由于吸附劑表面存在著未平衡和未飽和的分子引力或化學鍵力，當氣體與吸附劑表面接觸時，氣體分子就能被吸附劑所吸引并在其表面濃聚，從而使廢氣的污染物與空氣相分離，達到凈化的目的。根據作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學吸附，有機廢氣吸附-脫附主要以物理吸附為主。吸附-脫附主要有預處理系統、吸附系統、脫附系統、冷凝系統和干燥系統組成，典型的“一級吸附-脫附”工藝如圖1所示。

尾氣經收集后輸送至吸附-脫附系統，首先經預處理系統（如冷凝、吸收、過濾）去除廢氣中的水汽、腐蝕性物質及顆粒物，防止末端設備腐蝕和吸附劑堵塞，同時降低末端負荷；然后流經吸附床，廢氣中的污染物吸附在吸附劑上，凈化達標后高空排放；吸附劑飽和后通過閥門切換至另一吸附床，飽和后的吸附劑采用低壓水蒸氣高溫解析再生，污染物氣化并脫離吸附劑，隨水蒸氣進入冷凝系統，并在貯槽中分層為水相和油相，其中水相送污水站處理，油相即有機溶劑，精制后可回收套用；再生后的吸附劑殘有大氣水分，影響吸附效率，需要通過空氣進行干燥，干燥后的吸附床等待另一吸附床飽和；最后循環往復，自動切換，吸附床狀態及順序如表1所示。

吸附-脫附系統運行的好壞與吸附質（廢氣）、吸附劑、脫附介質、冷媒等因素的特性息息相關。關于吸附劑常見的有活性炭、炭纖維、分子篩、樹脂、硅膠等，其中由于活性炭具有較大的比表面積，豐富的孔徑結構，且價格相對低廉，極具性價比；關于脫附介質常采用水蒸氣、氮氣等。而采用活性炭作為吸附劑、水蒸氣作為脫附介質技術最為成熟，應用也最為廣泛。但由于吸附是有機廢氣積聚、濃度提升的過程，且空間狹小，有機廢氣易燃等因素，燃爆事件時有發生，然國內目前缺乏公開的吸附-脫附系統安全性分析及事故防范相關文獻。筆者根據多年的廢氣治理工程經驗及安全事故調查工作，對有機廢氣活性炭吸附-脫附系統的安全性進行分析和燃爆事故預防。

安全性分析

吸附-脫附的主要工序有吸附、解析、干燥和等待四個過程，本文從過程角度分析有機廢氣活性炭吸附-脫附系統的安全性。

2.1 吸附過程

經預處理后的廢氣進入吸附罐，廢氣中的有機物附著于活性炭上，隨著吸附時間的延長，罐內的有機物越積越多；同時由于吸附罐體積有限，廢氣中又混有空氣或氧氣，罐內的混合氣體往往處于可燃物的爆炸極限范圍之內或高于可燃物的爆炸上限（可燃）。吸附罐內的活性炭和有機物均為可燃物，所以，一旦遇到高溫、靜電、火花等，即能觸發安全事故，吸附過程也是發生事故最多的環節。吸附-脫附系統裝置通常采用金屬材質制作，一般會做好防雷接地工作，靜電因素導致的安全事故極少；罐體、管路及閥門等密封性較好，且吸附罐前設有阻火器，罐內可燃物幾乎不與外界接觸，火花引起的吸附-脫附系統的事故可能性甚微；通常吸附過程中發生事故主要由高溫引起。吸附屬于放熱過程，而活性炭本身導熱性能很差，加之吸附罐裝有保溫，產生的吸附熱大部分會被流經炭床的潔凈氣帶走，但炭床的溫度隨著吸附時間的增加而升高，同時，炭床堆積的不均勻時不利于熱量疏散；煤基活性炭往往含有金屬雜質，在炭的活化過程中形成微量炭基金屬氧化物催化劑，廢氣中的某些成分發生化學反應，并放出大量熱；有機廢氣中的丙酮、環己烷、四氫呋喃、甲縮醛等物質，易在空氣中形成過氧化物或超氧化物，這些過氧化物在室溫下即可自燃或氧化，并發出大量化學熱；一旦熱量未能及時導出，炭床溫度達到可燃物的起燃溫度，應急措施未安裝或不及時響應便可引發安全事故。

2.2 解析過程

當炭床吸附飽和之后，需要采用高溫水蒸氣或氮氣進行脫附，從而使炭床恢復吸附性能。在通入水蒸氣前往往會通入氮氣對炭床內的空氣進行置換，即便不通入氮氣或不采用熱氮脫附，解析時罐體內充滿大量水蒸氣，幾乎沒有氧氣，炭床不具備燃爆條件，故解析過程中安全事故鮮有發生。

2.3 干燥過程

解析后的炭床含有大量水汽，嚴重影響系統的吸附效率，需要通入干燥空氣對炭床進行干燥。為縮短干燥時間，往往對干燥氣進行加熱，換熱器設置不合理時，空氣溫度過高，常引起炭床起火；此外，解析不徹底，或支撐腐蝕炭床坍塌形成局部死角等，炭床內仍殘余大量有機物，也會造成炭罐的燃爆。

2.4 等待過程

經干燥冷卻后的罐體在另一炭床吸附飽和之前，一直處于等待狀態，該過程罐體閥門關閉，炭床內無有機物，不具備燃爆條件。因此，該過程通常不會發生安全事故。

事故防范

1）靜電導出及防雷接地：廢氣在管道、炭床內流通摩擦易形成靜電，系統設計須考慮靜電導出，包括炭床內靜電導出桿和整體設備的靜電接地，儀表選型嚴格按國家規范執行。

2）溫度監控：系統設計應有多斷面、多點位的溫度監測系統，并與控制系統的PLC相連，PLC對所有溫度信號進行判斷并采取相應措施。

3）控制吸附時間：由于吸附過程是罐體內有機廢氣積聚濃度升高過程，應嚴格控制吸附工序時間，即達到一定時間即便炭床未穿透，強制進入脫附工序，以防局部空間形成爆炸極限，根據筆者經驗，吸附時間不宜超過24h。

4）吸附劑選擇及處理：選擇正規廠家生產的高純度活性炭，防止活性炭雜質過多形成自催化，尤其是用于易形成過氧化物的有機廢氣的治理；使用甲磺酸等溶劑對活性炭進行處理改性，降低活性炭自燃點，阻燃易爆。

5）氮氣保護：氮氣閥門與解析工序及溫度監控連鎖，進入解析工序后，先開啟氮氣系統，對穿透炭床進行置換，再開啟蒸汽閥進行解析，防止炭床內飽和有機廢氣遇到高溫蒸汽發生燃爆；當炭床溫度高于設定值，氮氣閥自動開啟，抑燃；或使用熱氮作為加熱解析的脫附劑。

6）緊急降溫：由降溫水管路、水噴淋系統和自動閥門組成，當炭床溫度高于設定值，開啟氮氣保護的同時，緊急降溫系統啟動進行降溫或滅火；該吸附器立即進入脫附狀態進行冷卻，有效防止吸附芯自燃；并立即開啟三通放空閥使之與車間設備隔離。此外，蒸汽閥也可同時開啟，即強制執行解析，三重保護，有效防止炭床自燃。

04結語

通過對有機廢氣活性炭吸附-脫附系統運行過程中可能發生燃爆事故的原因進行分析，針對性提出靜電導出、溫度監控、吸附時間控制、吸附劑選擇及處理、氮氣保護和緊急降溫等系統設計中應考慮的事故防范措施。對活性炭吸附-脫附系統裝置的設計生產和事故預防提供借鑒。

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