夏季活性炭吸附装置处理VOCs燃爆风险总结

活性炭是一种经特殊处理的炭，将有机原料（果壳、煤、木材等）在隔绝空气的条件下加热，以减少非炭成分（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）。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。

 

 

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，活性炭的一切应用，几乎都基于活性炭的这一特点。

 

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。

VOC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有机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

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PP材质废气缓冲罐（内有活性炭，未识别到变更风险）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。

 

事故照片

!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，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更换环，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、有机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更换，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有机物气体的闪点。同时部分空气进入废气中与可燃物形成爆炸性混合气体，最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。有机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最终的热量平衡，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。