活性炭吸附工藝的VOCs治理設(shè)備安全使用建議

活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，將有機(jī)原料（果殼、煤、木材等）在隔絕空氣的條件下加熱，以減少非碳成分（該過程稱為炭化），然后與特定氣體反應(yīng)，表面被侵蝕，產(chǎn)生微孔發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu)（此過程稱為活化）。由于活化的過程是一個(gè)微觀過程，即大量的分子碳化物表面侵蝕是點(diǎn)狀侵蝕，所以造成了活性炭表面具有無數(shù)細(xì)小孔隙。

活性炭表面的微孔直徑大多在2～50 nm之間，即使是少量的活性炭，也有巨大的表面積，每克活性炭的表面積為500~1500 m²，活性炭的一切應(yīng)用，幾乎都基于活性炭的這一特點(diǎn)。

正是基于這一點(diǎn)，所以在有機(jī)廢氣處理時(shí)使用顆粒活性炭，讓氣流通過活性炭層進(jìn)行吸附，進(jìn)而降低有機(jī)廢氣的濃度。而吸附過程是污染物分子被吸附到固體表面的過程，分子的自由能會(huì)降低，因此，吸附過程是放熱過程，所放出的熱稱為該污染物在此固體表面上的吸附熱。

VOCs在活性炭中除了有物理吸附現(xiàn)象外，活性炭本身以及吸附的有機(jī)物還會(huì)與氧氣發(fā)生緩慢氧化，其較大的比表面積會(huì)也會(huì)加劇這一氧化的過程。此外當(dāng)廢氣中含有一些不相容的化學(xué)物質(zhì)時(shí)，其不相容反應(yīng)在活性炭的催化下也會(huì)加速。這些都是放熱的過程，同樣會(huì)引起活性炭的熱積聚風(fēng)險(xiǎn)。

參照以往發(fā)生過的活性炭箱、罐事故場(chǎng)景，多具備以下特征：

1、事故多發(fā)生在夏季高溫，事故當(dāng)日氣溫較高，太陽直射時(shí)間較長，白天平均氣溫達(dá)到了32℃以上。

2、著火的活性炭吸附罐中的活性炭長時(shí)間未更換環(huán)，灰分雜質(zhì)很多。

3、經(jīng)過活性炭吸附罐的廢氣成分比較復(fù)雜。含有丙酮、乙酸乙酯、醇類、二氯甲烷、有機(jī)胺類以及酸性廢氣及堿性廢氣。

4、事故當(dāng)天廢氣的濃度波動(dòng)較大，均發(fā)生在低工況時(shí)，廢氣量減少，部分空氣直接進(jìn)入了廢氣中。

結(jié)合事故發(fā)生時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、生產(chǎn)情況、以往異常情況分析，推測(cè)這幾起活性炭吸附罐著火和爆炸的直接原因：氣溫較高的情況下，工況復(fù)雜的廢氣經(jīng)過活性炭處理（吸附）過程中發(fā)熱（物理和化學(xué)）。由于活性炭長時(shí)間未更換，灰分較高，床層散熱較差，不利于對(duì)流散熱。致使熱量在床層中積聚，在其中形成局部熱點(diǎn)。導(dǎo)致其溫度達(dá)到活性炭的自燃點(diǎn)或溫度達(dá)到了混合有機(jī)物氣體的閃點(diǎn)。同時(shí)部分空氣進(jìn)入廢氣中與可燃物形成爆炸性混合氣體，最終導(dǎo)致了事故的發(fā)生。（當(dāng)然靜電也可能是一個(gè)可能的點(diǎn)燃源）

活性炭吸附是放熱過程，有機(jī)物的吸附和氧化會(huì)釋放出大量熱量。對(duì)于一些成分復(fù)雜的化合物（可能會(huì)發(fā)生不相容的反應(yīng)而放熱），在活性炭表面上的吸附和反應(yīng)會(huì)釋放出大量的熱量，尤其是如果廢氣中的化學(xué)品濃度很高時(shí)。其放熱過程能否達(dá)到著火點(diǎn)取決于最終的熱量平衡，即能否及時(shí)的將熱量轉(zhuǎn)移走。而在吸附過程中，熱移出的方式主要靠對(duì)流。對(duì)流不利（風(fēng)量較小）的時(shí)候，熱量累計(jì)，碳床中的溫度將升高到其著火溫度，從而導(dǎo)致可燃廢氣混合物被點(diǎn)燃或活性炭自燃。

① 對(duì)于會(huì)產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢氣的反應(yīng)罐、貯罐、過濾器等設(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。

② 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。

⑥ 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。

⑦ 吸附裝置內(nèi)安裝噴淋滅火裝置，用來撲滅初期火災(zāi)（或者直接加裝自來水管路）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。

⑨ 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。