关于活性炭处理VOCs废气的安全问题

时间：2021-03-22 09:55

来源：VOCs前沿、VOCs减排工作站

活性炭吸附处置VOCs废气是VOCs治理行业最为普遍通用的做法，目前组合工艺中，基本少不了VOCs活性炭吸附系统，或者应急排空系统的末端VOCs治理措施都是活性炭箱体，那作为VOCs治理市场中用的最为广泛的活性炭吸附工艺，其系统的安全性其实是很少有人能完全掌握，下面我们来梳理下：

活性炭处理废气相关安全问题

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在医药化工行业的废气处理过程中，活性炭吸附装置得到了广泛的应用。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较高，活性炭吸附在此时成为一个颇具性价比的选择。成本的问题是考虑到了，但是其中的安全风险是否考虑到了呢？

活性炭的制备与特性

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，以减少非碳成分（该过程称为炭化），然后与特定气体反应，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。

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活性炭表面的微孔直径大多在2～50 nm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500~1500 m2，活性炭的一切应用，几乎都基于活性炭的这一特点。

正是基于这一点，所以在有机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，进而降低有机废气的浓度。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。

VOCs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。

活性炭设备事故原因及分析

参照以往发生过的活性炭箱、罐事故场景，多具备以下特征：

1、事故多发生在夏季高温，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。

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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）

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热量。对于一些成分复杂的化合物（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转移走。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，从而导致可燃废气混合物被点燃或活性炭自燃。

针对活性炭使用的建议

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

② 确保有机废气的冷凝装置满足生产负荷，所有的废气组分必须经过有效的冷凝处理，降低有机气体浓度。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，并且及时更换。

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