Warum kommt es trotz Umrüstungen von Batch- auf kontinuierliche Prozesse immer noch zu Zwischenfällen? Versteckte Risikolücken bei der Modernisierung von Hochrisikoprozessen

Das Verwaltungsbüro der Alxa-Liga in der Inneren Mongolei veröffentlichte kürzlich den offiziellen Untersuchungsbericht zum schweren Explosionsunfall vom 19. März bei Inner Mongolia Liyuan Technology Co., Ltd. Das Unternehmen hatte seine Produktionslinie für 3,5-Dinitrobenzoesäure von Batch-Reaktoren auf Rohrreaktoren für den kontinuierlichen Durchfluss umgestellt. Dabei versäumte es jedoch, eine umfassende Risikoanalyse der Nebenprodukte durchzuführen und ein robustes Management während der gesamten Umstellungsphase zu gewährleisten – was letztendlich zu dem katastrophalen Unfall führte.

Die Untersuchung ergab weiterhin, dass die Explosion nicht von der neu installierten Rohrreaktoranlage, sondern von älteren Batch-Reaktoren und Zwischenlagerbehältern ausging, die während der Modernisierung beibehalten worden waren. Feststoffe mit hochenergetischen Polynitrophenolverbindungen verlieren in sauren Umgebungen ihre Stabilität. Die Entzündung erfolgte durch Reibung und Aufprall, wobei sich die Flammen durch die Rohrleitungen ausbreiteten und die thermische Zersetzung und Detonation der Schüttgüter auslösten.

Unternehmen konzentrieren sich häufig ausschließlich auf den mechanischen Übergang von Chargenkesseln zu Rohrreaktoren und vernachlässigen dabei wichtige Aspekte bei der Verwaltung und Entsorgung veralteter Anlagen. Gelingt es nicht, durch die Umstellung auf kontinuierliche Prozessführung ein geschlossenes Risikomanagement über alle Phasen des gesamten Produktionsprozesses hinweg zu implementieren, bleiben Sicherheitsverbesserungen zwangsläufig mit ungelösten Schwachstellen verbunden.

Jede Anpassung eines Produktionsprozesses, der Reaktionsbedingungen oder der Anlagenkonfiguration – sei es die Umstellung von Batch- auf kontinuierliche Produktion oder die Optimierung bestehender Anlagen – gilt als Prozessänderung. Solche Modifikationen verändern zentrale Variablen wie Prozessparameter, Wärme- und Stoffaustausch, Aggregatzustände der Materialien und die Steuerungslogik. Die entsprechende Risikobewertung und die technische Validierung müssen bei jeder Änderung umgehend aktualisiert werden.

Die kontinuierliche Durchflusstechnologie hat sich in den letzten Jahren in der pharmazeutischen und feinchemischen Produktion stark etabliert und zahlreiche Hersteller dazu veranlasst, ihre Produktion kontinuierlich zu modernisieren. Dieser Übergang erfordert jedoch mehr als nur den Austausch von Hardware; er bedarf grundlegender Überarbeitungen der Prozessorganisation und der technischen Ausführungsprotokolle. Ein stabiler, langfristiger Industriebetrieb hängt von einer sorgfältigen Vorab-Datenerfassung und einer präzisen technischen Planung ab – zwei entscheidende Phasen, deren Bedeutung bei der Projektabwicklung häufig unterschätzt wird.

Die mangelnde Abstimmung zwischen Prozessforschung und -entwicklung sowie Konstruktionsplanung birgt erhebliche Gefahren.

Die Industrialisierung von kontinuierlichen Durchflussverfahren folgt einem standardisierten Stufenplan: Bewertung der technischen Machbarkeit, Entwicklung von Prozessen im Labormaßstab, Validierung der Pilotanlage, industrielle Konstruktion, Anlagenbau, Inbetriebnahme vor Ort und Anlauf.

Dieser phasenweise, iterative Entwicklungsrahmen ist für alle chemischen Hochrisikoprozesse unerlässlich. Randbedingungsprüfungen, die Festlegung kritischer Prozessparameter, die Überprüfung der Wiederholbarkeit und Berechnungen der Wärmefreisetzung im industriellen Maßstab bestimmen direkt die Prozessstabilität sowie die Dimensionierung der nachgelagerten Anlagen und die Architektur der Sicherheitssteuerung. Sobald die Bauarbeiten im industriellen Maßstab beginnen, ist die Flexibilität vor Ort zur Anpassung des Kerndesigns äußerst begrenzt. Je robuster die Vorabtests und die Datenvalidierung sind, desto reibungsloser verläuft die technische Umsetzung.

Die im Rahmen der technischen Bewertung gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage für die Auswahl der Kernprozessroute; die im Labormaßstab generierten Datensätze bilden die Basis für die industrielle Konstruktion; die finalisierten Konstruktionszeichnungen fließen in die Anlagenfertigung, die Systemintegration und die Feldoptimierung ein. Die Daten werden in jeder Phase iterativ verfeinert, um validierte Benchmarks für die nachfolgenden Projektphasen zu liefern.

Alle grundlegenden technischen Arbeiten müssen vor der Gerätefertigung abgeschlossen sein.

Geleitet von dieser strengen technischen Logik initiiert Shenshi Microfluidics alle Projekte im Bereich der kontinuierlichen Durchflusstechnologie mit drei zentralen Bewertungskriterien: technische Machbarkeit der Sicherheitsverbesserung, Wirtschaftlichkeitsanalyse der Investitionskosten und Kompatibilitätsprüfung zwischen der Durchflusstechnologie und dem angestrebten Syntheseweg. Dieses Rahmenwerk ermöglicht es Kunden, die technische Machbarkeit und die gesamte Kostenstruktur bereits in der frühesten Projektphase zu klären.

Mit Beginn der Prozessentwicklung im Labormaßstab laufen Laborvalidierung und Vorbereitung der industriellen Auslegung parallel ab. Die Teams führen gleichzeitig Machbarkeitsstudien, Untersuchungen zu extremen Betriebsgrenzen und die Optimierung kritischer Parameter durch und erstellen begleitende technische Analysen: Quantifizierung wichtiger Parameter, Modellierung des Strömungswiderstands und des Wärmeaustauschs im industriellen Maßstab sowie Dimensionierung und Auswahl des Reaktors. Dieser synchronisierte Arbeitsablauf beseitigt Datenlücken zwischen experimentellen Laborergebnissen und den technischen Planungen für den industriellen Maßstab.

Sobald die Prozessentwicklung und die Designvalidierung vollständig abgeschlossen sind, beginnen die Anlagenfertigung und -lieferung. Alle Einheiten sind in vormontierte, auf Rahmen montierte Module integriert, um Lieferung, Installation und Inbetriebnahme vor Ort zu vereinfachen. Professionelle Technikerteams überwachen die Testmaterialzufuhr, die Produktionsinbetriebnahme und die standardisierte Bedienerschulung und gewährleisten so eine reibungslose Übergabe von der Anlagenlieferung bis zum stabilen kommerziellen Betrieb. Die Projektabwicklung dauert in der Regel vier bis acht Monate.