等影像资料，我们可以大致得出粗略的事故过程：在意外失火扩大后，导致瞬间闪燃或爆燃，也可能是爆炸或爆轰，甚至造成了 2.2 级（待定）的地震。

河对岸的事故现场

而根据进一步 道，化学品中至少含有原料苯，而同时很可能有对苯二胺等下游产品。与此同时，该化工厂同时还生产了一系列相关产品，甚至是国内三大生产苯二胺的公司之一。

考虑到公司在之前就曾因安全生产不达标，以及环境污染违规排放受到了行政处罚，出现这种事故也可以想象。

其燃爆导致的化学品污染泄露，也对当地环境造成了严重影响。目前对下游的实时监测仍然在更新中，根据官方监测数据，一定距离外的有机物浓度已经降低至安全范围内，但不久前的氮氧化物 NOx 和硫氧化物 SOx 仍然远远超过安全范围。

同时，由于化工厂与河道距离较近，可能对周围水体也造成了一定污染。

分析推理

该厂主要生产的 3 种主要产品——苯二胺类，很可能是事故的主要原因。因而推测具体生产流程，才有可能得出合理的结论。

一开始，根据有机化学的常识，很快便可推出下列的生产流程：

氯化-硝化法的反应流程，双箭头略去了完全相同的胺化-还原反应

对于对位和邻位的苯二胺，主要流程是苯→氯苯→硝基氯苯→硝基苯胺→苯二胺。

第二步硝化反应中，氯苯可以一次性得到 3 种取代的产物，由于氯的邻对位定位效应，邻对位产物的比例~1:2，而间位的硝基氯苯产率极低。

因而，为了提高间位的产率，往往采取氯化硝基苯的反应流程，再通过类似的氨化-氢化还原后处理过程，得到间苯二胺。

一切看起来都是那么完美。

但是，有一个这样的问题：

公司从利益最大化的角度出发，当然是反应流程越简单越好，最好所有原料都可以得到充分利用和转化。而在上述的可能反应流程中，为了得到 3 种产品，需要 2 条不尽相同的工艺流程，和至少 4 步的线性步骤。

同时，考虑到其巨大的用量，氯化反应车间中的 Cl2 在下游的空气监测结果中应有较高的峰值，即使空气条件适合污染物扩散，理论上会和 NOx 与 SOx 两种气态污染物具有接近的浓度。此外，氯苯作为主要中间体，其浓度也应较高。

而事实上的监测结果：

根据响水县环境监测站于 16 时 57 分现场采样分析结果，在爆炸区域下风向 200 米采样监测发现……苯乙烯、氯苯检出浓度为 0.013mg/m3、0.001mg/m3，低于江苏省《化学工业挥发性有机物排放标准》(DB32/3151—2016）中厂界限值 0.50mg/m3 和 0.20mg/m3。

根据江苏省盐城环境监测中心 18 时 40 分于爆点下风向 3500 米（海安集敏感点）监测结果，二氧化硫浓度 28.5mg/m3，氮氧化物浓度 86.9mg/m3，分别超出《环境空气质量标准》(GB3095-2012)二级标准的 57 倍和 348 倍。

没有监测 Cl2，也就是说受损地区很可能不涉及氯化反应；而氯苯浓度也低于安全阈值。与此同时，和硝硫混酸体系相关的 NOx 和 SOx 含量极高。

虽然，也可能是氯化车间没有受到影响，但还存在着另一种合理的假设。

天嘉宜化工厂的官网显示，公司年产 17000 吨间苯二胺、2500 吨邻苯二胺、500 吨对苯二胺……

事实上，第一眼看上去，三种不同取代的产物的年产量很难引起注意。

在三种异构体中，间位的产量最高，而邻位异构体其次，对位最少。其比例折合为：

邻 : 间 : 对 = 5 : 34 : 1

而在氯化-硝化反应中，间位最少(< 1%)，以至于需要更换反应路径；邻位受到位阻影响，其产率低于对位，其比例接近于 1 : 2，整体的比例更接近于：

邻 : 间 : 对 = 33 : 1 : 66（按间位 1% 计）

而这一比例与实际产量完全倒挂，令人百思不得其解。

但当偶然看到硝基苯进一步硝化反应的产物比例的时候，我突然发现了和年产量的可能的对应关系。

两段硝化法反应流程

上述反应中，由于硝基的间位定位效应，间二硝基苯成为了主要产物，而各产物的比例为：

邻 : 间 : 对 = 6 : 93 : 1

其趋势和实际产量较为接近，考虑到间位本身也可以作为反应中间体而用于下一步合成中，因此与实际上的 5 : 34 : 1 有所损失也是可能的。

而作为比例较低的 2 种产物，其实际生产比例和反应产率比几乎完全一致。

相对而言，该反应流程可以减少额外的路径，不需要加压和耐腐蚀的氯化车间，同时总步骤也从 4 步减少成 3 步，在生产角度也更加合理。

另外，根据该公司的其他苯胺类化合物，大体也主要依赖硝化-还原的方式引入氨基，而并无其他需要氯化的途径，考虑到总利用率的因素，可能也并没有相应的氯化车间。

最后，在督促整改的问题中，找到了更明确的证据：

2018 年 2 月，在国家安全监管总局办公厅发布的《国家安全监管总局办公厅关于督促整改安全隐患问题的函》中，列出了江苏天嘉宜化工有限公司存在的 13 项安全隐患，具体包括：

1. 主要负责人未经安全知识和管理能力考核合格。

2. 仪表特殊作业人员仅有1人取证，无法满足安全生产工作实际需要。

3. 生产装置操作规程不完善，缺少苯罐区操作规程和工艺技术指标；无巡回检查制度，对巡检没有具体要求。

4. 硝化装置设置联锁后未及时修订、变更操作规程。

5. 部分二硝化釜的 DCS 和 SIS 压力变送器共用一个压力取压点。

6. 构成二级重大危险源的苯罐区、甲醇罐区未设置罐根部紧急切断阀。

7. 部分二硝化釜补充氢管线切断阀走副线，联锁未投用。

8. 机柜间和监控室违规设置在硝化厂房内。

9. 部分岗位安全生产责任制与公司实际生产情况不匹配，如供应科没有对采购产品安全质量提出要求。

10. 现场管理差，跑冒滴漏较多；现场安全警示标识不足，部分安全警示标识模糊不清，现场无风向标。

11. 动火作业管理不规范，如部分安全措施无确认人、可燃气体分析结果填写「不存在、无可燃气体」等。

12. 苯、甲醇装卸现场无防泄漏应急处置措施、充装点距离泵区近，现场洗眼器损坏且无水。

13. 现场询问的操作员工不清楚装置可燃气体 警设置情况和 警后的应急处置措施，硝化车间可燃气体 警仪无现场光 警功能。

二硝化釜，或连续硝化反应器，常常用于多硝基化合物的生产；同时，加氢管线也提示了硝化-还原反应的使用。而另一种产品——二氨基甲苯也说明存在甲苯的多硝化过程。

而两段硝化其实稍微落后于连续硝化流程，其物料消耗严重，三废排放高，因而该公司因为环境评价不合格与违规排放而被处罚也间接印证了这一点。

此外，硝化反应温度越高，反应越快，并能够引入更多的硝基（-NO2），形成多硝基化合物。通过直接硝化法，苯和硝硫混酸加热反应，可以引入 3 个以上的硝基；而甲苯也可以经过连续硝化，得到三硝基甲苯，或者叫 TNT。

事实上，部分多硝基化合物往往还有另外一个重要用途：

炸药。

常见炸药分子结构，可见大量硝基/NO2

因而，我在此做出大胆的假设，以根据目前已知的事实，尽可能还原事故的前因后果：

1. 该公司主要产品间苯二胺占据了绝大多数产能，以苯等为起始原料，通过硝硫混酸的两段硝化法，经由硝基苯生产 3 种二硝基苯异构体，并经过加氢还原得到 3 种苯二胺产品，并进一步用于下游生产过程中；

2. 由于可能的疏漏（曾因为苯等易燃液体的管理疏漏受到处罚），那么不排除电火花等在苯、甲醇等易燃液体的装卸区将液体引燃；或者是电源短路等原因导致局部过热，进而引发火灾，而装卸区与核心区距离过近，导致了火势的蔓延；

3. 泄露的易燃液体不断燃烧，硝化车间等核心生产区域在火灾的影响下开始失控，由于散热系统失灵或者直接受热，反应加剧进行，多硝基副产物开始增加，且可能伴随着小幅度泄漏和燃烧；

4. 最后，罐体烧穿或容器压力过大等原因，最终导致了反应体系的爆燃，甚至是爆炸或爆轰，并可能伴随着现场化学品的殉爆过程，最终酿成惨剧；

5. 而爆炸的起源有可能是硝化反应所产生的敏感硝基化合物等，以及加氢工艺中的 H2，此外占大多数的苯和其他可燃物储罐也可能发生燃烧转爆轰（DDT）或者殉爆。

而在山东的类似事故中：

据调查，发生爆炸的是滨源公司新建的年产 2 万吨改性型胶粘新材料联产项目二胺车间混二硝基苯装置，事故的直接原因是车间负责人违章指挥，安排操作人员违规向地面排放硝化再分离器内含有混二硝基苯的物料，混二硝基苯在硫酸、硝酸以及硝酸分解出的二氧化氮等强氧化剂存在的条件下，自高处排向一楼水泥地面，在冲击力作用下起火燃烧，火焰炙烤附近的硝化机、预洗机等设备，使其中含有二硝基苯的物料温度升高，引发了爆炸。

而简单计算一下三种主要产品年产量，就不会对剧烈爆炸所产生的地震感到惊奇了。

回到流程图中，对于多数氢化反应而言，其反应产率十分接近 100%；而硝基苯/二硝基苯的产率可以通过原料的循环使用而大幅度提高。

简单起见，并保守估计，将上述两步反应的产率均假设为100%计算。

三种产物分子量相同（108.14 g/mol），年产总量为 17000 + 2500 + 500 = 20000 (t)

折合硝基苯年产量不低于：20000 × 123.11/108.14 = 22769 t

折合苯的消耗量：20000 × 78.11/108.14 = 14446 t

（结果等于苯/硝基苯用量最低值，实际考虑到周转问题应有额外储存量，且不计反应产率本身的损失，所有计算结果均为最保守的估计，并不是准确/真实结果）

考虑到每年可能的检修工作，假设车间每年工作不低于 300 天，那么每天都会消耗至少 48 吨的苯，并生产出 75 吨以上的硝基苯，并当天内消耗转化为后续产品。

即使是随生产随消耗，仅仅是这 3 种化工产品，每天也有着几十吨的易燃易爆品在周转之中。

而且，还完全没有计入年产数百吨的对甲苯胺和二氨基甲苯前体——硝基甲苯和二硝基甲苯，甚至举世闻名的副产物 TNT……

(更新于正文：事实上真的生产间二硝基苯（1,3-二硝基苯），而且总产量相当大，但是很多都用来转化成间苯二胺了，所以可能剩余的反倒不多……）

该公司每年生产 30400 吨 1,3-二硝基苯。

那么，每天的生产量很可能不低于 100t，而储量则无法估计……

据此反推，不计任何损耗下，硝基苯年产量不低于 30400 × 100/93 × 123.11/168.11 = 23938 t

根据修正后的地震台网测定结果（2.2）和里氏震级的换算标准，以及天津爆炸事故的实际测定结果，初步估算对地 TNT 当量约为 3 t。

而粗略折合总当量在 56 t 左右 (假设地表情况完全相同，按照天津的450/(21+3)比例换算）。

此外，冲击波超压也有一个经验公式：

事实上，Fermi 当年通过纸片吹走的距离来估算原子弹爆炸当量，也是基于类似的方法，不过应该更加简便，相应地结果会更为粗糙。

一般认为：

是破坏门窗的阈值。那么，可根据视频中门窗破损的程度，并估计爆心距离，来得出其当量的最低值。根据其中一个视频资料，经估算其当量不低于 34 t，但更详细的结果仍然有待进一步调查。

根据评论区补充的 2.5 km 外严重损毁，代入求解大致相当于至少 76.6 t 的当量（仅供参考）。

尾声

其实绝大多数事故的原因，不如说还是人祸。

如果工厂可以按照规定安全生产，或者监管负责人能够尽心尽责，或者……都不至于发生这样的悲剧。

可惜，没有如果。

事实上，作为生产各种爆炸物的兵工厂，由于每个人都可以认识到其危险性，所以近年来反而很少听说出现什么生产事故；

而作为实际上涉及到潜在爆炸物等等危险化学品的生产运输储存，却毫无安全责任的生产厂家们，则屡屡无视生产规定，最后导致了一次次大小灾难。

最后，让我们回忆一下海恩法则：

每一起严重事故的背后，必然有 29 次轻微事故和 300 起未遂先兆以及 1000 起事故隐患。

前事不忘，后事之师。