A környezetvédelmi előírások szigorodásával és a környezetvédelem iránti növekvő köztudattal a gőzvisszanyerő technológia jelentősége a petrolkémiai iparban egyre hangsúlyosabbá vált. Az aktív szén adszorpcióját, mint hatékony és gazdaságos gőzvisszanyerési technológiát széles körben alkalmazzák olyan területeken, mint az olajtároló létesítmények. A tényleges működés során azonban az aktívszén adszorpciós tartályban gyakran előfordul rendellenes hőmérséklet-emelkedés, ami komoly veszélyt jelent a rendszer biztonságos működésére és a visszanyerési hatékonyságra, és sürgős megoldást tesz szükségessé. Ennek a tanulmánynak az a célja, hogy alaposan megvizsgálja az aktívszén adszorpciós gőzvisszanyerő rendszerek rendellenes hőmérséklet-emelkedésének okait, és hatékony megelőzési és szabályozási stratégiákat javasol, amelyek referenciaként szolgálnak a gőzvisszanyerő rendszerek optimalizált tervezéséhez és biztonságos működéséhez.
1 Az aktívszén-adszorpciós gőzvisszanyerő eszközök áttekintése
Aktív szén adszorpciójagőzvisszanyerő eszközökelsősorban az aktív szén magas adszorpciós hatékonyságát használják fel az illékony szerves vegyületek (VOC) adszorbeálására és visszanyerésére. Az aktív szén adszorpciós technológia gőzvisszanyerő berendezésekben nyújtott előnyei miatt, mint például a nagy adszorpciós hatékonyság, erős alkalmazkodóképesség, gazdaságosság és stabil működés, széles körben alkalmazzák kész olajtároló létesítményekben, jelentős környezeti és gazdasági előnyökkel járva.
1.1 Folyamatfolyamat
Az aktív szén adszorpciós olajgőzvisszanyerő rendszerelsősorban előkezelő rendszerből (szűrők, hűtők stb.), adszorpciós rendszerből (adszorpciós tartályok, aktívszén-ágyrétegek, bemeneti rendszerek stb.), deszorpciós rendszerből (vákuumszivattyúk, stb.), visszanyerő rendszerből (mosótornyok stb.) és vezérlőrendszerből (PLC, érzékelők, műszerek stb.) áll.
1) A kipufogógáz az előkezelő rendszerbe kerül, ahol megszűrik és lehűtik, mielőtt az adszorpciós rendszerbe lépnének.
(2) A kipufogógáz belép az adszorpciós rendszerbe, ahol az illékony szerves vegyületeket az adszorpciós ágyban lévő aktív szén adszorbeálja, és a tisztított gáz kibocsátásra kerül.
(3) A kipufogógáz belép a deszorpciós rendszerbe. Amikor az aktív szén eléri az adszorpciós telítettséget, deszorpciós üzemmódba kapcsol a VOC-k deszorpciója érdekében.
(4) A kipufogógáz belép a visszanyerő rendszerbe, ahol a deszorpció után a magas -koncentrációjú VOC-gázt visszanyerik.
(5) A rendszervezérlő rendszer valós időben figyeli és módosítja a paramétereket az összes szakaszban, hogy biztosítsa a rendszer hatékony és stabil működését.
1.2 Működési elv
Az aktívszén adszorpciós olajgőz-visszanyerő rendszer alapvető működési elve az olajgőz-keverékek szelektív adszorbeálása aktív szén felhasználásával, a VOC-k elválasztása a kipufogógázból, majd a deszorpciós folyamat során a magas-koncentrációjú VOC kinyerése. A folyamat elsősorban adszorpciós, deszorpciós és visszanyerési szakaszból áll.
(1) Adszorpciós szakasz.
Az aktív szén egyedi fizikai és kémiai szerkezete alapján, amely lehetővé teszi a gázokban lévő szennyeződések (például szerves vegyületek és szagmolekulák) megkötését és rögzítését, amikor a VOC-t tartalmazó kipufogógáz szűrést és hűtést követően áthalad az aktívszén ágyon, az aktív szén hatékonyan adszorbeálja a VOC molekulákat, és a tisztított gáz a szabványnak megfelelően távozik. Az aktív szén adszorpciójának alapvető mechanizmusa két típusra osztható: fizikai adszorpcióra és kémiai adszorpcióra. A fizikai adszorpció a molekulák közötti van der Waals erők révén valósul meg. Adszorbeálják a molekulákat
(például VOC-k, pigmentek stb.) az aktív szén porózus szerkezete és nagy fajlagos felülete megragadja. A kémiai adszorpciót a felületi reakciók uralják. Az adszorbált molekulák kémiai kötéseket (például kovalens kötéseket, hidrogénkötéseket vagy ioncserét) képeznek az aktív szén felületén lévő funkciós csoportokkal, amelyek általában poláris molekulák (például nehézfém-ionok vagy savas gázok) adszorpciója során figyelhetők meg. A kőolajtároló létesítményekben az elsődleges szennyező anyagok a VOC-k, ahol a fizikai adszorpció dominál, de nem szabad figyelmen kívül hagyni a kémiai adszorpciót sem, különösen magas hőmérsékleti körülmények között vagy meghatározott funkcionális csoportok jelenlétében.
(2) Deszorpciós szakasz.
Miután az aktív szén eléri az adszorpciós telítettséget, az adszorbeált anyagoknak az aktív szén felületéről fizikai vagy kémiai módszerekkel történő deszorpciója kritikus lépés az aktív szén regenerálása és újrafelhasználása szempontjából. Az általános módszerek közé tartozik a termikus deszorpció, a nyomásdeszorpció és az elmozdulásos deszorpció. A nyomás alatti deszorpciót általában kőolajtároló létesítményekben alkalmazzák. Ez magában foglalja a rendszer nyomásának csökkentését berendezésekkel, például vákuumszivattyúkkal az aktívszén felületén lévő adszorbátum mennyiségének csökkentése érdekében. A nyomás csökkentése után az adszorpciós egyensúly megbomlik, és az adszorbált molekulák deszorbeálódnak az aktivált molekulákról.
szén felület.
(3) Helyreállítási szakasz.
A magas-koncentrációjú VOC-gáz a deszorpció után a visszanyerő rendszerbe kerül, ahol olyan módszerekkel nyerhető vissza, mint például abszorpció, kondenzáció vagy membránleválasztás a környezetszennyezés és az erőforrás-pazarlás csökkentése érdekében. A fizikai abszorpciót általában a kész olajtároló létesítményekben használják, ahol a nagy-koncentrációjú VOC-gázok ellenáramban érintkeznek egy abszorbenssel. Az elválasztás az abszorbensben (például a benzinben) lévő VOC-k oldhatóságának különbségének felhasználásával valósul meg, aminek hatására a VOC-ok feloldódnak az abszorbensben.
2 Rendellenes hőmérséklet-emelkedés az aktív szénben és annak veszélyei
Az aktív szén normál üzemi hőmérséklet-tartománya általában 40-60 fok. Ezen a hőmérséklet-tartományon belül az aktív szén magas adszorpciós kapacitást és gyors adszorpciós sebességet tart fenn. A tényleges használat során azonban
az aktívszén ágy hőmérséklete jelentősen meghaladhatja a normál üzemi hőmérsékletet. A hőmérséklet-emelkedés mértéke és sebessége alapján a kóros hőmérséklet-emelkedés két típusba sorolható: lassú hőmérséklet-emelkedés és gyors hőmérséklet-emelkedés. A lassú hőmérséklet-emelkedést gyakran az aktív szén öregedése vagy nyomokban felhalmozódó szennyeződések okozzák, jellemzően az aktívszén réteg hőmérsékletének fokozatos, 1-3 fok/óra sebességgel történő emelkedésében nyilvánul meg, amely órákon vagy napokon belül veszélyes szintet érhet el; A gyors hőmérséklet-emelkedést gyakran helyi adszorpciós hőkoncentráció vagy ellenőrizetlen exoterm reakciók (például olefin polimerizáció vagy kénvegyületek oxidációja) okozzák, amelyet perceken belül 10 fok feletti hőmérséklet-emelkedés jellemez, folyamatos gyors emelkedéssel, amely perceken vagy órákon belül veszélyes szintet érhet el.
Az aktív szén kóros hőmérséklet-emelkedésének formájától függetlenül, ha a hőmérséklet túllép egy bizonyos küszöbértéket, az olyan kóros jelenségekkel jár, mint az aktív szén adszorpciós képességének csökkenése, az ágynyomás ingadozása és a túlzott kipufogógáz-kibocsátás, és akár biztonsági problémákhoz is vezethet, mint például a spontán égés. A veszélyek elsősorban a következő három vonatkozásban nyilvánulnak meg.
(1) A működési hatékonyság csökkenése.
A hőmérséklet emelkedése csökkenti az aktív szén adszorpciós képességét. Az adszorpciós termodinamika elmélete szerint a fizikai adszorpció exoterm folyamat, és az adszorpciós kapacitás a hőmérséklet emelkedésével csökken. A kísérleti adatok statisztikái azt mutatják, hogy az ágyhőmérséklet minden 10 fokos emelésekor az aktív szén adszorpciós kapacitása az illékony szerves vegyületek, például a benzol és a toluol esetében 10-17%-kal csökken, ami a rendszer visszanyerési hatékonyságának csökkenéséhez, sőt a kibocsátási szabványok túllépéséhez vezethet.
növeli a környezetvédelmi szankciók kockázatát.
(2) A berendezés károsodása.
A hőmérséklet-emelkedés lokális túlmelegedést okozhat az adszorpciós tartályokban (pl. hegesztési varratoknál), ami hőfeszültség-korrózióhoz, csökkentett nyomásállósághoz és a deszorpció során a vákuumszint elérésének képtelenségéhez, sőt a tartály szerkezeti deformációjához és repedéséhez vezethet; a deszorpció során az ágyrétegből felhevült olajgőzök károsíthatják a vákuumszivattyúkat; A 200 fokot meghaladó hőmérséklet az aktívszén mikropórusos szerkezetek összeomlását okozhatja, 40%-kal csökkentve a fajlagos felületet.
60%, a jódérték pedig 400 mg/g-ra csökken, ami az aktív szén dezaktiválásához vezet.
(3) Fokozott biztonsági kockázatok.
Ha az ágyréteg hőmérséklete meghaladja az aktív szén öngyulladási pontját, az nyílt lángot okozhat. Ha a tartály belsejében a párakoncentráció eléri a robbanási határt, az is fellángolásos balesethez vezethet. A veszélyes vegyszereket gyártó és raktározó cégek hasonló tipikus baleseteket éltek át az aktív szén abnormális hőmérséklet-emelkedése miatt. Például 2021-ben egy finomítóban a deszorpciós hőmérséklet helytelen beállítása miatt (180 fokra állított, 120 fokos tervezési értékkel) balesetet szenvedett, aminek következtében az aktívszén ágy hőmérséklete 3 órán belül 250 fokra emelkedett, aminek következtében a tartály megrepedt, a VOC szivárgás 1,2 tonnával meghaladta a közvetlen gazdasági veszteséget, és
5 millió jüan. 2019-ben a kénvegyületek felhalmozódtak és oxidálódtak az aktív szén felületén egy kőolajtárolóban, ami spontán égést váltott ki egy 310 fokos helyi forró ponton. A tűz átterjedt a szomszédos tárolótartályokra, az oltás 72 órát vett igénybe.
