活性炭吸附工藝的VOCs治理設備安全使用建議

活性炭是一種經特殊處理的炭，將有機原料（果殼、煤、木材等）在隔絕空氣的條件下加熱，以減少非碳成分（該過程稱為炭化），然后與特定氣體反應，表面被侵蝕，產生微孔發達的結構（此過程稱為活化）。由于活化的過程是一個微觀過程，即大量的分子碳化物表面侵蝕是點狀侵蝕，所以造成了活性炭表面具有無數細小孔隙。

活性炭表面的微孔直徑大多在2～50 nm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500~1500 m²，活性炭的一切應用，幾乎都基于活性炭的這一特點。

正是基于這一點，所以在有機廢氣處理時使用顆粒活性炭，讓氣流通過活性炭層進行吸附，進而降低有機廢氣的濃度。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。

VOCs在活性炭中除了有物理吸附現象外，活性炭本身以及吸附的有機物還會與氧氣發生緩慢氧化，其較大的比表面積會也會加劇這一氧化的過程。此外當廢氣中含有一些不相容的化學物質時，其不相容反應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險。

參照以往發生過的活性炭箱、罐事故場景，多具備以下特征：

1、事故多發生在夏季高溫，事故當日氣溫較高，太陽直射時間較長，白天平均氣溫達到了32℃以上。

2、著火的活性炭吸附罐中的活性炭長時間未更換環，灰分雜質很多。

3、經過活性炭吸附罐的廢氣成分比較復雜。含有丙酮、乙酸乙酯、醇類、二氯甲烷、有機胺類以及酸性廢氣及堿性廢氣。

4、事故當天廢氣的濃度波動較大，均發生在低工況時，廢氣量減少，部分空氣直接進入了廢氣中。

結合事故發生時的現場調查、生產情況、以往異常情況分析，推測這幾起活性炭吸附罐著火和爆炸的直接原因：氣溫較高的情況下，工況復雜的廢氣經過活性炭處理（吸附）過程中發熱（物理和化學）。由于活性炭長時間未更換，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。導致其溫度達到活性炭的自燃點或溫度達到了混合有機物氣體的閃點。同時部分空氣進入廢氣中與可燃物形成爆炸性混合氣體，最終導致了事故的發生。（當然靜電也可能是一個可能的點燃源）

活性炭吸附是放熱過程，有機物的吸附和氧化會釋放出大量熱量。對于一些成分復雜的化合物（可能會發生不相容的反應而放熱），在活性炭表面上的吸附和反應會釋放出大量的熱量，尤其是如果廢氣中的化學品濃度很高時。其放熱過程能否達到著火點取決于最終的熱量平衡，即能否及時的將熱量轉移走。而在吸附過程中，熱移出的方式主要靠對流。對流不利（風量較小）的時候，熱量累計，碳床中的溫度將升高到其著火溫度，從而導致可燃廢氣混合物被點燃或活性炭自燃。

① 對于會產生高濃度有機廢氣的反應罐、貯罐、過濾器等設備，為避免與氧氣形成爆炸性混合物，最好采用氮封系統保護，并以正壓輸送方式輸送到廢氣總管。

② 確保有機廢氣的冷凝裝置滿足生產負荷，所有的廢氣組分必須經過有效的冷凝處理，降低有機氣體濃度。不相容的廢氣應單獨預處理后再排入吸附罐中吸附處理。

③ 活性炭選材：使用點火溫度高，灰分低的活性炭作為吸附材料，并且及時更換。

④ 條件允許的話對吸附裝置進行降溫。

⑤ 定期檢查處理裝置、廢氣管路是否有不完整漏風的情況，要保證管路不漏氣。

⑥ 吸附處理裝置前的廢氣管路安裝管路阻火器（阻爆轟型）；管路上(分段)安裝泄爆片，廢氣緩沖罐上安裝泄爆板，泄爆板要有固定裝置。

⑦ 吸附裝置內安裝噴淋滅火裝置，用來撲滅初期火災（或者直接加裝自來水管路）手動或自動開啟。（也可以用蒸汽）

⑧ 在吸附床層安裝溫度探頭，監測活性炭層的溫度發現異常時及時處置。

⑨ 應急反應與人員培訓。培訓人員發生火災時的應急處置能力，要能及時撲滅吸附處理裝置的火災，防止火災蔓延。