Nenormalaus temperatūros kilimo aktyvintos anglies adsorbcijos garų regeneravimo įrenginiuose analizė ir prevencinės priemonės

Vis griežtėjant aplinkosaugos reguliavimui ir didėjant visuomenės informuotumui apie aplinkos apsaugą, garų regeneravimo technologijos svarba naftos chemijos pramonėje tapo vis svarbesnė. Aktyvuotos anglies adsorbcija, kaip efektyvi ir ekonomiška garų regeneravimo technologija, buvo plačiai taikoma tokiose srityse kaip naftos saugyklos. Tačiau faktinio veikimo metu aktyvintosios anglies adsorbcijos bake dažnai pakyla nenormali temperatūra, o tai kelia rimtą grėsmę saugiam sistemos veikimui ir atkūrimo efektyvumui, todėl reikia skubiai išspręsti problemą. Šiuo tyrimu siekiama nuodugniai ištirti nenormalaus temperatūros kilimo aktyvintos anglies adsorbcijos garų regeneravimo sistemose priežastis ir pasiūlyti veiksmingas prevencijos ir kontrolės strategijas, kurios padėtų optimizuoti garų regeneravimo sistemų projektavimą ir saugų veikimą.

Aktyvuotos anglies adsorbcijagarų regeneravimo įrenginiaipirmiausia naudoja aukštą aktyvintosios anglies adsorbcijos efektyvumą, kad adsorbuotų ir išgautų lakiuosius organinius junginius (LOJ). Dėl aktyvintos anglies adsorbcijos technologijos garų regeneravimo įrenginiuose privalumų, tokių kaip didelis adsorbcijos efektyvumas, didelis pritaikomumas, ekonominis pagrįstumas ir stabilus veikimas, jie plačiai taikomi gatavos naftos saugyklose, o tai duoda didelę naudą aplinkai ir ekonominei.

1.1 Proceso eiga

Aktyvuotos anglies adsorbcinis aliejusgarų regeneravimo sistemapirmiausia susideda iš pirminio apdorojimo sistemos (filtrų, aušintuvų ir kt.), adsorbcijos sistemos (adsorbcijos rezervuarų, aktyvintos anglies sluoksnių, įleidimo sistemų ir tt), desorbcijos sistemos (vakuuminių siurblių ir kt.), regeneravimo sistemos (plovimo bokštų ir kt.) ir valdymo sistemos (PLC, jutikliai ir prietaisai ir kt.).

1) Išmetamosios dujos patenka į išankstinio apdorojimo sistemą, kurioje prieš patenkant į adsorbcijos sistemą jos filtruojamos ir atšaldomos.

(2) Išmetamosios dujos patenka į adsorbcijos sistemą, kur LOJ adsorbuojami aktyvintosios anglies adsorbcijos sluoksnyje ir išskiriamos išvalytos dujos.

(3) Išmetamosios dujos patenka į desorbcijos sistemą. Kai aktyvuota anglis pasiekia adsorbcijos prisotinimą, ji persijungia į desorbcijos režimą, kad desorbuotų LOJ.

(4) Išmetamosios dujos patenka į regeneravimo sistemą, kur išgaunamos didelės -koncentracijos LOJ dujos po desorbcijos.

(5) Sistemos valdymo sistema stebi ir koreguoja parametrus realiuoju laiku-visuose etapuose, kad užtikrintų efektyvų ir stabilų sistemos veikimą.

1.2 Darbo principas

Pagrindinis aktyvintosios anglies adsorbcinės alyvos garų regeneravimo sistemos veikimo principas yra selektyviai adsorbuoti alyvos garų mišinius naudojant aktyvintąją anglį, atskiriant LOJ nuo išmetamųjų dujų, o tada per desorbcijos procesą atgaunant didelės-koncentracijos LOJ. Procesas visų pirma susideda iš adsorbcijos, desorbcijos ir atkūrimo etapų.

(1) Adsorbcijos etapas.

Remiantis unikalia aktyvintos anglies fizine ir chemine struktūra, leidžiančia sugauti ir fiksuoti dujose esančias priemaišas (pvz., organinius junginius ir kvapų molekules), kai išmetamosios dujos, kuriose yra LOJ, po filtravimo ir aušinimo praeina per aktyvuotos anglies sluoksnį, aktyvuota anglis efektyviai adsorbuoja LOJ molekules, o išvalytos dujos išleidžiamos pagal standartą. Pagrindinis aktyvintosios anglies adsorbcijos mechanizmas gali būti suskirstytas į du tipus: fizinę adsorbciją ir cheminę adsorbciją. Fizinė adsorbcija pasiekiama per van der Waals jėgas tarp molekulių. Adsorbuoti molekules

(pvz., LOJ, pigmentai ir t. t.) sulaiko porėtą struktūrą ir didelį aktyvintos anglies specifinį paviršiaus plotą. Cheminėje adsorbcijoje vyrauja paviršiaus reakcijos. Adsorbato molekulės sudaro cheminius ryšius (pvz., kovalentinius ryšius, vandenilio ryšius arba jonų mainus) su funkcinėmis grupėmis aktyvintosios anglies paviršiuje, dažniausiai stebimos polinių molekulių (pvz., sunkiųjų metalų jonų ar rūgščių dujų) adsorbcijos metu. Pagrindiniai teršalai naftos saugyklose yra LOJ, kur dominuoja fizinė adsorbcija, tačiau negalima pamiršti cheminės adsorbcijos, ypač esant aukštai temperatūrai arba esant specifinėms funkcinėms grupėms.

(2) Desorbcijos stadija.

Po to, kai aktyvintoji anglis pasiekia adsorbcijos prisotinimą, adsorbuotų medžiagų desorbavimo iš aktyvintos anglies paviršiaus fiziniais arba cheminiais metodais procesas yra esminis aktyvintosios anglies regeneravimo ir pakartotinio naudojimo etapas. Įprasti metodai apima terminę desorbciją, slėgio desorbciją ir poslinkio desorbciją. Slėgio desorbcija dažniausiai naudojama naftos saugyklose. Tai apima sistemos slėgio mažinimą naudojant įrangą, pvz., vakuuminius siurblius, kad sumažėtų adsorbato kiekis ant aktyvintos anglies paviršiaus. Sumažėjus slėgiui, adsorbcijos pusiausvyra sutrinka, o adsorbato molekulės desorbuojasi iš aktyvuotos

anglies paviršius.

(3) Atkūrimo etapas.

Didelės{0}}koncentracijos LOJ dujos po desorbcijos patenka į regeneravimo sistemą, kur jas galima regeneruoti naudojant tokius metodus kaip absorbcija, kondensacija arba membranos atskyrimas, siekiant sumažinti aplinkos taršą ir išteklių švaistymą. Fizinė absorbcija dažniausiai naudojama gatavos naftos saugyklose, kur didelės -koncentracijos LOJ dujos priešpriešiniu būdu kontaktuoja su absorbentu. Atskyrimas pasiekiamas naudojant LOJ tirpumo skirtumą absorbente (pvz., benzine), todėl LOJ ištirpsta absorbente.

2 Nenormalus aktyvintos anglies temperatūros kilimas ir jo keliami pavojai

Įprasta aktyvintosios anglies darbo temperatūros diapazonas paprastai yra 40–60 laipsnių. Šiame temperatūros diapazone aktyvuota anglis išlaiko aukštą adsorbcijos gebą ir greitą adsorbcijos greitį. Tačiau realiai naudojant,

aktyvintos anglies sluoksnio temperatūra gali gerokai viršyti įprastą darbinę temperatūrą. Atsižvelgiant į temperatūros padidėjimo mastą ir greitį, nenormalus temperatūros kilimas gali būti suskirstytas į du tipus: lėtas temperatūros kilimas ir greitas temperatūros kilimas. Lėtą temperatūros kilimą dažnai nulemia aktyvintosios anglies senėjimas arba priemaišų pėdsakų kaupimasis, paprastai pasireiškiantis aktyvintos anglies sluoksnio sluoksnio temperatūros pamažu kylant 1–3 laipsniais per valandą greičiu ir per kelias valandas ar dienas gali pasiekti pavojingą lygį; Spartų temperatūros kilimą dažnai sukelia vietinė adsorbcijos šilumos koncentracija arba nekontroliuojamos egzoterminės reakcijos (pvz., olefino polimerizacija arba sieros junginių oksidacija), kurioms būdingas temperatūros padidėjimas daugiau nei 10 laipsnių per kelias minutes, toliau sparčiai kylantis, galintis pasiekti pavojingą lygį per kelias minutes ar valandas.

Nepriklausomai nuo nenormalaus aktyvintosios anglies temperatūros kilimo formos, kai temperatūra viršija tam tikrą slenkstį, jį lydi nenormalūs reiškiniai, tokie kaip aktyvintos anglies adsorbcijos gebėjimo sumažėjimas, sluoksnio slėgio svyravimai ir per didelis išmetamųjų dujų kiekis, ir netgi gali kilti saugos problemų, tokių kaip savaiminis užsidegimas. Pavojai pirmiausia pasireiškia šiais trimis aspektais.

(1) Veiklos efektyvumo mažėjimas.

Temperatūros padidėjimas sumažina aktyvintos anglies adsorbcijos gebą. Pagal adsorbcijos termodinamikos teoriją fizinė adsorbcija yra egzoterminis procesas, o adsorbcijos pajėgumas mažėja didėjant temperatūrai. Eksperimentinių duomenų statistika rodo, kad kas 10 laipsnių padidėjus lovos temperatūrai, aktyvintos anglies, tokių kaip benzenas ir toluenas, adsorbcijos geba sumažėja 10–17 %, todėl gali sumažėti sistemos regeneravimo efektyvumas ir netgi viršyti išmetamųjų teršalų normas.

didinant aplinkos apsaugos nuobaudų riziką.

(2) Įrangos sugadinimas.

Temperatūros padidėjimas gali sukelti vietinį adsorbcijos rezervuarų perkaitimą (pvz., suvirinimo siūlėse), dėl ko gali atsirasti šiluminės įtampos korozija, sumažėti atsparumas slėgiui ir nesugebėjimas pasiekti vakuumo lygio desorbcijos metu arba net struktūrinė deformacija ir rezervuaro įtrūkimai; desorbcijos metu įkaitę alyvos garai iš sluoksnio sluoksnio gali pažeisti vakuuminius siurblius; aukštesnė nei 200 laipsnių temperatūra gali sukelti aktyvintos anglies mikroporingų struktūrų žlugimą, sumažinant specifinį paviršiaus plotą 40 %.

60%, o jodo vertės sumažėjimas iki 400 mg/g, todėl aktyvintoji anglis deaktyvuojama.

(3) Padidėjęs pavojus saugai.

Kai sluoksnio temperatūra viršija aktyvintosios anglies savaiminio užsidegimo tašką, gali kilti atvira liepsna. Jei garų koncentracija bako viduje pasiekia sprogimo ribą, tai taip pat gali sukelti deflagracijos avariją. Pavojingų cheminių medžiagų gamybos ir sandėliavimo įmonės patyrė panašių tipinių nelaimingų atsitikimų dėl nenormalaus aktyvintos anglies temperatūros padidėjimo. Pavyzdžiui, 2021 m. naftos perdirbimo gamykloje įvyko avarija dėl neteisingo desorbcijos temperatūros nustatymo (nustatyta 180 laipsnių, projektinė vertė 120 laipsnių), dėl kurios aktyvuotos anglies sluoksnio temperatūra per 3 valandas pakilo iki 250 laipsnių, dėl to rezervuaras įtrūko, LOJ nuotėkis viršija 1,2 tonos tiesioginius ekonominius nuostolius,

5 milijonai juanių. 2019 m. sieros junginiai kaupėsi ir oksidavosi ant aktyvintos anglies paviršiaus naftos saugykloje, sukeldami savaiminį užsidegimą vietinėje 310 laipsnių karščio taške. Gaisras persimetė į gretimus rezervuarus, o gesinti prireikė 72 valandų.