Hoe je een chemische fabriek niet moet ontwerpen

Procestechnologisch onbenul was de belangrijkste oorzaak van een explosie die op 19 december 2007 een chemische fabriek in Jacksonville, Florida, van de kaart veegde en vier werknemers het leven kostte. Dat concludeert de Chemical Safety & Hazard Investigation Board (CSB) in een rijk geïllustreerd rapport dat zich laat lezen als een horror-story.

De belangrijkste aanbeveling in het rapport is om ‘reactive hazard awareness’ te verheffen tot verplicht vak in de bachelorfase van de opleiding tot chemisch technoloog. Want kennelijk is dat hard nodig.

T2 Laboratories was een piepklein bedrijfje met 12 werknemers. In 1998 werd het benaderd door een klant met het verzoek om het benzine-additief methylcyclopentadienyl-mangaantricarbonyl (MCMT) te gaan produceen. Een van de eigenaars, een chemicus met 20 jaar ervaring, ontwikkelde daarop een eigen MCMT-recept aan de hand van verlopen octrooien. Het bestond uit drie reactiestappen die in één en dezelfde reactor konden worden uitgevoerd.

Na een reeks proeven in het lab, in een éénliterkolf, knutselde T2 een fabriek in elkaar uit tweedehands procesapparatuur, waaronder een reactorvat van van 10.000 liter. Begin 2004 was hij klaar en na een aantal mislukte pogingen lukte het inderdaad om een bruikbare kwaliteit MCMT in handen te krijgen.

Helaas, zo blijkt uit het rapport, deugde er iets niet aan het proces. De eerste stap hield in dat de reactor werd gevuld met methylcyclopentadieendimeer (MCPD) verdund met diethyleenglycoldimethylether (diglyme). Vervolgens werden blokken metallisch natrium door een vulgat naar binnen gekieperd. Het gat werd gesloten en de verwarming aangezet. Bij ongeveer 150 graden Celsius moest dan MCPD met het inmiddels gesmolten natrium gaan reageren tot natriummethylcyclopentadieen en waterstof. Die reactie is enigszins exotherm, dus werd de reactor met water gekoeld zodra de temperatuur boven de 182 graden kwam.

Wat de chemicus over het hoofd had gezien, is dat natrium ook met diglyme kan reageren. Dat gebeurt zodra de temperatuur boven de 199 graden komt. En bij die reactie komt veel meer warmte vrij.

De marge tussen de werktemperatuur en de temperatuur waarbij het misging, was dus angstig klein. ‘A black-bordered invitation to disaster’, zo noemt columnist Derek Lowe het op zijn website ‘In the Pipeline’. Tijdens de labtests kwam het niet aan het licht omdat het eenliterkolfje nooit de kans kreeg om zo heet te worden. En in octrooien worden dit soort details ook zelden vermeld, zo concludeert het rapport droogjes.

Bij de eerste batches was het al een paar keer bijna misgegaan zonder dat de initiatiefnemers enig idee hadden van wat er aan de hand was. Maar het ging pas echt goed fout toen er bij de 175e batch iets mis bleek te zijn met de koeling. Een backup-koelsysteem was er niet en de drukontlasting van de reactor bleek te krap bemeten. Kortom: de reactie sloeg op hol.

Had het personeel van de nevenreactie met diglyme geweten, dan hadden ze wellicht nog net op tijd kunnen vluchten. Maar ze merkten het pas toen de reactor uit elkaar vloog met een kracht die equivalent was aan een kleine 700 kilo TNT. De plantmanager en drie medewerkers waren op slag dood; 32 mensen in de directe omgeving raakten gewond. Brokstukken werden tot op anderhalve kilometer in de omtrek teruggevonden. Zelfs het loodzware deksel van het vat en de as van de roerder werden meer dan 100 meter weggeslingerd.

De verantwoordelijke chemicus kreeg van schrik een hartaanval, maar overleefde het. De kans lijkt tamelijk groot dat hij eindigt in de gevangenis.

bron: C&EN, In the Pipeline