活性炭吸附處理VOCs廢氣的安全問(wèn)題
活性炭吸附處理VOCs廢氣是VOCs處理行業(yè)中最常見的做法。目前在組合工藝中，VOCs活性炭吸附系統(tǒng)基本上是必不可少的，或者說(shuō)緊急疏散系統(tǒng)末端的VOCs處理措施都是活性炭箱，是目前VOCs處理市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的活性炭吸附工藝。其實(shí)很少有人能完全把握系統(tǒng)的安全性。下面我們來(lái)整理一下：
活性炭處理廢氣的安全問(wèn)題
活性炭吸附裝置已廣泛應(yīng)用于制藥和化工行業(yè)的廢氣處理。特別是在VOCs的處理上，由于部分公司資金有限，RTO蓄熱焚燒等處置方式成本較高，因此活性炭吸附成為此時(shí)的一種性價(jià)比較高的選擇?？紤]了成本，但是否考慮了安全風(fēng)險(xiǎn)？
活性炭的制備及其特性
活性炭是一種經(jīng)過(guò)特殊處理的碳。有機(jī)原料(果殼、煤、木材等。)在隔絕空氣的條件下加熱，還原非碳成分(這個(gè)過(guò)程稱為碳化)，然后與特定氣體反應(yīng)，表面被侵蝕，形成微孔發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu)(這個(gè)過(guò)程稱為活化)。因?yàn)榛罨^(guò)程是一個(gè)微觀過(guò)程，即大量分子碳化物的表面侵蝕是點(diǎn)狀侵蝕，活性炭表面有無(wú)數(shù)細(xì)小的孔隙。
活性炭表面的微孔大多直徑在2 ~ 50 nm。即使少量的活性炭也有巨大的表面積，每克活性炭的表面積為500~1500 m2?；钚蕴繋缀跛械膽?yīng)用都是基于活性炭的這一特性。
基于此，將顆粒活性炭用于有機(jī)廢氣的處理，使氣流通過(guò)活性炭層被吸附，進(jìn)而降低有機(jī)廢氣的濃度。吸附過(guò)程是污染物分子吸附在固體表面的過(guò)程，分子自由能會(huì)降低。因此，吸附過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程，釋放的熱量稱為污染物在固體表面的吸附熱。
活性炭除了物理吸附VOCs外，活性炭本身和吸附的有機(jī)物也會(huì)隨著氧氣緩慢氧化，其較大的比表面積也會(huì)加劇這一氧化過(guò)程。此外，當(dāng)廢氣中含有一些不相容的化學(xué)物質(zhì)時(shí)，不相容反應(yīng)會(huì)在活性炭的催化下加速。這些都是放熱過(guò)程，也會(huì)造成活性炭的蓄熱風(fēng)險(xiǎn)。
活性炭設(shè)備事故原因及分析
參考以往活性炭罐和儲(chǔ)罐的事故現(xiàn)場(chǎng)，大多具有以下特點(diǎn)：
1.大多數(shù)事故發(fā)生在夏天的高溫下。事故當(dāng)天溫度高，陽(yáng)光直射時(shí)間長(zhǎng)，白天平均溫度達(dá)到32以上。
2.燃燒活性炭吸附罐中的活性炭很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有更換，灰分雜質(zhì)多。
3.通過(guò)活性炭吸附罐的廢氣成分復(fù)雜。它含有丙酮、乙酸乙酯、醇類、二氯甲烷、有機(jī)胺、酸性廢氣和堿性廢氣。
4.事故當(dāng)天廢氣濃度波動(dòng)較大，均發(fā)生在低工況，廢氣量減少，部分空氣直接進(jìn)入廢氣。
結(jié)合事故發(fā)生時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、生產(chǎn)情況和以往的異常情況分析，推測(cè)這些活性炭吸附罐火災(zāi)爆炸的直接原因是：高溫下復(fù)雜工況廢氣處理(吸附)過(guò)程中的熱量(物理和化學(xué))。由于長(zhǎng)期未更換活性炭，灰分高，床層散熱差，不利于對(duì)流散熱。熱量在床內(nèi)積聚，并在其中形成局部熱點(diǎn)。結(jié)果，其溫度達(dá)到活性炭的自燃點(diǎn)或混合有機(jī)氣體的閃點(diǎn)。同時(shí)，部分空氣進(jìn)入廢氣，與可燃物質(zhì)形成爆炸性混合氣體，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。(當(dāng)然靜電也可能是可能的點(diǎn)火源)
活性炭吸附是一個(gè)放熱過(guò)程，有機(jī)物的吸附和氧化會(huì)釋放出大量的熱量。對(duì)于一些成分復(fù)雜的化合物(可能會(huì)產(chǎn)生不相容的反應(yīng)并放出熱量)，活性炭表面的吸附和反應(yīng)會(huì)釋放出大量的熱量，尤其是廢氣中的化學(xué)物質(zhì)濃度較高的情況下。放熱過(guò)程能否達(dá)到燃點(diǎn)，取決于最終的熱平衡，即熱量能否及時(shí)轉(zhuǎn)移走。在吸附過(guò)程中，除熱的方式主要依靠對(duì)流。對(duì)流不利時(shí)(風(fēng)量小)，熱量積聚，炭床內(nèi)溫度會(huì)上升到其著火溫度，導(dǎo)致可燃廢氣混合物著火或活性炭自燃。
針對(duì)活性炭使用的建議
?、?對(duì)于會(huì)產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢氣的反應(yīng)罐、貯罐、過(guò)濾器等設(shè)備，為避免與氧氣形成爆炸性混合物，最好采用氮封系統(tǒng)保護(hù)，并以正壓輸送方式輸送到廢氣總管。
?、?確保有機(jī)廢氣的冷凝裝置滿足生產(chǎn)負(fù)荷，所有的廢氣組分必須經(jīng)過(guò)有效的冷凝處理，降低有機(jī)氣體濃度。不相容的廢氣應(yīng)單獨(dú)預(yù)處理后再排入吸附罐中吸附處理。
③ 活性炭選材：使用點(diǎn)火溫度高，灰分低的活性炭作為吸附材料，并且及時(shí)更換。
④ 條件允許的話對(duì)吸附裝置進(jìn)行降溫。
⑤ 定期檢查處理裝置、廢氣管路是否有不完整漏風(fēng)的情況，要保證管路不漏氣。
?、?吸附處理裝置前的廢氣管路安裝管路阻火器（阻爆轟型）；管路上(分段)安裝泄爆片，廢氣緩沖罐上安裝泄爆板，泄爆板要有固定裝置。
?、?吸附裝置內(nèi)安裝噴淋滅火裝置，用來(lái)?yè)錅绯跗诨馂?zāi)（或者直接加裝自來(lái)水管路）手動(dòng)或自動(dòng)開啟。（也可以用蒸汽）
⑧ 在吸附床層安裝溫度探頭，監(jiān)測(cè)活性炭層的溫度發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)處置。
?、?應(yīng)急反應(yīng)與人員培訓(xùn)。培訓(xùn)人員發(fā)生火災(zāi)時(shí)的應(yīng)急處置能力，要能及時(shí)撲滅吸附處理裝置的火災(zāi)，防止火災(zāi)蔓延。
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