活性炭吸附-脫附系統(tǒng)安全性分析及燃爆事故預(yù)防
回收技術(shù)包括吸收、冷凝、膜分離、吸附脫附等，吸附-脫附技術(shù)既能實(shí)現(xiàn)尾氣達(dá)標(biāo)排放，又能達(dá)到資源回收目的，且投資運(yùn)行成本適中，綜合性價(jià)比高，回收技術(shù)中市場占有率_。
01
吸附-脫附技術(shù)簡介
由于吸附劑表面存在著未平衡和未飽和的分子引力或化學(xué)鍵力，當(dāng)氣體與吸附劑表面接觸時(shí)，氣體分子_能被吸附劑所吸引并在其表面濃聚，從而使廢氣的污染物與空氣相分離，達(dá)到凈化的目的。根據(jù)作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附，有機(jī)廢氣吸附-脫附主要以物理吸附為主。吸附-脫附主要有預(yù)處理系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、脫附系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)組成，典型的“_吸附-脫附”工藝如圖1所示。
尾氣經(jīng)收集后輸送至吸附-脫附系統(tǒng)，首先經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)（如冷凝、吸收、過濾）去除廢氣中的水汽、腐蝕性物質(zhì)及顆粒物，防止末端設(shè)備腐蝕和吸附劑堵塞，同時(shí)降低末端負(fù)荷；然后流經(jīng)吸附床，廢氣中的污染物吸附在吸附劑上，凈化達(dá)標(biāo)后高空排放；吸附劑飽和后通過閥門切換至另一吸附床，飽和后的吸附劑采用低壓水蒸氣高溫解析_，污染物氣化并脫離吸附劑，隨水蒸氣進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，并在貯槽中分層為水相和油相，其中水相送污水站處理，油相即有機(jī)溶劑，精制后可回收套用；_后的吸附劑殘有大氣水分，影響吸附效率，需要通過空氣進(jìn)行干燥，干燥后的吸附床等待另一吸附床飽和；_后循環(huán)往復(fù)，自動(dòng)切換，吸附床狀態(tài)及順序如表1所示。
吸附-脫附系統(tǒng)運(yùn)行的好壞與吸附質(zhì)（廢氣）、吸附劑、脫附介質(zhì)、冷媒等因素的特性息息相關(guān)。關(guān)于吸附劑常見的有活性炭、炭纖維、分子篩、樹脂、硅膠等，其中由于活性炭具有較大的比表面積，豐富的孔徑結(jié)構(gòu)，且價(jià)格相對(duì)低廉，極具性價(jià)比；關(guān)于脫附介質(zhì)常采用水蒸氣、氮?dú)獾取６捎没钚蕴孔鳛槲絼⑺魵庾鳛槊摳浇橘|(zhì)技術(shù)_為成熟，應(yīng)用也_為廣泛。但由于吸附是有機(jī)廢氣積聚、濃度提升的過程，且空間狹小，有機(jī)廢氣易燃等因素，燃爆事件時(shí)有發(fā)生，然國內(nèi)目前缺乏公開的吸附-脫附系統(tǒng)安全性分析及事故防范相關(guān)文獻(xiàn)。筆者根據(jù)多年的廢氣治理工程經(jīng)驗(yàn)及安全事故調(diào)查工作，對(duì)有機(jī)廢氣活性炭吸附-脫附系統(tǒng)的安全性進(jìn)行分析和燃爆事故預(yù)防。
02
安全性分析
吸附-脫附的主要工序有吸附、解析、干燥和等待四個(gè)過程，本文從過程角度分析有機(jī)廢氣活性炭吸附-脫附系統(tǒng)的安全性。
2.1 吸附過程
經(jīng)預(yù)處理后的廢氣進(jìn)入吸附罐，廢氣中的有機(jī)物附著于活性炭上，隨著吸附時(shí)間的延長，罐內(nèi)的有機(jī)物越積越多；同時(shí)由于吸附罐體積有限，廢氣中又混有空氣或氧氣，罐內(nèi)的混合氣體往往處于可燃物的爆炸_范圍之內(nèi)或高于可燃物的爆炸上限（可燃）。吸附罐內(nèi)的活性炭和有機(jī)物均為可燃物，所以，一旦遇到高溫、靜電、火花等，即能觸發(fā)安全事故，吸附過程也是發(fā)生事故_多的環(huán)節(jié)。吸附-脫附系統(tǒng)裝置通常采用金屬材質(zhì)制作，一般會(huì)做好防雷接地工作，靜電因素導(dǎo)致的安全事故極少；罐體、管路及閥門等密封性較好，且吸附罐前設(shè)有阻火器，罐內(nèi)可燃物幾乎不與外界接觸，火花引起的吸附-脫附系統(tǒng)的事故可能性甚微；通常吸附過程中發(fā)生事故主要由高溫引起。吸附屬于放熱過程，而活性炭本身導(dǎo)熱性能很差，加之吸附罐裝有保溫，產(chǎn)生的吸附熱大部分會(huì)被流經(jīng)炭床的潔凈氣帶走，但炭床的溫度隨著吸附時(shí)間的增加而升高，同時(shí)，炭床堆積的不均勻時(shí)不利于熱量疏散；煤基活性炭往往含有金屬雜質(zhì)，在炭的活化過程中形成微量炭基金屬氧化物催化劑，廢氣中的某些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并放出大量熱；有機(jī)廢氣中的丙酮、環(huán)己烷、四氫呋喃、甲縮醛等物質(zhì)，易在空氣中形成過氧化物或_氧化物，這些過氧化物在室溫下即可自燃或氧化，并發(fā)出大量化學(xué)熱；一旦熱量未能及時(shí)導(dǎo)出，炭床溫度達(dá)到可燃物的起燃溫度，應(yīng)急措施未安裝或不及時(shí)響應(yīng)便可引發(fā)安全事故。
2.2 解析過程
當(dāng)炭床吸附飽和之后，需要采用高溫水蒸氣或氮?dú)膺M(jìn)行脫附，從而使炭床恢復(fù)吸附性能。在通入水蒸氣前往往會(huì)通入氮?dú)鈱?duì)炭床內(nèi)的空氣進(jìn)行置換，即便不通入氮?dú)饣虿徊捎脽岬摳剑馕鰰r(shí)罐體內(nèi)充滿大量水蒸氣，幾乎沒有氧氣，炭床不具備燃爆條件，故解析過程中安全事故鮮有發(fā)生。
2.3 干燥過程
解析后的炭床含有大量水汽，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的吸附效率，需要通入干燥空氣對(duì)炭床進(jìn)行干燥。為縮短干燥時(shí)間，往往對(duì)干燥氣進(jìn)行加熱，換熱器設(shè)置不合理時(shí)，空氣溫度過高，常引起炭床起火；此外，解析不_，或支撐腐蝕炭床坍塌形成局部死角等，炭床內(nèi)仍殘余大量有機(jī)物，也會(huì)造成炭罐的燃爆。
2.4 等待過程
經(jīng)干燥冷卻后的罐體在另一炭床吸附飽和之前，一直處于等待狀態(tài)，該過程罐體閥門關(guān)閉，炭床內(nèi)無有機(jī)物，不具備燃爆條件。因此，該過程通常不會(huì)發(fā)生安全事故。
03
事故防范
1）靜電導(dǎo)出及防雷接地：廢氣在管道、炭床內(nèi)流通摩擦易形成靜電，系統(tǒng)設(shè)計(jì)須考慮靜電導(dǎo)出，包括炭床內(nèi)靜電導(dǎo)出桿和整體設(shè)備的靜電接地，儀表選型嚴(yán)格按_規(guī)范執(zhí)行。
2）溫度監(jiān)控：系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)有多斷面、多點(diǎn)位的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，并與控制系統(tǒng)的PLC相連，PLC對(duì)所有溫度信號(hào)進(jìn)行判斷并采取相應(yīng)措施。
3）控制吸附時(shí)間：由于吸附過程是罐體內(nèi)有機(jī)廢氣積聚濃度升高過程，應(yīng)嚴(yán)格控制吸附工序時(shí)間，即達(dá)到_時(shí)間即便炭床未穿透，強(qiáng)制進(jìn)入脫附工序，以防局部空間形成爆炸_，根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，吸附時(shí)間不宜_過24h。
4）吸附劑選擇及處理：選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的高純度活性炭，防止活性炭雜質(zhì)過多形成自催化，尤其是用于易形成過氧化物的有機(jī)廢氣的治理；使用甲磺酸等溶劑對(duì)活性炭進(jìn)行處理改性，降低活性炭自燃點(diǎn)，阻燃易爆。
5）氮?dú)獗Ｗo(hù)：氮?dú)忾y門與解析工序及溫度監(jiān)控連鎖，進(jìn)入解析工序后，先開啟氮?dú)庀到y(tǒng)，對(duì)穿透炭床進(jìn)行置換，再開啟蒸汽閥進(jìn)行解析，防止炭床內(nèi)飽和有機(jī)廢氣遇到高溫蒸汽發(fā)生燃爆；當(dāng)炭床溫度高于設(shè)定值，氮?dú)忾y自動(dòng)開啟，抑燃；或使用熱氮作為加熱解析的脫附劑。
6）緊急降溫：由降溫水管路、水噴淋系統(tǒng)和自動(dòng)閥門組成，當(dāng)炭床溫度高于設(shè)定值，開啟氮?dú)獗Ｗo(hù)的同時(shí)，緊急降溫系統(tǒng)啟動(dòng)進(jìn)行降溫或滅火；該吸附器立即進(jìn)入脫附狀態(tài)進(jìn)行冷卻，有效防止吸附芯自燃；并立即開啟三通放空閥使之與車間設(shè)備隔離。此外，蒸汽閥也可同時(shí)開啟，即強(qiáng)制執(zhí)行解析，三重保護(hù)，有效防止炭床自燃。
04
結(jié)語
通過對(duì)有機(jī)廢氣活性炭吸附-脫附系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能發(fā)生燃爆事故的原因進(jìn)行分析，針對(duì)性提出靜電導(dǎo)出、溫度監(jiān)控、吸附時(shí)間控制、吸附劑選擇及處理、氮?dú)獗Ｗo(hù)和緊急降溫等系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的事故防范措施。對(duì)活性炭吸附-脫附系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)生產(chǎn)和事故預(yù)防提供借鑒。
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