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脱附系统安全性分析及燃爆事故预防 - 活性炭吸附

来源:泊头市德佳环保设备制造有限公司 发布时间:2020/6/26 9:09:56
活性炭吸附-脱附系统安全性分析及燃爆事故预防,回收技术包括吸收、冷凝、膜分离、吸附脱附等,吸附-脱附技术既能实现尾气达标排放,又能达到资源回收目的,且投资运行成本适中,综合性价比高,回收技术中市场占有率_。
活性炭吸附-脱附系统安全性分析及燃爆事故预防

      回收技术包括吸收、冷凝、膜分离、吸附脱附等,吸附-脱附技术既能实现尾气达标排放,又能达到资源回收目的,且投资运行成本适中,综合性价比高,回收技术中市场占有率_。
 
01 吸附-脱附技术简介
由于吸附剂表面存在着未平衡和未饱和的分子引力或化学键力,当气体与吸附剂表面接触时,气体分子就能被吸附剂所吸引并在其表面浓聚,从而使废气的污染物与空气相分离,达到净化的目的。根据作用力的不同,吸附可分为物理吸附和化学吸附,有机废气吸附-脱附主要以物理吸附为主。吸附-脱附主要有预处理系统、吸附系统、脱附系统、冷凝系统和干燥系统组成,典型的“一级吸附-脱附”工艺如图1所示。


尾气经收集后输送至吸附-脱附系统,首先经预处理系统(如冷凝、吸收、过滤)去除废气中的水汽、腐蚀性物质及颗粒物,防止末端设备腐蚀和吸附剂堵塞,同时降低末端负荷;然后流经吸附床,废气中的污染物吸附在吸附剂上,净化达标后高空排放;吸附剂饱和后通过阀门切换至另一吸附床,饱和后的吸附剂采用低压水蒸气高温解析再生,污染物气化并脱离吸附剂,随水蒸气进入冷凝系统,并在贮槽中分层为水相和油相,其中水相送污水站处理,油相即有机溶剂,精制后可回收套用;再生后的吸附剂残有大气水分,影响吸附效率,需要通过空气进行干燥,干燥后的吸附床等待另一吸附床饱和;_后循环往复,自动切换,吸附床状态及顺序如表1所示。


吸附-脱附系统运行的好坏与吸附质(废气)、吸附剂、脱附介质、冷媒等因素的特性息息相关。关于吸附剂常见的有活性炭、炭纤维、分子筛、树脂、硅胶等,其中由于活性炭具有较大的比表面积,丰富的孔径结构,且价格相对低廉,极具性价比;关于脱附介质常采用水蒸气、氮气等。而采用活性炭作为吸附剂、水蒸气作为脱附介质技术_为成熟,应用也_为广泛。但由于吸附是有机废气积聚、浓度提升的过程,且空间狭小,有机废气易燃等因素,燃爆事件时有发生,然国内目前缺乏公开的吸附-脱附系统安全性分析及事故防范相关文献。笔者根据多年的废气治理工程经验及安全事故调查工作,对有机废气活性炭吸附-脱附系统的安全性进行分析和燃爆事故预防。
 
02 安全性分析
吸附-脱附的主要工序有吸附、解析、干燥和等待四个过程,本文从过程角度分析有机废气活性炭吸附-脱附系统的安全性。
 
2.1 吸附过程
经预处理后的废气进入吸附罐,废气中的有机物附着于活性炭上,随着吸附时间的延长,罐内的有机物越积越多;同时由于吸附罐体积有限,废气中又混有空气或氧气,罐内的混合气体往往处于可燃物的爆炸_范围之内或高于可燃物的爆炸上限(可燃)。吸附罐内的活性炭和有机物均为可燃物,所以,一旦遇到高温、静电、火花等,即能触发安全事故,吸附过程也是发生事故_多的环节。吸附-脱附系统装置通常采用金属材质制作,一般会做好防雷接地工作,静电因素导致的安全事故极少;罐体、管路及阀门等密封性较好,且吸附罐前设有阻火器,罐内可燃物几乎不与外界接触,火花引起的吸附-脱附系统的事故可能性甚微;通常吸附过程中发生事故主要由高温引起。吸附属于放热过程,而活性炭本身导热性能很差,加之吸附罐装有保温,产生的吸附热大部分会被流经炭床的洁净气带走,但炭床的温度随着吸附时间的增加而升高,同时,炭床堆积的不均匀时不利于热量疏散;煤基活性炭往往含有金属杂质,在炭的活化过程中形成微量炭基金属氧化物催化剂,废气中的某些成分发生化学反应,并放出大量热;有机废气中的丙酮、环己烷、四氢呋喃、甲缩醛等物质,易在空气中形成过氧化物或超氧化物,这些过氧化物在室温下即可自燃或氧化,并发出大量化学热;一旦热量未能及时导出,炭床温度达到可燃物的起燃温度,应急措施未安装或不及时响应便可引发安全事故。
 
2.2 解析过程
当炭床吸附饱和之后,需要采用高温水蒸气或氮气进行脱附,从而使炭床恢复吸附性能。在通入水蒸气前往往会通入氮气对炭床内的空气进行置换,即便不通入氮气或不采用热氮脱附,解析时罐体内充满大量水蒸气,几乎没有氧气,炭床不具备燃爆条件,故解析过程中安全事故鲜有发生。
 
2.3 干燥过程
解析后的炭床含有大量水汽,严重影响系统的吸附效率,需要通入干燥空气对炭床进行干燥。为缩短干燥时间,往往对干燥气进行加热,换热器设置不合理时,空气温度过高,常引起炭床起火;此外,解析不_,或支撑腐蚀炭床坍塌形成局部死角等,炭床内仍残余大量有机物,也会造成炭罐的燃爆。
 
2.4 等待过程
经干燥冷却后的罐体在另一炭床吸附饱和之前,一直处于等待状态,该过程罐体阀门关闭,炭床内无有机物,不具备燃爆条件。因此,该过程通常不会发生安全事故。
 
03 事故防范
1)静电导出及防雷接地:废气在管道、炭床内流通摩擦易形成静电,系统设计须考虑静电导出,包括炭床内静电导出杆和整体设备的静电接地,仪表选型严格按_规范执行。
2)温度监控:系统设计应有多断面、多点位的温度监测系统,并与控制系统的PLC相连,PLC对所有温度信号进行判断并采取相应措施。
3)控制吸附时间:由于吸附过程是罐体内有机废气积聚浓度升高过程,应严格控制吸附工序时间,即达到一定时间即便炭床未穿透,强制进入脱附工序,以防局部空间形成爆炸_,根据笔者经验,吸附时间不宜超过24h。
4)吸附剂选择及处理:选择正规厂家生产的高纯度活性炭,防止活性炭杂质过多形成自催化,尤其是用于易形成过氧化物的有机废气的治理;使用甲磺酸等溶剂对活性炭进行处理改性,降低活性炭自燃点,阻燃易爆。
5)氮气保护:氮气阀门与解析工序及温度监控连锁,进入解析工序后,先开启氮气系统,对穿透炭床进行置换,再开启蒸汽阀进行解析,防止炭床内饱和有机废气遇到高温蒸汽发生燃爆;当炭床温度高于设定值,氮气阀自动开启,抑燃;或使用热氮作为加热解析的脱附剂。
6)紧急降温:由降温水管路、水喷淋系统和自动阀门组成,当炭床温度高于设定值,开启氮气保护的同时,紧急降温系统启动进行降温或灭火;该吸附器立即进入脱附状态进行冷却,有效防止吸附芯自燃;并立即开启三通放空阀使之与车间设备隔离。此外,蒸汽阀也可同时开启,即强制执行解析,三重保护,有效防止炭床自燃。
 
04 结语
通过对有机废气活性炭吸附-脱附系统运行过程中可能发生燃爆事故的原因进行分析,针对性提出静电导出、温度监控、吸附时间控制、吸附剂选择及处理、氮气保护和紧急降温等系统设计中应考虑的事故防范措施。对活性炭吸附-脱附系统装置的设计生产和事故预防提供借鉴。

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