1 前言
在醫藥化工行業(yè)，廢氣處理過(guò)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(guò)高，活性炭吸附在此時(shí)成為一個(gè)性?xún)r(jià)比可觀(guān)的選擇。成本的問(wèn)題是考慮到了，但是其中的安全風(fēng)險是否考慮到了呢？在考慮活性炭吸附裝置風(fēng)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(guò)程稱(chēng)為炭化），然后與氣體反應，表面被侵蝕，產(chǎn)生微孔發(fā)達的結構 （此過(guò)程稱(chēng)為活化）。由于活化的過(guò)程是一個(gè)微觀(guān)過(guò)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(wú)數細小孔隙。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(diǎn)。正是基于這一特點(diǎn)，所以在有機廢氣處理時(shí)使用顆?；钚蕴?，讓氣流通過(guò)活性炭層進(jìn)行吸附，進(jìn)而降低有機廢氣的濃度。而吸附過(guò)程是污染物分子被吸附到固體表面的過(guò)程，分子的自由能會(huì )降低。因此，吸附過(guò)程是放熱過(guò)程，所放出的熱稱(chēng)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象外，活性炭本身以及吸附的有機物還會(huì )與氧氣發(fā)生緩慢氧化，其較大的比表面積會(huì )也會(huì )加劇這一氧化的過(guò)程。此外當廢氣中含有一些不相容的化學(xué)物質(zhì)時(shí)，其不相容反應在活性炭的催化下也會(huì )加速。這些都是放熱的過(guò)程，同樣會(huì )引起活性炭的熱積聚風(fēng)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(guò)程中均遇到過(guò)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(guò)的一些吸附處理裝置事故調查說(shuō)明活性炭吸附裝置的燃爆風(fēng)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，內有活性炭，未識別到變更風(fēng)險）發(fā)生爆炸事故。爆炸導致緩沖罐整體被炸碎，RTO前端風(fēng)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(shí)周邊沒(méi)有行人通過(guò)，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(chē)間樓頂的活性炭吸附罐（廢氣預處理）發(fā)生著(zhù)火。所幸發(fā)現及時(shí)，消防隊前來(lái)將大火撲滅。
事故三：XX年7月XX日中午11點(diǎn)左右，某公司1車(chē)間樓頂活性炭吸附罐（廢氣預處理）發(fā)生著(zhù)火。因發(fā)現及時(shí)，火勢在初期被撲滅。
通過(guò)對這三起事故的調查，發(fā)現事故發(fā)生時(shí)均有以下類(lèi)似的幾點(diǎn)：
● 事故均發(fā)生在夏季高溫，事故當日氣溫較高，太陽(yáng)直射時(shí)間較長(cháng)。白天平均氣溫達到了32℃以上。
● 著(zhù)火的活性炭吸附罐中的活性炭長(cháng)時(shí)間未更換，灰分雜質(zhì)很多。
● 經(jīng)過(guò)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(lèi)、二氯甲烷、有機胺類(lèi)以及酸性廢氣及堿性廢氣。
● 事故當天廢氣的濃度波動(dòng)較大，均發(fā)生在低工況時(shí)，廢氣量減少，部分空氣直接進(jìn)入了廢氣中。
結合事故發(fā)生時(shí)的現場(chǎng)調查、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(zhù)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(guò)活性炭處理（吸附）過(guò)程中發(fā)熱（物理和化學(xué)）。由于活性炭長(cháng)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)，導致其溫度達到活性炭的自燃點(diǎn)或溫度達到了混合有機物氣體的閃點(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，最終導致了事故的發(fā)生（當然不排除靜電這個(gè)點(diǎn)火源）。
根據以上內容我們可以得知：由于活性炭吸附是放熱過(guò)程，有機物的吸附和氧化會(huì )釋放出大量的熱量。對于某些種類(lèi)成分復雜的化合物（可能會(huì )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(huì )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(guò)程能否達到著(zhù)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(guò)程中，熱移出的方式主要靠對流。當對流不利（風(fēng)量較?。r(shí)，熱量累積，碳床中的溫度將升高到其著(zhù)火溫度，從而導致活性炭自燃或點(diǎn)燃可燃廢氣混合物。
當我們了解了活性炭吸附裝置的風(fēng)險以后，可以根據實(shí)際情況，有的放矢，采取一些針對性的措施。總的來(lái)說(shuō)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(fēng)險降到可接受范圍內的。以下是一些建議措施：
● 對于會(huì )產(chǎn)生高濃度有機廢氣的反應罐、貯罐、過(guò)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。
● 確保有機廢氣的冷凝裝置滿(mǎn)足生產(chǎn)負荷，所有的廢氣組分必須經(jīng)過(guò)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(diǎn)火溫度高，灰分低的活性炭作為吸附材料；
● 條件允許的話(huà)對吸附裝置進(jìn)行降溫；
● 定期檢查處理裝置、廢氣管路是否有不完整漏風(fēng)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；
● 吸附裝置內安裝噴淋滅火裝置，用來(lái)?yè)錅绯跗诨馂模ɑ蛘咧苯蛹友b自來(lái)水管路）手動(dòng)或自動(dòng)開(kāi)啟（也可以用蒸汽）。
● 在吸附床層安裝溫度探頭，監測活性炭層的溫度發(fā)現異常時(shí)及時(shí)處置。
● 應急反應與人員培訓。培訓人員發(fā)生火災時(shí)的應急處置能力，要能及時(shí)撲滅吸附處理裝置的火災，防止火災蔓延。
