工業(yè)廢氣種類繁多,主要包括有機(jī)廢氣、燃料廢氣、粉塵廢氣、酸霧廢氣、油煙等。工業(yè)廢氣根據(jù)其排風(fēng)量、溫度、濃度及本身化學(xué)物理性質(zhì),其治理方法各不相同,有機(jī)廢氣采用活性炭纖維有機(jī)廢氣凈化器、催化燃燒、RTO、低溫低離子、光催化氧化等;酸堿廢氣采用酸堿中和方法,酸堿廢氣凈化塔;硅烷廢氣一般采用不銹鋼硅烷燃燒塔處理;惡臭廢氣處理一般采用生物除臭以及光催化氧化或者活性炭吸附等。
以VOCs治理為例,目前常見(jiàn)的VOCs末端治理工藝有蓄熱式燃燒(RTO)、催化燃燒(RCO)、直接燃燒(TO)、活性炭吸附脫附、低溫等離子等。但VOCs廢氣成分復(fù)雜,通常為多種易燃易爆的混合有機(jī)氣體,前期的技術(shù)工藝選擇不到位或這些裝置的投入使用不加以專業(yè)管理和控制,往往會(huì)帶來(lái)新的安全隱患。比如低溫等離子裝置電暈放電著火問(wèn)題;RTO裝置爆炸問(wèn)題;活性炭裝置自燃以及危廢處理問(wèn)題。
低溫等離子體處理VOCs事故案例
低溫等離子體是通過(guò)電子束照射、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、沿面放電、輝光放電、孤光放電、微波放電、射頻放電等方式產(chǎn)生的,而低溫等離子體處理VOCs電極結(jié)構(gòu)形式主要為電暈放電和介質(zhì)阻擋放電,且兩者放電的原理都是高壓放電,在處理易燃易爆的揮發(fā)性有機(jī)物氣體及所處電氣防爆區(qū)域使用,都極其危險(xiǎn)。所以,原國(guó)家環(huán)保部2013第31號(hào)文《揮發(fā)性有機(jī)物污染防治技術(shù)政策》第27條明確規(guī)定,使用低溫等離子技術(shù)要注意爆炸、火災(zāi)等安全因素。
依據(jù):《揮發(fā)性有機(jī)物污染防治技術(shù)政策》
01事故案例
2017年6月20日,某樹(shù)脂有限公司在安裝調(diào)試環(huán)保設(shè)備過(guò)程中,發(fā)生一起爆炸事故,造成環(huán)保設(shè)備安裝調(diào)試人員2人當(dāng)場(chǎng)死亡、2人受傷。
02事故原因
合成樹(shù)脂生產(chǎn)廢氣的排放環(huán)節(jié)主要有:
①原料投加及投料孔(處)若密閉性不好,原料投加過(guò)程將會(huì)發(fā)生逸漏,逸漏出來(lái)的物質(zhì)無(wú)組織揮發(fā)、擴(kuò)散;
②聚合反應(yīng)過(guò)程中未參與反應(yīng)的原料和有機(jī)溶劑將以廢氣形式排出反應(yīng)釜,未參與反應(yīng)的原料以及有機(jī)溶劑將從廢氣排放口處排出,有組織揮發(fā)、擴(kuò)散;
③產(chǎn)品及中間產(chǎn)品卸放時(shí),若密閉性不好,或卸放過(guò)程自動(dòng)化水平不高,將會(huì)發(fā)生逸漏,逸漏出來(lái)的物質(zhì)無(wú)組織揮發(fā)、擴(kuò)散;
④原料和有機(jī)溶劑儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生泄漏,以及原料和溶劑儲(chǔ)罐發(fā)生大、小呼吸排氣,作無(wú)組織揮發(fā)和擴(kuò)散。由此可見(jiàn)未聚合的物料、溶劑的不凝氣及樹(shù)脂粉塵均可能引起爆炸。
該樹(shù)脂有限公司使用的低溫等離子體廢氣處理設(shè)備,屬于電暈放電,其原理是當(dāng)氣體擊穿后絕緣破壞,其內(nèi)阻降低,放電迅速越過(guò)自持電流區(qū)后便立即出現(xiàn)電極間電壓減小的現(xiàn)象,并同時(shí)在電極周?chē)a(chǎn)生昏暗輝光。
從事故調(diào)查結(jié)論可以看出,低溫等離子體廢氣處理設(shè)備未采取濃度高高聯(lián)鎖,當(dāng)入口廢氣濃度達(dá)到爆炸下限時(shí),設(shè)備尚可啟動(dòng)運(yùn)行。從事故現(xiàn)場(chǎng)照片可以看出,低溫等離子體廢氣處理設(shè)備為常壓設(shè)備,在爆炸后頂蓋完全掀起,側(cè)門(mén)全部頂開(kāi),設(shè)備本體不能承受內(nèi)部有機(jī)氣體或粉塵爆炸的超壓,發(fā)生爆炸時(shí)設(shè)備本體嚴(yán)重破壞,傷及旁邊正在調(diào)試的工作人員,導(dǎo)致2人當(dāng)場(chǎng)死亡、2人受傷。
03安全建議
①在低溫等離子體設(shè)備聯(lián)鎖方面,應(yīng)設(shè)置入口總烴濃度高低報(bào)警和高高聯(lián)鎖等措施;
②在低溫等離子體裝置運(yùn)行操作方面,放電之前必須對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的氣體用空氣或惰性氣體置換足夠時(shí)間,待反應(yīng)器內(nèi)氣體濃度低于爆炸下限的25%時(shí)方可啟動(dòng);
③在運(yùn)行過(guò)程中必須對(duì)入口廢氣濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的氣體濃度達(dá)到或超過(guò)爆炸下限的25%時(shí)必須進(jìn)行配風(fēng)稀釋。
活性炭處理技術(shù)及案例
活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭,活性炭表面的微孔直徑大多在2~50nm之間,有巨大的表面積,每克活性炭的表面積為500~1500m2,正是基于這一點(diǎn),在有機(jī)廢氣處理時(shí)使用顆粒活性炭,讓氣流通過(guò)活性炭層進(jìn)行吸附,進(jìn)而降低有機(jī)廢氣的濃度。吸附過(guò)程是放熱過(guò)程,有機(jī)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(jī)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(dāng)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(yīng)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(xiǎn)。
在工業(yè)廢氣處理的過(guò)程中,因?yàn)榛钚蕴课焦に嚤容^單一,所以會(huì)造成活性炭飽和的速度比較快,處理的效果也不夠穩(wěn)定。因此,在工業(yè)中大多情況下還會(huì)采取其他處理工藝相組合的方法,例如旋流板塔+UV光解+活性炭吸附、水噴淋+干式過(guò)濾器+活性炭吸附+催化燃燒等。
Smisek和Cerry研究了應(yīng)用含有再生裝置的活性碳吸附床著火狀況,當(dāng)含有酮類,醛類或相近化合物時(shí)。研究發(fā)現(xiàn)在吸附設(shè)備發(fā)生著火的狀況大多是由于生產(chǎn)狀況安排停機(jī)或機(jī)械故障關(guān)閉后發(fā)生。停機(jī)一段時(shí)間后,吸附系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)發(fā)生著火狀況,調(diào)查者把這種著火狀況歸于活性碳自發(fā)的氧化反應(yīng),當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有在完全冷卻的狀態(tài)下停機(jī),或者由于未關(guān)閉死的閥門(mén)扔滲入少量空氣進(jìn)到活性碳床,這些氣流卻足以引起氧化反應(yīng)所需。而且由于氧化導(dǎo)致的熱量散發(fā)較慢,在活性碳床的某個(gè)局部位置可能會(huì)引起活性碳的自燃。
01事故案例
事故①:某公司塑料PP材質(zhì)的廢氣緩沖罐(利舊,內(nèi)有活性炭,未識(shí)別到變更風(fēng)險(xiǎn))發(fā)生爆炸事故。爆炸導(dǎo)致緩沖罐整體被炸碎,部分碎片飛至周邊路面。沖擊波導(dǎo)致冷卻塔塔體剝離脫落、堿洗塔堿液管路泄漏;所幸當(dāng)時(shí)周邊沒(méi)有行人通過(guò),未造成人員傷害。
事故②:某公司2車(chē)間樓頂?shù)幕钚蕴课焦蓿◤U氣預(yù)處理)發(fā)生著火。所幸發(fā)現(xiàn)及時(shí),未造成嚴(yán)重的蔓延,消防隊(duì)前來(lái)將大火撲滅。
事故③:某公司1車(chē)間樓頂活性炭吸附罐(廢氣預(yù)處理)發(fā)生著火。因車(chē)間人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情,火勢(shì)在初期被撲滅。
結(jié)合事故發(fā)生時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、生產(chǎn)情況、以往異常情況分析,推測(cè)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(fù)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(zhǎng)時(shí)間未更換,灰分較高,床層散熱較差,不利于對(duì)流散熱。致使熱量在床層中積聚,在其中形成局部熱點(diǎn)。導(dǎo)致其溫度達(dá)到活性炭的自燃點(diǎn)或溫度達(dá)到了混合有機(jī)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(dǎo)致了事故的發(fā)生。
02安全建議
針對(duì)活性炭自燃的情況,為了防范活性炭火災(zāi)事故,首要考慮對(duì)活性炭進(jìn)行升級(jí)替換,比如采用沸石轉(zhuǎn)輪吸咐材料,沸石轉(zhuǎn)輪等吸咐材料屬于無(wú)機(jī)材料,天然的不燃性;設(shè)計(jì)階段,活性炭廢氣處理法設(shè)計(jì)前期輸入條件要準(zhǔn)確確認(rèn),對(duì)于含有酮類、醛類等有機(jī)物組分時(shí)需要特別注意;盡量避免采用活性炭廢氣處理法?;钚蕴繌U氣處理法廢氣處理設(shè)備的自控程序要完善,建議采用HAZOP分析法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及預(yù)防措施的分析。具體有以下幾點(diǎn)措施可以參考:
①確保有機(jī)廢氣的預(yù)處理裝置滿足生產(chǎn)負(fù)荷,所有的廢氣組分必須經(jīng)過(guò)有效的預(yù)處理,不相容的廢氣應(yīng)單獨(dú)預(yù)處理后再排入吸附罐中吸附處理;
②活性炭選材:使用點(diǎn)火溫度高,灰分低的活性炭作為吸附材料;
③條件允許的話對(duì)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,定期更換活性炭;
⑤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;
⑥吸附裝置內(nèi)安裝噴淋滅火裝置,用來(lái)?yè)錅绯跗诨馂?zāi);
⑦在吸附床層安裝溫度探頭,監(jiān)測(cè)活性炭層的溫度發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)處置;
⑧應(yīng)急反應(yīng)與人員培訓(xùn)。培訓(xùn)人員發(fā)生火災(zāi)時(shí)的應(yīng)急處置能力,要能及時(shí)撲滅吸附處理裝置的火災(zāi),防止火災(zāi)蔓延。
來(lái)源:VOCs減排工作站