Met de toenemende strengheid van de milieuregelgeving en het groeiende publieke bewustzijn van milieubescherming is het belang van dampterugwinningstechnologie in de petrochemische industrie steeds prominenter geworden. Actieve kooladsorptie, als een efficiënte en economische dampterugwinningstechnologie, wordt op grote schaal toegepast op terreinen zoals olieopslagfaciliteiten. Tijdens de feitelijke werking treedt echter vaak een abnormale temperatuurstijging in de adsorptietank voor actieve kool op, wat een ernstige bedreiging vormt voor de veilige werking van het systeem en de terugwinningsefficiëntie, waardoor een dringende oplossing noodzakelijk is. Deze studie heeft tot doel de oorzaken van abnormale temperatuurstijgingen in dampterugwinningssystemen met actieve kooladsorptie grondig te onderzoeken en effectieve preventie- en controlestrategieën voor te stellen om referenties te bieden voor het geoptimaliseerde ontwerp en de veilige werking van dampterugwinningssystemen.
1 Overzicht van apparaten voor dampterugwinning met actieve kooladsorptie
Actieve kooladsorptieapparaten voor dampterugwinningmaken voornamelijk gebruik van de hoge adsorptie-efficiëntie van actieve kool om vluchtige organische stoffen (VOS) te adsorberen en terug te winnen. Vanwege de voordelen van actieve kooladsorptietechnologie in apparaten voor dampterugwinning, zoals hoge adsorptie-efficiëntie, sterk aanpassingsvermogen, economische haalbaarheid en stabiele werking, worden ze op grote schaal toegepast in afgewerkte olieopslagfaciliteiten, wat aanzienlijke ecologische en economische voordelen oplevert.
1.1 Processtroom
De actieve kooladsorptieoliedampterugwinningssysteembestaat voornamelijk uit een voorbehandelingssysteem (filters, koelers, enz.), een adsorptiesysteem (adsorptietanks, actieve koolbedlagen, inlaatsystemen, enz.), een desorptiesysteem (vacuümpompen, enz.), een terugwinningssysteem (scrubbertorens, enz.) en een controlesysteem (PLC, sensoren en instrumenten, enz.).
1) Uitlaatgas komt het voorbehandelingssysteem binnen, waar het wordt gefilterd en gekoeld voordat het het adsorptiesysteem binnengaat.
(2) Het uitlaatgas komt het adsorptiesysteem binnen, waar VOS worden geadsorbeerd door actieve kool in het adsorptiebed, en het gezuiverde gas wordt uitgestoten.
(3) Het uitlaatgas komt het desorptiesysteem binnen. Wanneer de actieve kool de adsorptieverzadiging bereikt, schakelt deze over naar de desorptiemodus om VOS te desorberen.
(4) Het uitlaatgas komt het terugwinningssysteem binnen, waar het VOS-gas met hoge-concentratie na desorptie wordt teruggewonnen.
(5) Het systeembesturingssysteem bewaakt en past parameters in realtime- in alle fasen aan om een efficiënte en stabiele werking van het systeem te garanderen.
1.2 Werkingsprincipe
Het belangrijkste werkingsprincipe van het oliedampterugwinningssysteem met actieve kooladsorptie is het selectief adsorberen van oliedampmengsels met behulp van actieve kool, het scheiden van VOC's uit het uitlaatgas en het vervolgens terugwinnen van VOC's met een hoge- concentratie via het desorptieproces. Het proces bestaat voornamelijk uit adsorptie-, desorptie- en herstelfasen.
(1) Adsorptiefase.
Gebaseerd op de unieke fysische en chemische structuur van actieve kool, die het opvangen en fixeren van onzuiverheden in gassen (zoals organische verbindingen en geurmoleculen) mogelijk maakt, adsorbeert de actieve kool, wanneer uitlaatgas dat VOC's bevat, na filtratie en koeling door het actieve koolbed stroomt, effectief VOC-moleculen en wordt het gezuiverde gas afgevoerd in overeenstemming met de normen. Het kernmechanisme van adsorptie van actieve kool kan in twee typen worden verdeeld: fysieke adsorptie en chemische adsorptie. Fysische adsorptie wordt bereikt door van der Waals-krachten tussen moleculen. Adsorbeer moleculen
(zoals VOS, pigmenten, enz.) worden opgevangen door de poreuze structuur en het grote specifieke oppervlak van actieve kool. Chemische adsorptie wordt gedomineerd door oppervlaktereacties. Adsorbaatmoleculen vormen chemische bindingen (zoals covalente bindingen, waterstofbruggen of ionenuitwisseling) met functionele groepen op het geactiveerde koolstofoppervlak, wat vaak wordt waargenomen bij de adsorptie van polaire moleculen (zoals zware metaalionen of zure gassen). De belangrijkste verontreinigende stoffen in opslagfaciliteiten voor aardolie zijn VOC's, waar fysieke adsorptie domineert, maar chemische adsorptie mag niet over het hoofd worden gezien, vooral onder hoge -temperaturen of in de aanwezigheid van specifieke functionele groepen.
(2) Desorptiefase.
Nadat actieve kool de adsorptieverzadiging heeft bereikt, is het proces van het desorberen van geadsorbeerde stoffen van het actieve kooloppervlak met behulp van fysische of chemische methoden een cruciale stap voor regeneratie en hergebruik van actieve kool. Gebruikelijke methoden zijn onder meer thermische desorptie, drukdesorptie en verplaatsingsdesorptie. Drukdesorptie wordt vaak gebruikt in opslagfaciliteiten voor aardolie. Dit omvat het verlagen van de systeemdruk met behulp van apparatuur zoals vacuümpompen om de hoeveelheid adsorbaat op het actieve kooloppervlak te verminderen. Zodra de druk is verlaagd, wordt het adsorptie-evenwicht verstoord en desorberen adsorbaatmoleculen uit het geactiveerde materiaal
koolstof oppervlak.
(3) Herstelfase.
Het VOS-gas met hoge- concentratie komt na desorptie het terugwinningssysteem binnen, waar het kan worden teruggewonnen met behulp van methoden zoals absorptie, condensatie of membraanscheiding om milieuvervuiling en verspilling van hulpbronnen te verminderen. Fysische absorptie wordt vaak gebruikt in voltooide olieopslagfaciliteiten, waar VOS-gas met een hoge-concentratie in tegenstroom in contact komt met een absorptiemiddel. De scheiding wordt bereikt door gebruik te maken van het verschil in oplosbaarheid van VOC's in het absorbens (zoals benzine), waardoor de VOC's in het absorbens oplossen.
2 Abnormale temperatuurstijging van actieve kool en de gevaren ervan
Het normale bedrijfstemperatuurbereik voor actieve kool is doorgaans 40-60 graden. Binnen dit temperatuurbereik behoudt actieve kool een hoge adsorptiecapaciteit en hoge adsorptiesnelheden. Bij daadwerkelijk gebruik zal echter
de temperatuur van het actieve koolbed kan de normale bedrijfstemperatuur aanzienlijk overschrijden. Op basis van de mate en snelheid van de temperatuurstijging kan abnormale temperatuurstijging in twee typen worden ingedeeld: langzame temperatuurstijging en snelle temperatuurstijging. Langzame temperatuurstijging wordt vaak veroorzaakt door veroudering van actieve kool of de ophoping van sporen van onzuiverheden, wat zich doorgaans manifesteert doordat de temperatuur van de actieve koolbedlaag geleidelijk stijgt met een snelheid van 1 à 3 graden per uur, en mogelijk binnen enkele uren of dagen een gevaarlijk niveau bereikt; Snelle temperatuurstijging wordt vaak veroorzaakt door plaatselijke adsorptiewarmteconcentratie of ongecontroleerde exotherme reacties (zoals olefinepolymerisatie of oxidatie van zwavelverbindingen), gekenmerkt door een temperatuurstijging van meer dan 10 graden binnen enkele minuten, met aanhoudende snelle stijging, die mogelijk binnen minuten of uren gevaarlijke niveaus bereikt.
Ongeacht de vorm van abnormale temperatuurstijging van actieve kool, wanneer de temperatuur een bepaalde drempel overschrijdt, gaat deze gepaard met abnormale verschijnselen zoals een afname van het adsorptievermogen van actieve kool, schommelingen in de beddruk en overmatige uitlaatgasemissies, en kan zelfs leiden tot veiligheidsproblemen zoals zelfontbranding. De gevaren komen vooral tot uiting in de volgende drie aspecten.
(1) Daling van de operationele efficiëntie.
Temperatuurstijgingen verminderen het adsorptievermogen van actieve kool. Volgens de theorie van de adsorptiethermodynamica is fysieke adsorptie een exotherm proces en neemt de adsorptiecapaciteit af bij toenemende temperatuur. Statistieken uit experimentele gegevens tonen aan dat voor elke 10 graden stijging van de bedtemperatuur het adsorptievermogen van actieve kool voor VOS zoals benzeen en tolueen met 10% tot 17% afneemt, wat kan leiden tot een verminderde terugwinningsefficiëntie van het systeem en zelfs de emissienormen kan overschrijden.
het risico op milieuboetes vergroot.
(2) Schade aan apparatuur.
Temperatuurstijgingen kunnen lokale oververhitting in adsorptietanks veroorzaken (bijvoorbeeld bij lasnaden), wat leidt tot thermische spanningscorrosie, verminderde drukweerstand en het onvermogen om vacuümniveaus te bereiken tijdens desorptie, of zelfs structurele vervorming en scheuren van de tank; tijdens desorptie kunnen verwarmde oliedampen uit de bedlaag vacuümpompen beschadigen; temperaturen boven de 200 graden kunnen ervoor zorgen dat de microporeuze structuren van actieve kool instorten, waardoor het specifieke oppervlak met 40% wordt verminderd–
60%, en een daling van het jodiumgehalte tot 400 mg/g, wat leidt tot de deactivering van actieve kool.
(3) Verhoogde veiligheidsrisico's.
Wanneer de temperatuur van de bedlaag het zelfontbrandingspunt van actieve kool overschrijdt, kan dit open vuur veroorzaken. Als de dampconcentratie in de tank de explosiegrens bereikt, kan dit ook leiden tot een deflagratie-ongeval. Gevaarlijke chemische productie- en opslagbedrijven hebben soortgelijke typische ongelukken meegemaakt als gevolg van abnormale temperatuurstijgingen in actieve kool. In 2021 kreeg een raffinaderij bijvoorbeeld een ongeval als gevolg van een onjuiste instelling van de desorptietemperatuur (ingesteld op 180 graden, met een ontwerpwaarde van 120 graden), waardoor de temperatuur van het actieve koolbed binnen 3 uur naar 250 graden steeg, wat resulteerde in het barsten van de tank, VOS-lekkage van 1,2 ton en directe economische verliezen van meer dan 1,2 ton.
5 miljoen yuan. In 2019 accumuleerden en oxideerden zwavelverbindingen op het oppervlak van actieve kool in een aardolieopslagfaciliteit, wat leidde tot spontane ontbranding op een lokale hotspot van 310 graden. De brand verspreidde zich naar aangrenzende opslagtanks en het blussen duurde 72 uur.
