活性炭吸附装置处理废气的燃爆风险

　　前言

　　在医药化工行业，废气处理过程中广泛使用到活性炭吸附装置。尤其在VOCS治理方面，部分公司由于资金有限，RTO蓄热焚烧等处置方式成本过高，活性炭吸附在此时成为一个性价比可观的选择。成本的问题是考虑到了，但是其中的风险是否考虑到了呢？

　　在考虑活性炭吸附装置风险前，我们需要先了解一下活性炭的基本性质和吸附的工艺原理。活性炭是一种经处理的炭，将原料（果壳、煤、木材等）在隔绝空气的条件下加热，以减少非碳成分（此过程称为炭化），然后与气体反应，表面被侵蚀，产生微孔发达的结构（此过程称为活化）。由于活化的过程是一个微观过程，即大量的分子碳化物表面侵蚀是点状侵蚀，所以造成了活性炭表面具有无数细小孔隙。活性炭表面的微孔直径大多在2～50nm之间，即使是少量的活性炭，也有巨大的表面积，每克活性炭的表面积为500~1500m2，活性炭的应用，几乎都基于活性炭的这一特点。正是基于这一点，所以在废气处理时使用颗粒活性炭，让气流通过活性炭层进行吸附，进而降低废气的浓度。而吸附过程是污染物分子被吸附到固体表面的过程，分子的自由能会降低，因此，吸附过程是放热过程，所放出的热称为该污染物在此固体表面上的吸附热。废气在活性炭中除了有物理吸附现象外，活性炭本身以及吸附的物还会与氧气发生缓慢氧化，其较大的比表面积会也会加剧这一氧化的过程。此外当废气中含有一些不相容的化学物质时，其不相容反应在活性炭的催化下也会加速。这些都是放热的过程，同样会引起活性炭的热积聚风险。

　　几起活性炭吸附装置事故的简单分析

　　在我工作的这些年，以及同行交流过程中均遇到过活性炭吸附装置燃爆或废活性炭自燃的事故。下面我就以曾经接触过的一些吸附处理装置事故调查说明活性炭吸附装置的燃爆风险。

　　事故①：XX年8月XX日上午，某公司RTO废气焚烧炉塑料废气缓冲罐（利旧，内有活性炭，未识别到变风险）发生爆炸事故。爆炸导致缓冲罐整体被炸碎，RTO前端风管断裂，部分碎片飞至周边路面。冲击波导致RTO冷却塔塔体剥离脱落、碱洗塔碱液管路泄漏；所幸当时周边没有行人通过，未造成人员伤害。

　　事故②：XX年7月XX日下午下班后，某公司2车间楼顶的活性炭吸附罐（废气预处理）发生着火。所幸发现及时，未造成严重的蔓延，消防队前来将大火扑灭。

　　事故③：XX年7月XX日中午11点左右，某公司1车间楼顶活性炭吸附罐（废气预处理）发生着火。因车间人员及时发现火情，火势在初期被扑灭。

　　通过对这几起类似事故的调查，我发现这几起事故发生时均有以下类似的几点：

　　1.事故均发生在夏季高温，事故当日气温较高，太阳直射时间较长。白天平均气温达到了32℃以上。

　　2.着火的活性炭吸附罐中的活性炭长时间未换，灰分杂质很多。

　　3.经过活性炭吸附罐的废气成分比较复杂。含有丙酮、乙酸乙酯、醇类、二氯甲烷、胺类以及酸性废气及碱性废气。

　　4.事故当天废气的浓度波动较大，均发生在低工况时，废气量减少，部分空气直接进入了废气中。

　　结合事故发生时的现场调查、生产情况、以往异常情况分析，推测这几起活性炭吸附罐着火和爆炸的直接原因：气温较高的情况下，工况复杂的废气经过活性炭处理（吸附）过程中发热（物理和化学）。由于活性炭长时间未换，灰分较高，床层散热较差，不利于对流散热。致使热量在床层中积聚，在其中形成局部热点。导致其温度达到活性炭的自燃点或温度达到了混合物气体的闪点。同时部分空气进入废气中与可燃物形成爆炸性混合气体，终导致了事故的发生。（当然静电也可能是一个可能的点燃源）

　　根据以上内容我们可以得知：由于活性炭吸附是放热过程。物的吸附和氧化会释放出大量的热量。对于某些种类成分复杂的化合物（可能会发生不相容的反应而放热），在活性炭表面上的吸附和反应会释放出大量的热量，尤其是如果废气中的化学品浓度很高时。其放热过程能否达到着火点取决于终的热量平衡，即能否及时的将热量移走。而在吸附过程中，热移出的方式主要靠对流。对流不利（风量较小）的时候，热量累计，碳床中的温度将升高到其着火温度，从而导致活性炭自燃或点燃可燃废气混合物。

　　关于活性炭废气吸附装置的几点建议：

　　当我们了解了活性炭吸附装置的风险以后，可以根据实际情况，有的放矢，采取一些针对性的措施。总的来说还是从阻止形成燃烧三要素的角度出发，从源头设计，工程和管理措施上去发力，终还是可以将吸附装置的风险降到可接受范围内的。以下是一些建议措施：

　　①对于会产生废气的反应罐、贮罐、过滤器等设备，为避免与氧气形成爆炸性混合物，要采用氮封系统保护，并以正压输送方式输送到废气总管。

　　②废气的冷凝装置满足生产负荷，所有的废气组分要经过很好的冷凝处理，降低气体浓度。不相容的废气应单独预处理后再排入吸附罐中吸附处理；

　　③活性炭选材：使用点火温度高，灰分低的活性炭作为吸附材料；

　　④条件允许的话对吸附装置进行降温。

　　⑤定期检查处理装置、废气管路是否有不完整漏风的情况，要管路不漏气。

　　⑥吸附处理装置前的废气管路安装管路阻火器（阻爆轰型）；管路上(分段)安装泄爆片，废气缓冲罐上安装泄爆板，泄爆板要有固定装置；

　　⑦吸附装置内安装喷淋灭火装置，用来扑灭初期火灾（或者直接加装自来水管路）手动或自动开启。（也可以用蒸汽）

　　⑧在吸附床层安装温度探头，监测活性炭层的温度发现异常时及时处置。

　　⑨应急反应与人员培训。培训人员发生火灾时的应急处置能力，要能及时扑灭吸附处理装置的火灾，防止火灾蔓延。