DE19959834C1 - Verfahren und Einrichtung zur Notkühlung und Druckentlastung einer Anlage für exotherme Prozesse - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Notkühlung und Druckentlastung einer Anlage für exotherme Prozesse

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Einrichtung, welche die Notkühlung und Druckentlastung einer Anlage für exotherme Prozesse mittels eines Kühlmittelvorrates ermöglichen, ohne externe Meß- und Steuermittel bzw. Fremdenergie zum Betätigen von Armaturen und zum Antrieb des Kühlmittels zu benötigen. DOLLAR A Dazu wird der Druckaufbau. der mit der exothermen Reaktion untrennbar verbunden ist und entweder aufgrund der Bildung gasförmiger Reaktionsprodukte oder dem mindestens teilweisen Verdampfen des Inhalts der Anlage oder beidem erfolgt, zum Antrieb der Notkühlung benutzt. Ein Ausführungsbeispiel wird in Fig. 1 gezeigt. Darin bezeichnet "1" den Reaktor, "2" die Berstscheiben, "3" den Kühlmittel-Vorratsbehälter, "4" den Wärmetauscher und "5" den Kühlmittelauslaß. Bei Druckaufbau öffnen die Berstscheiben und der Druck treibt den Kühlmittelvorrat durch den Wärmetauscher, wobei der Reaktorinhalt abgekühlt wird und die Reaktion zum Erliegen kommen kann. Gleichzeitig kommt es auch zu einer Vergrößerung des Volumens zur Aufnahme der gasförmigen Substanzen und somit zu einer mindestens teilweisen Druckentlastung. Vorteile der Erfindung sind: DOLLAR A È Weitgehend passive Auslösung der Sicherheitseinrichtung sowie Durchführung der Sicherheitsmaßnahme und damit höhere Zuverlässigkeit. DOLLAR A È Die negativen Auswirkungen des Durchgehens selbst werden zur Beherrschung der Reaktion genutzt; die Kühlwirkung nimmt dabei im allgemeinen mit steigendem Druck zu. DOLLAR A È Frühzeitiges Ansprechen ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtung zur Notkühlung und Druckentlastung einer Anlage für exotherme Prozesse. Bei einer auf die jeweils ablaufende Reaktion abgestimmten Dimensionierung der Einrichtung ist mit der Erfindung ein passives Sicherheitssystem realisierbar, welches das Risiko eines unerwünschten Druck- und Temperaturaufbaus in der Anlage erheblich reduziert.
Die Erfindung ist bei Bedarf oder Notwendigkeit auch gemeinsam mit herkömmlichen Sicherheitseinrichtungen verwendbar, beispielsweise mit bekannten Druckentlastungsein­ richtungen.
Unter einer Anlage für exotherme Prozesse sollen nachfolgend Einrichtungen für die Produktion, Lagerung oder Transport von Stoffen verstanden werden, bei denen exotherme Prozesse auftreten und einen unerwünschten Druckaufbau hervorrufen können.
Die Beherrschung exothermer Reaktionen ist eines der wichtigsten Sicherheitsprobleme der chemischen Reaktionstechnik; denn diese Reaktionen können beispielsweise bei Ausfall der Wärmeabfuhr oder der Rührung durchgehen, d. h. es kann zur thermischen Explosion kommen. Der Anstieg der Reaktionsrate und damit der Wärmeerzeugung folgt dabei bei einer Großzahl von Reaktionen dem Gesetz von Arrhenius, d. h. sie steigt exponentiell mit steigender Temperatur. Demgegenüber erhöht sich die Wärmeabfuhr lediglich linear mit steigender Temperatur.
Um die Folgen eines möglichen Durchgehens exothermer Reaktionen zu begrenzen, werden die entsprechenden Reaktoren üblicherweise mit Systemen ausgerüstet, welche
  • - die schnelle Injektion eines Reaktionsstoppers,
  • - die schnelle Zugabe einer kompatiblen Flüssigkeit und/oder
  • - das schnelle Ablassen des Reaktorinhaltes in ein Becken mit Vorlage, wodurch die Reaktion gestoppt wird,
ermöglichen (Center for Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineers: Guidelines for Chemical Reactivity Evaluation and Application to Process Design, New York 1995).
Die genannten Maßnahmen sind aktive Sicherheitsmaßnahmen, d. h. sie werden durch eine Reihe von Komponenten verwirklicht, die in Betrieb gehen müssen. Dies gilt sowohl für die Ebene der Anregung (z. B. Wächter für Temperatur, Temperaturgradienten, Beschleunigung des Temperaturanstiegs oder Druck) als auch für die Ausführung (Ventile, Pumpen). Nachteile der genannten Maßnahmen bestehen u. a.
  • - im Verlust des Produktes und nachfolgender Betriebsunterbrechung,
  • - in der Funktion lediglich bei Funktionieren der aktiven Elemente (Temperatur- oder Druck­ wächter, Ventile, Pumpe etc.),
  • - in größeren Verzögerungen bis zum Ansprechen; bei lokaler Auslösung der Durchgeh­ reaktion (z. B. im Falle des Rührerversagens) würde zumindest die Temperaturmessung den Störfall gar nicht oder entschieden zu spät bemerken.
Darüber hinaus nutzt man die Druckentlastung, die mit nur einem Element (Berstscheibe oder Entlastungsventil) auskommen kann; sie ist nahezu passiv und damit relativ zuverlässig, führt aber auch zum zumindest teilweisen Verlust des Produktes.
Bei der Einspritzung eines Reaktionsstoppers läßt sich die Pumpe einsparen, wenn man ihn durch ein Druckploster aus einem Druckgasspeicher einspeist (Schimetzek, R.: Erhöhung der Prozeßsicherheit durch gasinduziertes Einmischen von Reaktionsstoppern, in: Chemische Reaktionen - Erkennung und Beherrschung sicherheitstechnisch relevanter Zustände und Abläufe, Praxis der Sicherheitstechnik, Vol. 4, DECHEMA, Frankfurt a. M. 1997). Allerdings muß das Druckpolster zuverlässig vorgehalten werden.
Derartige Systeme zur Notabstoppung für chemische Reaktoren auf der Basis der Einspeisung von Notabstoppmitteln wie Kühlmitteln und/oder Reaktionsstoppern, speziell Inhibierungs­ mitteln, sind auch aus der Patentliteratur bekannt. So enthält eine Notabstoppvorrichtung gemäß der DE 297 23 396 U1 einen Vorlagebehälter für das Notabstoppmittel, ein Energiereservoir, z. B. einen Druckgasspeicher, zum Einbringen des Notabstoppmittels in den Reaktor und ein Auslösesystem. Die Verbindungsleitung zwischen dem Vorlagebehälter und dem Energiereservoir weist eine Absperreinrichtung auf. Die Verbindungsleitung zwischen dem Vorlagebehälter und dem Reaktor weist einen Längenabschnitt auf, der zum Vorlagebehälter ebenfalls mittels einer Absperreinrichtung und zum Reaktor durch wenigstens eine Berstscheibe abgedichtet ist. Dieser Längenabschnitt ist im Normalbetriebszustand des Reaktors vorzugsweise drucklos, um problemlos den Inhalt des Vorlagebehälters sowie den Reaktorinhalt wechseln zu können. Wird durch Meßeinrichtungen ein Gefahrenzustand signalisiert, so werden die in den genannten Verbindungsleitungen vor und hinter dem Vorlagebehälter angeordneten Absperreinrichtungen geöffnet. Dadurch wird das Notabstoppmittel mit dem vom Energiereservoir erzeugten Druck beaufschlagt, zerstört die Berstscheibe und tritt in den Reaktor ein. Im Idealfall ist die Funktionsfähigkeit des Systems auch bei totalem Energieausfall gewährleistet, da auch die Energie zur Auslösung und Betätigung der Absperreinrichtungen aus dem Energiereservoir entnehmbar ist.
Neben der Funktion als chemisches Reaktionsabstoppsystem ist die Lösung gemäß der DE 297 23 396 U1 auch zur direkten Notkühlung eines Reaktionsgemisches einsetzbar, wenn der Vorlagebehälter eine geeignete Kühlflüssigkeit enthält.
Nachteile dieser Lösung bestehen darin, daß auf jeden Fall sichergestellt sein muß, daß der Vorlagebehälter gefüllt ist (wiederkehrende Prüfung) und die MSR-Einrichtungen zur Anregung des Systems funktionieren. Auf der Anregungsebene ist keine passive Sicherheitsfunktion realisiert. Darüber hinaus muß der Reaktorinhalt nach dem Reaktionsstop verworfen werden; längere Betriebsunterbrechungen sind nicht auszuschließen.
Im Rahmen der Notkühlung kerntechnischer Anlagen ist es auch bekannt, daß Kühlmittel unter einem vorgegebenen Druck in einem Druckbehälter gespeichert oder der Druckaufbau im Kühlmittel-Speicherbehälter mittels pyrotechnischer Ladungen erzeugt wird (z. B. EP 476563 A2, DE 198 12 114 C1). Weiterhin ist es aus der US 5943869 bekannt, Reaktoren für exotherme Prozesse mittels Tieftemperatur-Kühlung zu betreiben. Jedoch beinhalten auch diese Lösungen aktive Komponenten, deren Ausfall zur Funktionsunfähigkeit des Notkühlsystems führt.
Es sind jedoch auch Lösungen bekannt, die auf dem Konzept einer passiven Auslösung der Sicherheitseinrichtung beruhen und damit wenig störanfällig sind. So ist aus der EP 274399 A2 ein Notkühlsystem für Reaktoren für exotherme Prozesse bekannt. Das Notkühlsystem besteht aus einer Anzahl im Reaktor angeordneter geschlossener Wärmeübertragerröhren, die mit einer Wärmeübertragerflüssigkeit gefüllt sind. Die Röhren sind über Verbindungsleitungen mit einem Reservoir für die Wärmeübertragerflüssigkeit verbunden. Berstscheiben in den Verbindungs­ leitungen sperren jedoch im Normalbetriebszustand des Reaktors die Wärmeübertragerröhren druckdicht ab. Bei Überhitzung des Reaktors verdampft die Wärmeübertragerflüssigkeit in den Wärmeübertragerröhren, und der entstehende Innendruck löst die Berstscheiben aus. Damit kann kühle Wärmeübertragerflüssigkeit aus dem Reservoir für die Wärmeübertragerflüssigkeit in die Wärmeübertragerröhren zurückströmen.
Nachteil dabei ist, daß es schwierig wird, geeignete Kühlmittel zu finden, deren Siedepunkt weit genug von der Betriebstemperatur entfernt ist, um betriebliche Schwankungen ohne Anregung der Notkühlung zu erlauben. Andererseits darf er nicht zu weit liegen, damit die Energie­ erzeugung, die ja mit steigender Temperatur ansteigt, nicht zu groß wird. Ohnehin wird die Reaktionstemperatur oberhalb der Siedetemperatur liegen, da zur Wärmeübertragung aus dem Reaktor an das Kühlmittel Temperaturdifferenzen erforderlich sind. Eine Abschaltung des Reaktors wird nicht erreicht. Es wird lediglich ein bestimmtes Reaktionsniveau aufrechterhalten, um Zeit für den "notwendigen Eingriff des Bedienungspersonals" zu gewinnen.
Ein weiteres passives System wird in in US 5360056 beschrieben. Hier wird ein Fluid, das sich bei Betriebstemperatur der zu kühlenden Einrichtung nahe seinem kritischen Punkt befindet, zur Wärmeabfuhr nach außen genutzt. Ein Kreislauf mit zwei Wärmetauschern (einer auf der wärmeren Seite und ein zweiter auf der kälteren) verbindet dauerhaft den zu kühlenden Bereich mit der außen befindlichen Wärmesenke, transportiert aber nur Energie, wenn durch Ansteigen der Temperatur im zu kühlenden Bereich Dichteveränderungen im Fluid auftreten, die zu Dichtedifferenzen und somit zum Umlauf des Fluids im Kreislauf führen. Bei Wiedererreichen der Betriebstemperatur kommt der Umlauf zum Erliegen.
Nachteil ist hierbei die Schwierigkeit, Kühlmittel mit geeigneten kritischen Punkten zu finden, die den in der Praxis vorliegenden unterschiedlichen Prozeßbedingungen genügen, für die Wärmeübertragung ausreichende Temperaturdifferenzen ermöglichen und überdies die benö­ tigten Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen, nicht toxisch sind und die Struktur­ materialien des Kreislaufs nicht angreifen. Darüber hinaus wird der Naturumlauf in den wenigsten Fällen geeignet sein, eine plötzlich ansteigende Wärmeproduktion auszugleichen. Die insbesondere bei durchgehenden chemischen Reaktionen zur Erhaltung der Integrität der Bauteile, beispielsweise des Reaktors, in der Regel erforderliche Druckentlastung findet nicht statt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine darauf aufbauende Ein­ richtung zu schaffen, welche die Notkühlung und Druckentlastung einer Anlage für exotherme Prozesse mittels eines Kühlmittelvorrates ermöglichen, ohne externe Meß- und Steuermittel bzw. Fremdenergie zum Betätigen von Armaturen und zum Antrieb des Kühlmittels zu erfordern. Entsprechend einer speziellen Teilaufgabe soll die Erfindung die Möglichkeit bieten, den exothermen Prozeß vollständig zu stoppen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Einrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung und deren Vorteile ergeben sich unmittelbar aus den Unteransprüchen.
Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung besteht in folgendem:
Der Druckaufbau, der mit der exothermen Reaktion untrennbar verbunden ist und entweder aufgrund der Bildung gasförmiger Reaktionsprodukte oder dem mindestens teilweisen Verdampfen des Inhalts der Anlage oder beidem erfolgt, wird zum Antrieb der Notkühlung benutzt. Dazu ist es erforderlich, die Anlage mit einem Kühlmittelvorrats-Behälter auszurüsten, der sowohl mit einem Überdruck führenden Teil der Anlage als auch mit seinem Kühl­ mittelauslaß mit internen und/oder externen Wärmetauschern der Anlage in Fluidverbindung steht. Mindestens die Fluidverbindung zu dem Überdruck führenden Teil der Anlage, z. B. einem Reaktorinnenraum, ist jedoch im Normalbetriebszustand der Anlage abgesperrt mittels Verschlußelementen wie Berstscheiben o. dgl., die bei einem vorgebbaren Überdruck in der Anlage ansprechen.
Ist der Kühlmittelvorrats-Behälter oberhalb der Anlage angeordnet, so ist der Zugang zu den Wärmetauschern durch eine weitere Berstscheibe versperrt. Liegt er unterhalb, so kann auf diese verzichtet werden. Es kann sinnvoll sein, die Verdampfung des Kühlmittels zur Wärmeabfuhr zu nutzen. Auf die Kompatibilität zwischen Kühlmittel und Reaktorinhalt ist zu achten.
Beim Durchgehen der Reaktion wird Druck in der Anlage aufgebaut, die Berstscheibe(n) bersten und die Druckenergie schiebt den Inhalt des Kühlmittelvorrats-Behälters durch die Wärmetauscher der Anlage. Dabei kommt es auch zu einer Vergrößerung des Volumens für die gasförmigen Reaktionsprodukte und/oder den durch Verdampfung entstehenden Dampf und somit zu einer mindestens teilweisen Druckentlastung.
Vorteile der Erfindung sind:
  • - Weitgehend passive Auslösung der Sicherheitseinrichtung sowie Durchführung der Sicherheitsmaßnahme und damit höhere Zuverlässigkeit.
  • - Die negativen Auswirkungen des Durchgehens selbst werden zur Beherrschung der Reaktion genutzt; die Kühlwirkung nimmt dabei im allgemeinen mit steigendem Druck zu.
  • - Frühzeitiges Ansprechen der Kühlung und damit Wirkungsbeginn zu einem Zeitpunkt, zu dem die Wärmeentwicklung noch nahe der betrieblichen liegt (Arrheniusfunktion läßt sich noch linear approximieren).
  • - Verzicht auf MSR-Einrichtungen zur Auslösung der Notkühlung und Verzicht auf Bereit­ halten eines Gasdruckpolsters zum Antrieb der Notkühlung.
  • - Kühlmittelvorrats-Behälter und Wärmetauscher fungieren zumindest teilweise auch als Druckauffangkammer, da sie sich während des Kühlvorgangs entleeren.
  • - Möglichkeit einer Beendigung der Reaktion ohne oder ohne merkliche Freisetzungen aus dem Behälter.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Sie ist für einen der Anwendungsfälle (Reaktor mit oberhalb angeordnetem Kühlmittel- Vorratsbehälter) beispielhaft in Fig. 1 aufgeführt (für die anderen erwähnten Einrichtungen und Anordnungen gilt Analoges). Darin bezeichnet "1" den Reaktor, "2" die Berstscheiben, "3" den Kühlmittel-Vorratsbehälter, "4" den Wärmetauscher, der, hier als Schlange angedeutet, gleichermaßen als Mantelkühlung ausgeführt sein könnte, und "5" den Kühlmittelauslaß.
Der Kühlrohrauslaß kann in der Entwässerung enden, falls der Reaktorinhalt kein Umwelt­ problem darstellt; ansonsten in einem drucklosen bzw. mit geringerem als dem Reaktordruck beaufschlagten Auffangbehälter. Bei Anordnung des Kühlmittel-Vorratsbehälters unterhalb des Reaktors kann auch bei möglicher Umweltgefährdung auf einen Auffangbehälter verzichtet werden, falls der Kühlmittelvorrat so dimensioniert ist, daß nach Druckentlastung ein sicherer Abschluß durch Restkühlmittel gegeben ist.
Die Größe der notwendigen Wärmetauscherfläche wird durch Größen wie den für die stofflichen und Strömungsverhältnisse geltenden totalen Wärmeübertragungskoeffizienten, die Wärme­ tönung der Reaktion, ihre Geschwindigkeit und deren Temperaturabhängigkeit sowie die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und zu kühlendem Medium bestimmt. Es kann sinnvoll sein, die Kühlmittelvorlage unter die Umgebungstemperatur abzukühlen. Der notwendige Kühlmittelvorrat wird ebenfalls durch die vorgenannten Größen bestimmt; sie ist so festzulegen, daß der Reaktor sich nach der Kühlung in einem sicheren Zustand befindet.
Die Wirksamkeit der Erfindung wird durch die nachfolgenden Rechnungen gezeigt, wobei vom Kühlmittel Wasser bei 20°C ausgegangen wurde.
1. Beispielrechnung
Ausgangspunkt ist ein Behälter mit einem Volumen von 1.136 m3, in dem sich eine Wasserstoffperoxidlösung zersetzt. Der Prozeß ist durch folgende Gegebenheiten charak­ terisiert (vgl. Leung, J. C. et al.: A Vent Sizing Program with Particular Reference to Hybrid Runaway Reaction Systems, in: Melhem, G. A. and H. G. Fisher (Eds.): International Symposium on Runaway Reactions and Pressure Relief Design, AIChE, Boston (Massachusetts), August 2- 4, 1995)
  • - Reaktionswärmeproduktion
  • - Entstehen von Sauerstoff
Der Behälter ist zu 80% gefüllt; für die Reaktion wird erschwerend angenommen, daß die Lösung 100%ig ist und keine betriebliche Kühlung vorhanden ist.
Die Rechenergebnisse sind für den Behälter ohne Sicherheitseinrichtung in Fig. 2, für den Behälter mit Sicherheitseinrichtung in den Fig. 3-4 enthalten. Die Möglichkeit der Beherrschung der durchgehenden Reaktion ist augenscheinlich.
2. Beispielrechnung
Die Reaktion zwischen Ameisen- und Salpetersäure und die entsprechende approximative Kinetik werden in (Mejdell, G. Th.: Modelling of Pressure Build-up in a Runaway Reactor. in: Swiss Society of Chemical Industries (Ed.): 3rd International Symposium Loss Prevention and Safety Promotion in the Process Industries, Basle, Switzerland, Sept. 15-19, 1980 pp. 17/1325) dargestellt. Es handelt sich um eine heftige, schnell verlaufende Reaktion zwischen Ameisen- und Salpetersäure, bei der 197 kJ/mol reagierter Ameisensäure frei werden. Der Reaktor hat ein Volumen von 14,3 m3 bei einem anfänglichen Füllungsgrad von 70%, was 10 m3 Edukten entspricht. Es handelt sich um eine Batch-Reaktion in einem Reaktor mit Rührer. Wegen der Schnelligkeit der Reaktion wird die Verzögerung des Öffnens der Berstscheiben nach Erreichen des Ansprechdrucks bei der Berechnung berücksichtigt. Temperatur- und Druckverlauf der Reaktion mit Entlastungskühlung sind in Fig. 5 enthalten. Auch hier ist ersichtlich, daß das Durchgehen der Reaktion durch die vorgeschlagene Einrichtung verhindert wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Notkühlung und Druckentlastung einer Anlage für exotherme Prozesse, innerhalb der sich im Havariefall pozeßbedingt ein unerwünschter Druck aufbaut, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck mindestens teilweise in mindestens einen Kühlmittelvorrats-Behälter entspannt wird und dabei den Kühlmittelvorrat durch mindestens einen der Kühlung der Anlage dienenden Wärmetauscher in einen Bereich niedrigen Drucks fördert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung des Drucks in den Kühlmittelvorrats-Behälter erst oberhalb eines vorgebbaren Wertes für den Druck in der Anlage beginnt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderung des Kühlmittelvorrates durch den Wärmetauscher erst oberhalb eines vorgebbaren Wertes für den Druck im Kühlmittelvorrats-Behälter beginnt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Entspannung des Drucks in den Kühlmittelvorrats-Behälter und/oder der Beginn der Förde­ rung des Kühlmittelvorrates mittels in den Leitungen zwischen Anlage, Kühlmittelvorrats- Behälter und Wärmetauscher angeordneten Verschlußelementen gesteuert wird, die direkt durch den aufgebauten Druck angetrieben werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelvorrat aus mehreren separat gelagerten Kühlmittelarten besteht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel während des Kühlvorgangs verdampft.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Kühlmittel vorgekühlt ist.
8. Einrichtung zur Notkühlung und Druckentlastung einer Anlage für exotherme Prozesse, innerhalb der sich im Havariefall pozeßbedingt ein unzulässiger Druck aufbaut, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - mindestens ein Behälter für den der Notkühlung dienenden Kühlmittelvorrat vorgesehen ist, der über Leitungen mit der Anlage und dessen Auslaß mit dem Einlaß von mindestens einem der Kühlung der Anlage dienenden Wärmetauscher verbunden ist,
  • - der Wärmetauscher einen Kühlmittelauslaß auf einem niedrigeren Druckniveau besitzt,
  • - mindestens die zur Anlage führenden Leitungen Verschlußelemente aufweisen, welche direkt durch den aufgebauten Druck angetrieben werden und bei Überschreiten eines vorgebbaren Wertes für den Druck in der Anlage die Leitungen freigeben.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des Wärmetauschers auf der oberen oder unteren Deckelfläche bzw. Mantelfläche des Behälters liegt und der Auslaß des Wärmetauschers ebenfalls diese Positionen einnehmen kann.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009083931A2 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Elcon Recycling Center (2003) Ltd. Safely processing a fluid via monitoring and decreasing explosiveness of vapor-gas species formed therefrom or contained therein
US7575932B2 (en) 2002-06-07 2009-08-18 Basf Aktiengesellschaft Method for monitoring and ensuring the safety of exothermic reactions

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5360056A (en) * 1993-07-28 1994-11-01 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Temperature initiated passive cooling system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5360056A (en) * 1993-07-28 1994-11-01 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Temperature initiated passive cooling system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7575932B2 (en) 2002-06-07 2009-08-18 Basf Aktiengesellschaft Method for monitoring and ensuring the safety of exothermic reactions
WO2009083931A2 (en) * 2007-12-27 2009-07-09 Elcon Recycling Center (2003) Ltd. Safely processing a fluid via monitoring and decreasing explosiveness of vapor-gas species formed therefrom or contained therein
WO2009083931A3 (en) * 2007-12-27 2009-08-20 Elcon Recycling Ct 2003 Ltd Safely processing a fluid via monitoring and decreasing explosiveness of vapor-gas species formed therefrom or contained therein
CN101959591A (zh) * 2007-12-27 2011-01-26 埃尔康再循环中心(2003)有限公司 通过监控和降低从流体形成的或包含在流体中的蒸气-气体品种的爆炸性而安全地处理流体
US8647582B2 (en) 2007-12-27 2014-02-11 Elcon Recycling Center (2003) Ltd. System for safely processing a fluid via monitoring and decreasing explosiveness
CN101959591B (zh) * 2007-12-27 2014-10-08 埃尔康再循环中心(2003)有限公司 通过监控和降低从流体形成的或包含在流体中的蒸气-气体品种的爆炸性而安全地处理流体
US8920738B2 (en) 2007-12-27 2014-12-30 Elcon Recycling Center (2003) Ltd. Method for safely processing a fluid via monitoring and decreasing explosiveness

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