甲苯一段硝化是典型的芳烃硝化反应之一,其产物应用广泛。但由于该反应放热量大,反应机理复杂,所以通常被认为具有较大的热失控风险。因此探索其热失控历程,正确评估该反应工艺的热失控风险非常重要。若能以此形成相应的研究体系,则有助于促进化工行业的本质安全化进程。这里首先通过差示扫描量热仪(DSC)、绝热加速量热仪(ARC)及反应量热仪(RCle)研究了甲苯一段硝化过程物料体系的热稳定性和反应过程热危险性,并采用风险矩阵法、危险度分级以及扩展评估等方法对该反应进行了热失控危险性评估。对于物料体系的研究结果表明：产物体系的热稳定性随着混酸含量的增高而降低,且分解机理随之变得复杂。其中,ARC测试表明在大量混酸条件下,MNT物料体系的起始分解温度会提前到145.6℃C,比纯MNT提前了110℃C左右；而最大温升速率达到时间为24 h所对应的引发温度TD24由纯MNT的256℃降低到115℃。因此,对反应热危险性评级时,应当以整个产物体系的TD24值代替纯产物的TD24值作为评级标准。对反应过程及产物的测试结果表明：反应温度升高使得反应放热量增大,副反应加剧,反应机理变得复杂。加料速率的提高使得最大反应速率增高,累积量增大,热失控危险性增大。此外,对反应过程的动力学计算表明,甲苯硝化过程中硝酸的反应级数随着温度的升高不断增大,进一步说明温度升高过硝化明显、副反应程度加剧。在选定实验条件下,甲苯一段硝化反应的失控严重度均为“中等的”,发生失控反应的可能性为“几乎不可能的”,为“可接受风险”。目标反应失控危险性级别为2级,工艺危险度较低。但由于该反应由加料速率控制物料累积,因此若发生故障时不能立即停止加料,则反应的危险度级别可达5级。从气体释放角度对该反应的扩展评估结果表明：甲苯一段半间歇硝化过程在实验室量级下失控严重度为“中等的”,而工厂量级下为“严重的”；无论在实验室量级还是工厂量级失控时中止失控可能性均为“没问题的”。