Çevresel düzenlemelerin giderek daha katı hale gelmesi ve çevrenin korunması konusunda kamuoyunun farkındalığının artmasıyla birlikte, petrokimya endüstrisinde buhar geri kazanım teknolojisinin önemi giderek daha fazla öne çıkıyor. Etkin ve ekonomik bir buhar geri kazanım teknolojisi olan aktif karbon adsorpsiyonu, petrol depolama tesisleri gibi alanlarda yaygın olarak uygulanmaktadır. Ancak fiili çalışma sırasında, aktif karbon adsorpsiyon tankında sıklıkla anormal sıcaklık artışı meydana gelir; bu durum, sistemin güvenli çalışması ve geri kazanım verimliliği açısından ciddi bir tehdit oluşturur ve acil çözüm gerektirir. Bu çalışma, aktif karbon adsorpsiyonlu buhar geri kazanım sistemlerinde anormal sıcaklık artışının nedenlerini kapsamlı bir şekilde araştırmayı ve buhar geri kazanım sistemlerinin optimize edilmiş tasarımı ve güvenli çalışması için referanslar sağlamak üzere etkili önleme ve kontrol stratejileri önermeyi amaçlamaktadır.
1 Aktif Karbon Adsorpsiyon buhar geri kazanım Cihazlarına Genel Bakış
Aktif karbon adsorpsiyonubuhar geri kazanım cihazlarıuçucu organik bileşikleri (VOC'ler) adsorbe etmek ve geri kazanmak için öncelikle aktif karbonun yüksek adsorpsiyon verimliliğinden yararlanır. Buhar geri kazanım cihazlarında aktif karbon adsorpsiyon teknolojisinin yüksek adsorpsiyon verimliliği, güçlü uyarlanabilirlik, ekonomik fizibilite ve istikrarlı çalışma gibi avantajlarından dolayı, bunlar bitmiş petrol depolama tesislerinde yaygın olarak uygulanmakta ve önemli çevresel ve ekonomik faydalar sağlamaktadır.
1.1 Süreç Akışı
Aktif karbon adsorpsiyon yağıbuhar geri kazanım sistemitemel olarak bir ön arıtma sistemi (filtreler, soğutucular vb.), bir adsorpsiyon sistemi (adsorpsiyon tankları, aktif karbon yatak katmanları, giriş sistemleri vb.), bir desorpsiyon sistemi (vakum pompaları vb.), bir geri kazanım sistemi (temizleme kuleleri vb.) ve bir kontrol sisteminden (PLC, sensörler ve cihazlar vb.) oluşur.
1) Egzoz gazı, adsorpsiyon sistemine girmeden önce filtrelendiği ve soğutulduğu ön arıtma sistemine girer.
(2) Egzoz gazı, VOC'lerin adsorpsiyon yatağındaki aktif karbon tarafından adsorbe edildiği ve arıtılmış gazın yayıldığı adsorpsiyon sistemine girer.
(3) Egzoz gazı desorpsiyon sistemine girer. Aktif karbon adsorpsiyon doygunluğuna ulaştığında, VOC'leri desorbe etmek için desorpsiyon moduna geçer.
(4) Egzoz gazı, yüksek-konsantrasyonlu VOC gazının desorpsiyondan sonra geri kazanıldığı geri kazanım sistemine girer.
(5) Sistem kontrol sistemi, sistemin verimli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için tüm aşamalarda parametreleri gerçek-zamanlı olarak izler ve ayarlar.
1.2 Çalışma Prensibi
Aktif karbon adsorpsiyonlu yağ buharı geri kazanım sisteminin temel çalışma prensibi, aktif karbon kullanarak yağ buharı karışımlarını seçici olarak adsorbe etmek, VOC'leri egzoz gazından ayırmak ve ardından yüksek-konsantrasyonlu VOC'leri desorpsiyon işlemi yoluyla geri kazanmaktır. Proses öncelikle adsorpsiyon, desorpsiyon ve geri kazanım aşamalarından oluşur.
(1) Adsorpsiyon aşaması.
Aktif karbonun, gazlardaki yabancı maddelerin (organik bileşikler ve koku molekülleri gibi) yakalanmasını ve sabitlenmesini sağlayan benzersiz fiziksel ve kimyasal yapısına dayanarak, VOC içeren egzoz gazı, filtreleme ve soğutma sonrasında aktif karbon yatağından geçtiğinde, aktif karbon, VOC moleküllerini etkili bir şekilde adsorbe eder ve arıtılmış gaz, standartlara uygun olarak deşarj edilir. Aktif karbon adsorpsiyonunun temel mekanizması iki tipe ayrılabilir: fiziksel adsorpsiyon ve kimyasal adsorpsiyon. Fiziksel adsorpsiyon, moleküller arasındaki van der Waals kuvvetleri aracılığıyla sağlanır. Adsorbat molekülleri
(VOC'ler, pigmentler vb. gibi) aktif karbonun gözenekli yapısı ve geniş spesifik yüzey alanı tarafından yakalanır. Kimyasal adsorpsiyonda yüzey reaksiyonları hakimdir. Adsorbat molekülleri, aktif karbon yüzeyindeki fonksiyonel gruplarla kimyasal bağlar (kovalent bağlar, hidrojen bağları veya iyon değişimi gibi) oluşturur; bu, genellikle polar moleküllerin (ağır metal iyonları veya asidik gazlar gibi) adsorpsiyonunda gözlenir. Petrol depolama tesislerindeki birincil kirleticiler, fiziksel adsorpsiyonun hakim olduğu VOC'lerdir ancak özellikle yüksek-sıcaklık koşullarında veya belirli fonksiyonel grupların varlığında kimyasal adsorpsiyonun göz ardı edilmemesi gerekir.
(2) Desorpsiyon aşaması.
Aktif karbon adsorpsiyon doygunluğuna ulaştıktan sonra, fiziksel veya kimyasal yöntemler kullanılarak adsorbe edilmiş maddelerin aktif karbon yüzeyinden desorbe edilmesi işlemi, aktif karbonun yenilenmesi ve yeniden kullanımı için kritik bir adımdır. Yaygın yöntemler arasında termal desorpsiyon, basınç desorpsiyonu ve yer değiştirme desorpsiyonu bulunur. Basınçlı desorpsiyon, petrol depolama tesislerinde yaygın olarak kullanılır. Bu, aktif karbon yüzeyindeki adsorbat miktarını azaltmak için vakum pompaları gibi ekipmanlar kullanılarak sistem basıncının azaltılmasını içerir. Basınç azaltıldığında adsorpsiyon dengesi bozulur ve adsorbat molekülleri aktifleştirilmiş ortamdan desorbe olur.
karbon yüzeyi.
(3) Kurtarma aşaması.
Yüksek-konsantrasyonlu VOC gazı, desorpsiyondan sonra geri kazanım sistemine girer; burada çevre kirliliğini ve kaynak israfını azaltmak için emme, yoğunlaşma veya membranla ayırma gibi yöntemler kullanılarak geri kazanılabilir. Fiziksel absorpsiyon, yüksek-konsantrasyonlu VOC gazının bir emici ile ters akım temasına girdiği bitmiş petrol depolama tesislerinde yaygın olarak kullanılır. Ayırma, VOC'lerin emici madde (benzin gibi) içindeki çözünürlük farkından yararlanılarak, VOC'lerin emici içinde çözünmesine neden olunarak gerçekleştirilir.
2 Aktif karbonda anormal sıcaklık artışı ve tehlikeleri
Aktif karbon için normal çalışma sıcaklığı aralığı genellikle 40-60 derecedir. Bu sıcaklık aralığında aktif karbon, yüksek adsorpsiyon kapasitesini ve hızlı adsorpsiyon oranlarını korur. Ancak fiili kullanımda,
aktif karbon yatağının sıcaklığı normal çalışma sıcaklığını önemli ölçüde aşabilir. Sıcaklık artışının kapsamı ve hızına bağlı olarak anormal sıcaklık artışı iki türe ayrılabilir: yavaş sıcaklık artışı ve hızlı sıcaklık artışı. Yavaş sıcaklık artışı genellikle aktif karbonun yaşlanması veya eser miktardaki yabancı maddelerin birikmesinden kaynaklanır; tipik olarak aktif karbon yatak katmanı sıcaklığının saatte 1-3 derecelik bir hızla kademeli olarak artması ve potansiyel olarak saatler veya günler içinde tehlikeli seviyelere ulaşmasıyla kendini gösterir; Hızlı sıcaklık artışı genellikle lokalize adsorpsiyon ısı konsantrasyonundan veya kontrolsüz ekzotermik reaksiyonlardan (olefin polimerizasyonu veya kükürt bileşiği oksidasyonu gibi) kaynaklanır; bu, dakikalar içinde 10 derecenin üzerinde bir sıcaklık artışıyla karakterize edilir ve devam eden hızlı yükselişle dakikalar veya saatler içinde potansiyel olarak tehlikeli seviyelere ulaşır.
Aktif karbondaki anormal sıcaklık artışının şekli ne olursa olsun, sıcaklık belirli bir eşiği aştığında buna aktif karbon adsorpsiyon kapasitesinde azalma, yatak basıncında dalgalanmalar ve aşırı egzoz gazı emisyonları gibi anormal olaylar eşlik eder ve hatta kendiliğinden yanma gibi güvenlik sorunlarına yol açabilir. Tehlikeler öncelikle aşağıdaki üç hususta kendini göstermektedir.
(1) Operasyonel verimlilikte düşüş.
Sıcaklık artışları aktif karbonun adsorpsiyon kapasitesini azaltır. Adsorpsiyon termodinamiği teorisine göre, fiziksel adsorpsiyon ekzotermik bir işlemdir ve adsorpsiyon kapasitesi artan sıcaklıkla azalır. Deneysel veri istatistikleri, yatak sıcaklığındaki her 10 derecelik artışta, aktif karbonun benzen ve toluen gibi VOC'ler için adsorpsiyon kapasitesinin %10 ila %17 oranında azaldığını, bunun da sistemin geri kazanım verimliliğinin azalmasına ve hatta emisyon standartlarının aşılmasına neden olabileceğini göstermektedir.
çevresel ceza riskini artırıyor.
(2) Ekipman hasarı.
Sıcaklık artışları, adsorpsiyon tanklarında (örneğin kaynak dikişlerinde) lokal aşırı ısınmaya neden olabilir, bu da termal stres korozyonuna, basınç direncinin azalmasına ve desorpsiyon sırasında vakum seviyelerine ulaşılamamasına, hatta tankın yapısal deformasyonuna ve çatlamasına neden olabilir; desorpsiyon sırasında yatak katmanından çıkan ısıtılmış yağ buharları vakum pompalarına zarar verebilir; 200 dereceyi aşan sıcaklıklar, aktif karbon mikro gözenekli yapıların çökmesine neden olarak spesifik yüzey alanını %40 oranında azaltabilir.
%60 ve iyot değerinin 400 mg/g'a düşmesi aktif karbonun deaktivasyonuna yol açmaktadır.
(3) Artan emniyet riskleri.
Yatak katmanı sıcaklığı aktif karbonun kendiliğinden tutuşma noktasını aştığında açık alevlere neden olabilir. Tankın içindeki buhar konsantrasyonunun patlama sınırına ulaşması da parlama kazasına yol açabilir. Tehlikeli kimyasal üretim ve depolama şirketleri, aktif karbondaki anormal sıcaklık artışları nedeniyle benzer tipik kazalar yaşamıştır. Örneğin, 2021 yılında bir rafineride yanlış desorpsiyon sıcaklığı ayarı (180 dereceye ayarlanmış, tasarım değeri 120 derece) nedeniyle bir kaza yaşanmış, aktif karbon yatak sıcaklığının 3 saat içinde 250 dereceye yükselmesine neden olmuş, tankta çatlama, 1,2 tonluk VOC sızıntısı ve 1,2 tonluk doğrudan ekonomik kayıplar yaşanmıştır.
5 milyon yuan. 2019 yılında, bir petrol depolama tesisinde aktif karbonun yüzeyinde kükürt bileşikleri birikerek oksitlendi ve 310 derecelik yerel bir sıcak noktada kendiliğinden yanmayı tetikledi. Yangın bitişikteki depolama tanklarına sıçradı ve söndürülmesi 72 saat sürdü.
