Turvallisuus prosessien suunnittelussa ja käyttöönotossa

Transkriptio

1 Turvallisuus prosessien suunnittelussa ja käyttöönotossa Moduuli 1 Turvallisuus prosessin valinnassa ja skaalauksessa 1. Luonnon aiheesta yleistä 2. Vaihtoehtoja koskeva lähdeaineisto 1 3 Moduuli 1: Turvallisuus prosessin valinnassa ja skaalauksessa Optimoitavan valmistusreitin valinta Luento 2 Ideasta laboratorioon Teoreettinen toteutusmahdollisuus Testauspalvelut Idea Tutkimus paperilla Vaarojen alustava arviointi Räjähdys, tulipalo, myrkyllisyys, ympäristö, lämpö, reaktiivisuus, radioaktiivisuus, korroosio, fysiokemialliset ominaisuudet Konservatiiviset turvallisuusvaatimukset Laboratoriokokeet Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet Kirjallisuus 2 Lähde: Prugh, R.W. Chem. Eng. Prog., vol. 63, s 49. (1967) 4

2 Prosessin kehittämisestä Valintavelvollisuus Työskennellessäni teollisuudessa tutkijakollegani valittivat joskus ulkoisten turvallisuuspiirteiden korkeaa hintaa. He antoivat ymmärtää, että vaatimalla niin paljon turvallisuuslaitteita tein heidän suunnitelmistaan epätaloudellisia. Vastasin, että turvallisuuslaitteet olivat välttämättömiä, koska he olivat kehittäneet niin huonoja prosesseja - siis huonoja muutenkin kuin turvallisuuden kannalta.... Jos tutkijat keksisivät parempia prosesseja, ei olisi tarvetta lisätä niin paljon turvalaitteita.» Prof. Trevor Kletz 5 Kemikaalilain valintavelvollisuusperiaatetta sovellettaessa otetaan riskinarvioinnin ohella huomioon taloudelliset ja tekniset mahdollisuudet valita tarjolla olevista vaihtoehdoista sopivin (ALARP-periaate). Valintavelvollisuuden soveltaminen käytäntöön on ennen kaikkea kemikaalin käyttäjän harkinnan ja toiminnan varassa. Valintavelvollisuus sisältyy YK:n vuonna 1992 hyväksymän toimintaohjelman Agenda 21:n periaatteisiin. 7 Prosessi on muutakin kuin kemiaa ALARP-periaate Jotta riittävä turvallisuustaso saavutettaisiin, on T&K-kemistinkin tutustuttava - synteesikemian lisäksi - siihen järjestelmään, jota tämän kemian ympärille tullaan luomaan tai jonka yhteyteen se viedään. Riittävän kattavan näkemyksen luomiseksi kemistillä on alusta lähtien oltava tukenaan eri tahoja edustavien henkilöiden ryhmä, johon voi kuulua esim. suunnittelu-, turvallisuus- ja ympäristönsuojeluhenkilöstöä. Todennäköisyys kasvaa Laajasti hyväksytyt riskit Sietämättömät riskit ALARP-alue Seuraukset kasvavat 6 8

3 Luontaisesti turvallisemmat prosessit Tavoiteltavin tapa poistaa vaaroja tai pienentää riskiä on muuttaa aineita, kemiaa tai prosessimuuttujia niin, että pienempi vaara on uusille olosuhteille ominaista. Prosessia, jonka vaaraa henkilöille ja ympäristölle on pienennetty, voidaan nimittää luontaisesti turvallisemmaksi prosessiksi. Käytetyssä terminologiassa tunnustetaan, ettei ole olemassa riskitöntä kemiallista prosessia. Sen sijaan kaikki prosessit voidaan tehdä turvallisemmiksi. 9 Intensification Substitution Attenuation Simplification Kletzin periaatteet Vaarallisten kemikaalien määriä vähennetään. Vaaralliset kemikaalit korvataan vähemmän vaarallisilla. Sinänsä vaarallista kemikaalia käytetään vaarattomammassa muodossa. Pyritään mahdollisimman selkeisiin ja yksinkertaisiin ratkaisuihin. 11 Luontaisen turvallisuuden periaatteet Kletzin periaatteiden soveltaminen kemikaaleihin Luontainen turvallisuus on periaatteeltaan yksinkertainen ajattelutapa. Alan guru professori Trevor Kletz on kiteyttänyt periaatteen yhteen lauseeseen: "What you don t have, can t leak." Kletzin mukaan luontaisesti turvallisempiin ratkaisuihin päästään soveltamalla neljää pääperiaatetta (myöhemmin on ehdotettu muutamaa muutakin periaatetta). 10 raaka-aineet tuotteet sivutuotteet reaktioseokset jätteet häiriössä syntyvät yhdisteet Neste Kaasu Olomuoto valmisteet pesuliuokset huurut savusumu öljysumu dispersiot emulsiot jne. Kiinteä 12

4 Prosessitiedon käyttö arvioinnissa 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Vaihtoehtoja koskeva lähdeaineisto Arviot valmistusreittivaihtoehtojen turvallisuudesta riippuvat usein siitä, miten hyvin projektitiimi onnistuu ottamaan huomioon niihin liittyvät monet epävarmuustekijät. Tietolähteestä riippuen pitää esim. prosessin saantoa/ jätemääriä/ kierrätettävää kemikaalimäärää joko vähentää tai nostaa vertailukelpoisen lähtötilanteen aikaansaamiseksi Arviointikriteereitä valmistusreittiä valittaessa Valmistusreittivaihtoehtojen määrittely Turvallisuuden kannalta on arvioitava mm.: olemassa olevan tiedon tasoa puuttuvan tiedon merkitystä käsiteltäviä kemikaaleja olosuhteita (mm. paine, lämpötila, korroosio) kemiallisia reaktioita (mm. kaasunmuodostus, nopeus) laitevaatimuksia jätteiden ja jätevesien käsittelyä lainsäädännön asettamia rajoituksia yrityksen itselleen asettamia ehtoja. 14 Eri valmistusreittivaihtoehtoihin liittyvän vaarojen arvioinnin tuloksena saatava turvallisuustaso riippuu tarkasteltavan tiedon tasosta. Prosessivaihtoehdot pitää määritellä riittävän yksityiskohtaisesti. Prosessi voidaan määritellä neljällä tasolla: prosessi kuten se on dokumentoitu prosessi tuotannon normaaleilla vaihteluilla prosessi geneerisillä häiriöillä prosessi kaikilla potentiaalisilla häiriöillä. 16

5 Tiedon taso eri lähteissä Tieteelliset artikkelit: Yleensä valmistusreitti on optimoitu laboratorioon sopivaksi. Patentit: Valmistusreitin kemia voi olla hyvin kuvattu, mutta jokin tärkeä asia on jätetty pois tarkoituksella. Laboratoriokokeet: Omat laboratoriokokeet ovat hyvä tietolähde, mutta vievät paljon aikaa ja rahaa. Lisensoitava prosessi: Tieto on yleensä hyvää tasoa, mutta hinta on usein korkea. Oma teollinen prosessi: Omasta vanhasta prosessista voi ottaa opiksi. 17 Viimeaikaisia onnettomuuksia Internetistä löytyy muutama ilmainen onnettomuustietopankki, josta löytyy lyhyitä kuvauksia viimeaikaisia onnettomuuksista. Esimerkiksi: U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Boardin (CSB) alainen Chemical Incident Reports Centerin (CIRC) tietopankki: tamperelaisen ility Engineeringin ylläpitämä tietopankki: 19 Onnettomuustiedon käyttö arvioinnissa Laitostiedon käyttö arvioinnissa Käytettäviin kemikaaleihin liittyvä onnettomuustieto Käytettävään kemiaan liittyvä onnettomuustieto Käytettäviin laitteisiin liittyvä onnettomuustieto Tehdas, johon prosessi sijoitetaan, vaikuttaa valmistusreitin valintaan: tunnetut aineet / uudet kemikaalit tunnettu kemia / uusi kemia sopivat laitteet sopiva infrastruktuuri (esim. typpi, korkeapainehöyry, jätevedenpuhdistamo) tehtaan sijainnin aiheuttamat rajoitukset muut prosessit tehtaassa

6 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Vaihtoehtoja koskeva lähdeaineisto 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Vaihtoehtoja koskeva lähdeaineisto Tiedot raaka-aineista Välituotteet Mitkä aineet ostetaan, mitkä tuotetaan itse? Kuljetusmahdollisuuksia selvitettävä. Kaupallisille aineille käyttöturvallisuustiedotteet (KTT) ovat olemassa. Uusille aineille on KTT:t laadittava ennen aineen käyttöönottoa tehtaalla. Teollisuusmittakaavassa ostettavat aineet saattavat laadultaan poiketa laboratoriossa käytetyistä uusia riskejä. Turvallinen lopputuote ei välttämättä tarkoita, että välituotteet ja sivutuotteet ovat turvallisia. Eristettävät välituotteet: Useimmat yritykset katsovat, että käyttöturvallisuustiedotteet on näistä välituotteista oltava olemassa tuotantoa aloitettaessa. Seoksessa olevat välituotteet: Yleensä näistä ei laadita käyttöturvallisuustiedotteita, joskin sellaiset olisi hyvä olla

7 Tietoja sivutuotteista ja jätteistä 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Vaihtoehtoja koskeva lähdeaineisto Sivutuotteista löytyy yleensä heikosti turvallisuustietoa. Tieto on yleensä hankittava itse. Epästabiileiksi tiedettyjä funktionaalisia ryhmiä ovat mm.: -O 2 -, -O-X, -NO 2, -NO, =NO 2 -, -ONO 2, -ONO- =N 2, -N 2 -, -N 3, =N 3 -, -N 2 - X +, =N-X, -NF 2, -NS= 25 -C C-, -C C- O 27 Sivutuotteista ja jätteistä Sivutuotteita tai jätteitä ovat mm. normaalisti syntyvät sivutuotteet / jätteet häiriön yhteydessä syntyvät yhdisteet pitkällisen varastoinnin aikana syntyvät hajoamistuotteet kierrätyksessä kertyvät sivutuotteet pinnoille kertyvät sivutuotteet. 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Vaihtoehtoja koskeva lähdeaineisto 26 28

8 Vaarallisia reaktioita Räjähdyksenomaiset reaktiot. Perussyitä reaktion hallinnan menettämiselle Lähde 1: Lähde 2: Reaktiot, jotka aiheuttavat tulipaloja (itsesyttyminen). Eksotermiset reaktiot, eli reaktiot, joissa vapautuu energiaa. Reaktiot, joissa voi muodostua (palavia tai myrkyllisiä) kaasuja. Huom! Sekä toivotut että ei-toivotut reaktiot. 29 Inhimilliset virheet Puutteelliset tiedot kemiasta Energialähteen menetys Reagenssien väärä lisäysjärjestys Reagenssien väärä sekoittaminen Epäpuhtaudet jne. Reagenssien väärä panostus Reaktiokemian / termokemian puutteellinen selvittäminen Lämpötilan puutteellinen hallinta Riittämätön kunnossapito Epäpuhtaat raakaaineet Inhimilliset virheet jne. 31 Ongelmia reaktioiden kanssa... Reaktion normaali lämmöntuotto ylitti reaktorin jäähdytystehon. Lämpöä tuottaviksi (ekso( ekso- termisiksi) tiedettyjä reaktioita Reaktioseoksessa tapahtui hajoamista. Muodostui epästabiileja sivutuotteita. Aminointi Nitraus Hapetusreaktio nitrauksen sijaan. Halogenointi Polymerointi Liian matala lämpötila - reagenssit akkumuloituivat ja reagoivat sitten. Laitteiston materiaali katalysoi reaktion. Hapetus Hydraus Sulfonointi Tuote kaasuuntui

9 Hidasko reaktio turvallisin? Robusti prosessi Luontaisesti turvallisin prosessivaihtoehto ei välttämättä ole hidas, vaan monesti suhteellisen nopea. Nopea reaktio: vähentää raaka-aineiden akkumuloitumista ja sivutuotteiden muodostumista, lyhentää läpimenoaikoja ja sitä kautta tehtaalla ja varastoissa olevia kemikaalimääriä, jne. On luontaisesti turvallisempaa kehittää prosessi, jonka turvallinen toiminta-alue on laaja ja joka on vähemmän herkkä kriittisten, turvallisuuteen vaikuttavien parametrien suhteen. Tällaisesta prosessista voidaan käyttää nimeä anteeksiantava tai robusti. Turvallisten toiminta-alueiden rajojen määritteleminen edellyttää tutkittavan prosessin syvällistä ymmärtämistä Valinnanmahdollisuuksia... Lämmönsiirto Katalyytin käyttö Entsyymeihin perustuva kemia tai biosynteesi Reagenssien immobilisointi Lämmön tuotto Terminen riistäytyminen Helpommin tai huonommin haihtuva liuotin Reagenssien laimentaminen Poistettu lämpö Tuotettu lämpö Reaktiot vesifaasissa eikä vaarallisissa liuottimissa Vaarallisten yksikköoperaatioiden eliminointi jne. 34 Lämpötila 36

10 Tekijänoikeudet Tämä aineisto on kaikkien vapaasti käytettävissä opetustarkoituksiin.tekijät toivovat materiaalia käytettäessä noudatettavan hyvää viittaustapaa. Jos materiaaliin tehdään muutoksia, ei ole suotavaa käyttää ALARP-logoa. Aineistossa esitetyt tulkinnat ovat tekijöiden omia näkemyksiä, ellei toisin ole mainittu. Tekijät eivät vastaa aineiston käytöstä mahdollisesti aiheutuvista vahingoista. Palaute Otamme mielellämme vastaan palautetta tästä materiaalista. Kysymyksiin vastaavat Anna-Mari Heikkilä ja Yngve Malmén. VTT Tuotteet ja tuotanto, Tampere Kiitos! 37