三聚氰胺聚磷酸酯对乙烯/聚乙烯混合体系爆炸抑制特性的研究

为解决工业中乙烯(C2H4)/聚乙烯(PE)混合体系爆炸风险高、抑制难度大的问题，研究人员通过20 L爆炸球装置系统研究了MPP（三聚氰胺聚磷酸酯）的抑制性能。结果表明，70 wt% MPP可使混合体系最大爆炸压力(Pmax)和火焰传播速度分别降低11.19%和37.74%，其通过“HOPO?PO2”循环消耗自由基实现化学抑制，为工业安全提供了理论依据和技术方案。

　　

在石油化工领域，聚乙烯(PE)和乙烯(C₂H₄)是生产过程中不可或缺的物质，但两者共存时易形成高风险的气固混合爆炸体系。尤其在高浓度C₂H₄环境下，传统抑爆剂效果显著下降，亟需开发高效抑制方案。为此，国内研究团队在《Fuel》发表研究，首次系统评估了三聚氰胺聚磷酸酯(MPP)对C₂H₄/PE混合爆炸的抑制机制。

研究采用20 L球形爆炸装置模拟工业场景，结合CHEMKIN化学动力学模拟，从宏观爆炸参数到微观反应路径展开多尺度分析。实验选用300 g/m³ PE粉尘与3%-9% C₂H₄混合，通过激光粒度仪(Mastersizer-3000)表征颗粒特性，热重-红外联用(TG-FTIR)分析产物组成。

爆炸特性分析
当C₂H₄浓度达7%（接近化学计量比）时，混合体系爆炸强度最高，P_max比纯PE粉尘提升42%。C₂H₄加速PE热解产生大量H/OH自由基，导致爆炸产物颗粒出现多孔裂纹结构。

MPP抑制效果
添加70 wt% MPP后：

• 物理抑制：MPP分解吸热并释放N₂稀释氧气
• 化学抑制：PO₂自由基通过“HOPO?PO₂”循环链式消耗H/OH，使反应焓降低28.5%
• 协同效应：形成的磷氧化物焦炭层隔绝氧气

反应动力学
CHEMKIN模拟显示，MPP使关键自由基OH浓度下降37%，但C₂H₄的存在使抑制难度较纯PE体系增加2.3倍，因其改变了反应路径生成更多CH₃活性中间体。

该研究首次阐明MPP在C₂H₄/PE体系中的“物理-化学”协同抑爆机制，为化工过程安全设计提供了量化依据。团队指出，未来需开发针对C₂H₄特性的复合抑爆剂以突破现有技术瓶颈。