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夏季高溫來臨——活性炭吸附裝置處理VOCs的燃爆風(fēng)險(xiǎn)


2023-08-01

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,以減少非炭成分(此過程稱為炭化),然后與氣體反應(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)。在考慮活性炭吸附裝置風(fēng)險(xiǎn)前,我們需要先了解一下活性炭的基本性質(zhì)和吸附的工藝原理。 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?;钚蕴勘砻娴奈⒖字睆酱蠖嘣?~50nm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500~1500m2,活性炭的一切應(yīng)用,幾乎都基于活性炭的這一特點(diǎn)。 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。 VOC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)物還會與氧氣發(fā)生緩慢氧化,其較大的比表面積會也會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加速。這些都是放熱的過程,同樣會引起活性炭的熱積聚風(fēng)險(xiǎn)。 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)。 根據(jù)以上內(nèi)容我們可以得知: 由于活性炭吸附是放熱過程。有機(jī)物的吸附和氧化會釋放出大量的熱量。對于某些種類成分復(fù)雜的化合物(可能會發(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)的將熱量移走。 而在吸附過程中,熱移出的方式主要靠對流。對流不利(風(fēng)量較?。┑臅r(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)致活性炭自燃或點(diǎn)燃可燃廢氣混合物。

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,以減少非炭成分(此過程稱為炭化),然后與氣體反應(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)。在考慮活性炭吸附裝置風(fēng)險(xiǎn)前,我們需要先了解一下活性炭的基本性質(zhì)和吸附的工藝原理。

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2~50nm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500~1500m2,活性炭的一切應(yīng)用,幾乎都基于活性炭的這一特點(diǎn)。

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。

VOC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)物還會與氧氣發(fā)生緩慢氧化,其較大的比表面積會也會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加速。這些都是放熱的過程,同樣會引起活性炭的熱積聚風(fēng)險(xiǎn)。

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)。

根據(jù)以上內(nèi)容我們可以得知:

由于活性炭吸附是放熱過程。有機(jī)物的吸附和氧化會釋放出大量的熱量。對于某些種類成分復(fù)雜的化合物(可能會發(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)的將熱量移走。

而在吸附過程中,熱移出的方式主要靠對流。對流不利(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)致活性炭自燃或點(diǎn)燃可燃廢氣混合物。