1 前言
在醫(yī)藥化工行業(yè)，廢氣處理過程中廣泛使用到活性炭吸附裝置。尤其在VOCS治理方面，部分公司由于資金有限，RTO蓄熱焚燒等處置方式成本過高，活性炭吸附在此時成為一個性價比可觀的選擇。成本的問題是考慮到了，但是其中的安全風險是否考慮到了呢？在考慮活性炭吸附裝置風險前，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。活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，是將有機原料（果殼、煤、木材等）在隔絕空氣的條件下加熱，以減少非碳成分（此過程稱為炭化），然后與氣體反應，表面被侵蝕，產(chǎn)生微孔發(fā)達的結(jié)構(gòu) （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(shù)細小孔隙。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500~1500㎡，活性炭的一切應用，幾乎都基于活性炭的這一特點。正是基于這一特點，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。有機廢氣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。此外當廢氣中含有一些不相容的化學物質(zhì)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。
2 三起典型事故案例
在我工作的這些年，以及同行交流過程中均遇到過活性炭吸附裝置燃爆或廢活性炭自燃的事故。下面我就以曾經(jīng)接觸過的一些吸附處理裝置事故調(diào)查說明活性炭吸附裝置的燃爆風險。事故一：XX年8月XX日上午，某公司RTO廢氣焚燒爐塑料PP材質(zhì)廢氣緩沖罐（利舊，內(nèi)有活性炭，未識別到變更風險）發(fā)生爆炸事故。爆炸導致緩沖罐整體被炸碎，RTO前端風管斷裂，部分碎片飛至周邊路面。
事故照片
沖擊波導致RTO冷卻塔塔體剝離脫落、堿洗塔堿液管路泄漏；所幸當時周邊沒有行人通過，未造成人員傷害。
事故照片
事故二：XX年7月XX日下午下班后，某公司2車間樓頂?shù)幕钚蕴课焦蓿◤U氣預處理）發(fā)生著火。所幸發(fā)現(xiàn)及時，消防隊前來將大火撲滅。
事故三：XX年7月XX日中午11點左右，某公司1車間樓頂活性炭吸附罐（廢氣預處理）發(fā)生著火。因發(fā)現(xiàn)及時，火勢在初期被撲滅。
通過對這三起事故的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生時均有以下類似的幾點：
● 事故均發(fā)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。
● 著火的活性炭吸附罐中的活性炭長時間未更換，灰分雜質(zhì)很多。
● 經(jīng)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。
● 事故當天廢氣的濃度波動較大，均發(fā)生在低工況時，廢氣量減少，部分空氣直接進入了廢氣中。
結(jié)合事故發(fā)生時的現(xiàn)場調(diào)查、生產(chǎn)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(jīng)過活性炭處理（吸附）過程中發(fā)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(fā)生（當然不排除靜電這個點火源）。
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雜的化合物（可能會發(fā)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移走。而在吸附過程中，熱移出的方式主要靠對流。當對流不利（風量較小）時，熱量累積，碳床中的溫度將升高到其著火溫度，從而導致活性炭自燃或點燃可燃廢氣混合物。
當我們了解了活性炭吸附裝置的風險以后，可以根據(jù)實際情況，有的放矢，采取一些針對性的措施。總的來說還是從阻止形成燃燒三要素的角度出發(fā)，從源頭設計，工程和管理措施上去發(fā)力，最終還是可以將吸附裝置的風險降到可接受范圍內(nèi)的。以下是一些建議措施：
● 對于會產(chǎn)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(tǒng)保護，并以正壓輸送方式輸送到廢氣總管。
● 確保有機廢氣的冷凝裝置滿足生產(chǎn)負荷，所有的廢氣組分必須經(jīng)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；
● 使用點火溫度高，灰分低的活性炭作為吸附材料；
● 條件允許的話對吸附裝置進行降溫；
● 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；
● 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；
● 吸附裝置內(nèi)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）。
● 在吸附床層安裝溫度探頭，監(jiān)測活性炭層的溫度發(fā)現(xiàn)異常時及時處置。
● 應急反應與人員培訓。培訓人員發(fā)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。
