活性炭吸附|脫附系統|吸附-脫附技術-脫附系統安全性分析及燃爆事故預防 - 活性炭吸附


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脫附系統安全性分析及燃爆事故預防 - 活性炭吸附

來源:摩登4平臺 發布時間:2020/6/26 9:09:56
活性炭吸附-脫附系統安全性分析及燃爆事故預防,回收技術包括吸收、冷凝、膜分離、吸附脫附等,吸附-脫附技術既能實現尾氣達標排放,又能達到資源回收目的,且投資運行成本適中,綜合性價比高,回收技術中市場占有率_。
活性炭吸附-脫附系統安全性分析及燃爆事故預防

      回收技術包括吸收、冷凝、膜分離、吸附脫附等,吸附-脫附技術既能實現尾氣達標排放,又能達到資源回收目的,且投資運行成本適中,綜合性價比高,回收技術中市場占有率_。
 
01 吸附-脫附技術簡介
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鍵力,當氣體與吸附劑表面接觸時,氣體分子就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,達到凈化的目的。根據作用力的不同,吸附可分為物理吸附和化學吸附,有機廢氣吸附-脫附主要以物理吸附為主。吸附-脫附主要有預處理系統、吸附系統、脫附系統、冷凝系統和干燥系統組成,典型的“一級吸附-脫附”工藝如圖1所示。


尾氣經收集后輸送至吸附-脫附系統,首先經預處理系統(如冷凝、吸收、過濾)去除廢氣中的水汽、腐蝕性物質及顆粒物,防止末端設備腐蝕和吸附劑堵塞,同時降低末端負荷;然后流經吸附床,廢氣中的污染物吸附在吸附劑上,凈化達標后高空排放;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再生,污染物氣化并脫離吸附劑,隨水蒸氣進入冷凝系統,并在貯槽中分層為水相和油相,其中水相送污水站處理,油相即有機溶劑,精制后可回收套用;再生后的吸附劑殘有大氣水分,影響吸附效率,需要通過空氣進行干燥,干燥后的吸附床等待另一吸附床飽和;_后循環往復,自動切換,吸附床狀態及順序如表1所示。


吸附-脫附系統運行的好壞與吸附質(廢氣)、吸附劑、脫附介質、冷媒等因素的特性息息相關。關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,豐富的孔徑結構,且價格相對低廉,極具性價比;關于脫附介質常采用水蒸氣、氮氣等。而采用活性炭作為吸附劑、水蒸氣作為脫附介質技術_為成熟,應用也_為廣泛。但由于吸附是有機廢氣積聚、濃度提升的過程,且空間狹小,有機廢氣易燃等因素,燃爆事件時有發生,然國內目前缺乏公開的吸附-脫附系統安全性分析及事故防范相關文獻。筆者根據多年的廢氣治理工程經驗及安全事故調查工作,對有機廢氣活性炭吸附-脫附系統的安全性進行分析和燃爆事故預防。
 
02 安全性分析
吸附-脫附的主要工序有吸附、解析、干燥和等待四個過程,本文從過程角度分析有機廢氣活性炭吸附-脫附系統的安全性。
 
2.1 吸附過程
經預處理后的廢氣進入吸附罐,廢氣中的有機物附著于活性炭上,隨著吸附時間的延長,罐內的有機物越積越多;同時由于吸附罐體積有限,廢氣中又混有空氣或氧氣,罐內的混合氣體往往處于可燃物的爆炸_范圍之內或高于可燃物的爆炸上限(可燃)。吸附罐內的活性炭和有機物均為可燃物,所以,一旦遇到高溫、靜電、火花等,即能觸發安全事故,吸附過程也是發生事故_多的環節。吸附-脫附系統裝置通常采用金屬材質制作,一般會做好防雷接地工作,靜電因素導致的安全事故極少;罐體、管路及閥門等密封性較好,且吸附罐前設有阻火器,罐內可燃物幾乎不與外界接觸,火花引起的吸附-脫附系統的事故可能性甚微;通常吸附過程中發生事故主要由高溫引起。吸附屬于放熱過程,而活性炭本身導熱性能很差,加之吸附罐裝有保溫,產生的吸附熱大部分會被流經炭床的潔凈氣帶走,但炭床的溫度隨著吸附時間的增加而升高,同時,炭床堆積的不均勻時不利于熱量疏散;煤基活性炭往往含有金屬雜質,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生化學反應,并放出大量熱;有機廢氣中的丙酮、環己烷、四氫呋喃、甲縮醛等物質,易在空氣中形成過氧化物或超氧化物,這些過氧化物在室溫下即可自燃或氧化,并發出大量化學熱;一旦熱量未能及時導出,炭床溫度達到可燃物的起燃溫度,應急措施未安裝或不及時響應便可引發安全事故。
 
2.2 解析過程
當炭床吸附飽和之后,需要采用高溫水蒸氣或氮氣進行脫附,從而使炭床恢復吸附性能。在通入水蒸氣前往往會通入氮氣對炭床內的空氣進行置換,即便不通入氮氣或不采用熱氮脫附,解析時罐體內充滿大量水蒸氣,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生。
 
2.3 干燥過程
解析后的炭床含有大量水汽,嚴重影響系統的吸附效率,需要通入干燥空氣對炭床進行干燥。為縮短干燥時間,往往對干燥氣進行加熱,換熱器設置不合理時,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,炭床內仍殘余大量有機物,也會造成炭罐的燃爆。
 
2.4 等待過程
經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,該過程罐體閥門關閉,炭床內無有機物,不具備燃爆條件。因此,該過程通常不會發生安全事故。
 
03 事故防范
1)靜電導出及防雷接地:廢氣在管道、炭床內流通摩擦易形成靜電,系統設計須考慮靜電導出,包括炭床內靜電導出桿和整體設備的靜電接地,儀表選型嚴格按_規范執行。
2)溫度監控:系統設計應有多斷面、多點位的溫度監測系統,并與控制系統的PLC相連,PLC對所有溫度信號進行判斷并采取相應措施。
3)控制吸附時間:由于吸附過程是罐體內有機廢氣積聚濃度升高過程,應嚴格控制吸附工序時間,即達到一定時間即便炭床未穿透,強制進入脫附工序,以防局部空間形成爆炸_,根據筆者經驗,吸附時間不宜超過24h。
4)吸附劑選擇及處理:選擇正規廠家生產的高純度活性炭,防止活性炭雜質過多形成自催化,尤其是用于易形成過氧化物的有機廢氣的治理;使用甲磺酸等溶劑對活性炭進行處理改性,降低活性炭自燃點,阻燃易爆。
5)氮氣保護:氮氣閥門與解析工序及溫度監控連鎖,進入解析工序后,先開啟氮氣系統,對穿透炭床進行置換,再開啟蒸汽閥進行解析,防止炭床內飽和有機廢氣遇到高溫蒸汽發生燃爆;當炭床溫度高于設定值,氮氣閥自動開啟,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、水噴淋系統和自動閥門組成,當炭床溫度高于設定值,開啟氮氣保護的同時,緊急降溫系統啟動進行降溫或滅火;該吸附器立即進入脫附狀態進行冷卻,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備隔離。此外,蒸汽閥也可同時開啟,即強制執行解析,三重保護,有效防止炭床自燃。
 
04 結語
通過對有機廢氣活性炭吸附-脫附系統運行過程中可能發生燃爆事故的原因進行分析,針對性提出靜電導出、溫度監控、吸附時間控制、吸附劑選擇及處理、氮氣保護和緊急降溫等系統設計中應考慮的事故防范措施。對活性炭吸附-脫附系統裝置的設計生產和事故預防提供借鑒。

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