G22-2: dat er meer chromaat in zit dan anders, zie je niet.

Eindelijk wordt de oorzaak van de explosie van vorig jaar bij Shell Moerdijk een beetje duidelijk. Een zojuist verschenen rapport van de Onderzoeksraad voor Veiligheid bevat veel meer chemische details dan Shell tot nu toe prijs gaf.

Het rapport bevat tevens zware kritiek op de manier waarop Shell jarenlang over de veiligheidsrisico’s heen heeft gekeken. Maar tot die conclusie was het bedrijf zelf ook allang gekomen.

De technische details verdienen een plekje in alle tekstboeken over reactorkunde en procesveiligheid. Kort samengevat: binnen de MSPO2-fabriek die styreen en propeenoxide maakt, dient unit 4800 voor het hydrogeneren van 1-fenylethanon (methylfenylketon) tot 1-fenylethanol (methylfenylcarbinol) met behulp van waterstof. Hij bestaat uit twee ‘tricklebedreactoren’ in serie, waarin gas én vloeistof van boven naar beneden door een bed van cilindervormige katalysatorkorrels stromen. De exacte samenstelling van de katalysator staat niet in het rapport, maar wel hij G22-2 heet en dat er koperoxide en bariumchromaat in zit.

Bij zo’n tricklebedreactor is het belangrijk dat je gas en vloeistof regelmatig over het katalysatorbed verdeelt, zodat de korrels goed worden bevochtigd (‘benat’, volgens het rapport). Dat moet worden bereikt door een verdeelplaat bovenin, die werkt als een soort douchekop.

De katalysator wordt eens in de vier jaar vervangen. De verse kat moet vervolgens worden geactiveerd. Dat gebeurt door eerst een aantal uren te spoelen met warm ethylbenzeen, de grondstof voor 1-fenylethanon, teneinde de verontreinigingen er uit te krijgen. De eigenlijke activatie bestaat dan uit oxidatie van het achtergebleven ethylbenzeen tot 1-fenylethanon; de kat wordt hierbij zelf gereduceerd en dáár is het om te doen.

Bij het spoelen wordt als gas geen waterstof, maar stikstof gebruikt. En onder deze omstandigheden blijkt de bevochtiging achteraf niet goed te hebben gewerkt. Achteraf heeft Shell berekend dat de voorgeschreven stikstofstroom veel te laag was. Met als gevolg dat de katalysatorpellets deels droog bleven.

Punt twee is dat het ethylbenzeen vervolgens met de zuurstof in het bariumchromaat blijkt te gaan reageren. Op labschaal blijkt dat op gang te komen bij ongeveer 90 graden Celsius. Die reactie kan op zich nog niet zo veel kwaad maar ze is exotherm.

In dit geval werd ze nog verergerd door een gewijzigde samenstelling van de G22-2-katalysator: de producent deed er voortaan veel meer chromaat in. Maar omdat de samenstelling toch nog binnen de bestaande specificaties bleef, werd Shell daar niet expliciet op geattendeerd.

Op plekken waar de katalysator onvoldoende bevochtigd is, kan die warmte niet weg en krijg je lokale ‘hot spots’. Als het daar warm genoeg wordt (180 graden, volgens Shell) gaat ethylbenzeen ook nog reageren met het koperoxide in de katalysator. Die reactie is eveneens exotherm, zodat de temperatuur nog verder oploopt en de reacties nóg sneller gaan verlopen. In vakjargon heet dat een ‘runaway’, oftewel een reactie die op hol slaat.

Om het nog erger te maken krijg je gasvorming waardoor ook de druk sterk oploopt. Dat gaat uiteindelijk zo snel dat de drukbeveiliging de overmaat gas niet snel genoeg meer kan afvoeren. Gevolg: de boel ontploft. In dit geval bezweek eerst de tweede tricklebedreactor, 23 seconden nadat de operator had gezien dat de druk boven het toegelaten maximum uit kwam. 20 seconden later vloog ook nog een scheidingsvat uit elkaar.

Volgens het rapport is er tijdens het opstarten op nog een aantal punten tegen de veiligheid gezondigd. Zo werden diverse alarmbellen genegeerd: iedereen wist dat de installatie nogal wispelturig was tijdens de opstart maar de heersende overtuiging was dat het uiteindelijk geen kwaad kon. Volgens het rapport hadden de operators achteraf wel kunnen zien dat het drukverloop anders was dan anders, maar kennelijk is dat niemand echt opgevallen. Wat ook geen wonder is als je maar eens in de vier jaar zo’n procedure uitvoert.

De hoofdoorzaak lijkt uiteindelijk te zitten in het feit dat de Shell-procestechnologen prima wisten dat je in een tricklebedreactor kans loopt op hotspots, maar dat ze alleen dachten aan het risico tijdens regulier bedrijf. Dát hadden ze dan ook adequaat ondervangen. Het idee was echter voortdurend dat er tijdens de opstart, onder veel minder reactieve condities, niets kon gebeuren.

Zelfs toen het vijf jaar geleden in een fabriek in China bijna mis ging, achteraf op vrijwel identieke wijze, heeft men dat op een waterstoflekkage geschoven en de echte oorzaak volledig over het hoofd gezien.

bron: Onderzoeksraad voor Veiligheid