[发明专利]一种研究危险化学品热反应机理及安全性的方法

说明书

本发明公开了一种研究危险化学品热反应机理及安全性的方法，该方法利用实验与模拟相结合的方式，实现对危险化学品反应机理及安全性的多尺度研究。方法包括分子动力学模拟热反应机理分析、基于热质联用实验的热反应机理分析、热分解动力学研究及密闭燃烧特性分析。本发明对不同的危险化学品有较好的适用性，利用该方法，通过多种研究手段的耦合分析，可以深入了解危险化学品的热反应机理及其安全性，为其安全防护提供参考。

技术领域

本发明涉及研究危险化学品技术领域，具体是一种研究危险化学品热反应机理及安全性的方法。

背景技术

危险化学品常常具有毒性、腐蚀性、可燃性、爆炸性等危险特性，且此类产品具有热敏感性，一旦有外部热刺激作用，发生热量积聚，会引发热敏感物质发生自催化反应，受热传导和动力学的共同作用，进一步发生较为剧烈的放热反应，导致危险事故的发生。危险化学品在生产应用过程中会受到严格的安全性考验，如生产过程中普遍存在高温、高压等苛刻工艺条件，火灾、爆炸事故风险高，储运过程的意外热刺激等均可能引发危险化学品的热分解反应。因此需要针对危险化学品开展热反应机理研究，进行安全性评估，判断危险化学品在热刺激作用下发生危险的可能性、难易性、大小及激烈性，以便更好的采取防控措施。

目前危险化学品的热反应机理及安全性研究方法主要集中在热反应动力学及失控行为分析方面。化学反应系统的反应行为受到许多外界因素的影响，当反应处于参数敏感区域时，参数微小的变化都可能引起强烈的化学反应，进而导致反应失控，因此一些学者根据反应对温度敏感的特点，对危险化学品的热危险性进行研究。差示扫描量热法（DSC）是目前进行危险化学品热反应安全性研究的主要手段之一，利用DSC在动态升温和等温两种模式下对的原料、中间产物和目标产物进行测试，获得相应的热流曲线，基于此分析危险化学品的热分解行为特征，并对热流曲线进行数据处理，获得起始分解温度、比放热量等特征参数，利用无模型法对动态DSC测试结果进行动力学分析，获得样品的活化能（Ea）随转化率的变化曲线。根据等温和动态升温测试获得样品热分解行为特征，进行热分解反应机理分析，建立危险化学品的分解动力学模型。然而，在极端的外界条件下（如高温高压），对危险化学品反应机理的研究因使用环境的复杂性、材料自身快速的反应性而比较困难，特别是实验方面的研究，通过实验手段监测不到皮秒级的化学反应过程。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种研究危险化学品热反应机理及安全性的方法，该方法利用分子动力学模拟、热质联用、热分析、密闭燃烧等手段综合研究危险化学品的热反应机理，旨在解决现有研究中热反应机理研究内容不够深入、研究手段不够全面等问题。

本发明提供的一种研究危险化学品热反应机理及安全性的方法，包括以下步骤：

S1、在分子动力学模拟中确定危险化学品的结构、晶型及分子数量，确定危险化学品的结构模型及外部热刺激条件，通过模拟计算获取基于分子动力学的危险化学品热反应机理；

S2、采用热质联用实验方法进行热反应机理分析，并与分子动力学模拟结果相互印证，基于热分析仪器进行热反应动力学研究，采用密闭燃烧室进行危险化学品的燃烧性能研究，评估危险化学品的热安全性。

优选地，S1中，所述危险化学品热反应机理为不同种类的危险化学品在不同热刺激作用下的响应规律。

优选地，S1中，所述危险化学品为易燃易爆类固态物质，分子动力学模拟计算采用较为稳定的危险化学品结构及晶型，用于模拟的分子数量与所拥有的计算资源匹配，至少为100个。

优选地，S1中，所述分子动力学模拟的软件为lampps，采用的力场为Reaxff力场，结构模型为基于分子数量确定的稳定结构，所述外部热刺激条件为线性升温条件和极端等温条件。

优选地，所述危险化学品热反应机理具体为分子动力学计算过程中不同热刺激作用下反应物、反应产物、体系温度压力、单个原子动能随时间的演化过程。