Con el creciente rigor de las regulaciones ambientales y la creciente conciencia pública sobre la protección del medio ambiente, la importancia de la tecnología de recuperación de vapor en la industria petroquímica se ha vuelto cada vez más prominente. La adsorción con carbón activado, como tecnología de recuperación de vapor eficiente y económica, se ha aplicado ampliamente en campos como las instalaciones de almacenamiento de petróleo. Sin embargo, durante el funcionamiento real, con frecuencia se produce un aumento anormal de la temperatura en el tanque de adsorción de carbón activado, lo que representa una grave amenaza para el funcionamiento seguro del sistema y la eficiencia de la recuperación, lo que requiere una resolución urgente. Este estudio tiene como objetivo investigar a fondo las causas del aumento anormal de temperatura en los sistemas de recuperación de vapor por adsorción de carbón activado y proponer estrategias efectivas de prevención y control para proporcionar referencias para el diseño optimizado y la operación segura de los sistemas de recuperación de vapor.
1 Descripción general de los dispositivos de recuperación de vapor por adsorción de carbón activado
Adsorción de carbón activadodispositivos de recuperación de vaporUtilizan principalmente la alta eficiencia de adsorción del carbón activado para adsorber y recuperar compuestos orgánicos volátiles (COV). Debido a las ventajas de la tecnología de adsorción de carbón activado en dispositivos de recuperación de vapor, como alta eficiencia de adsorción, gran adaptabilidad, viabilidad económica y operación estable, se aplican ampliamente en instalaciones de almacenamiento de petróleo terminado, lo que genera importantes beneficios ambientales y económicos.
1.1 Flujo del proceso
El aceite de adsorción de carbón activado.sistema de recuperación de vaporConsta principalmente de un sistema de pretratamiento (filtros, enfriadores, etc.), un sistema de adsorción (tanques de adsorción, capas de lecho de carbón activado, sistemas de entrada, etc.), un sistema de desorción (bombas de vacío, etc.), un sistema de recuperación (torres depuradoras, etc.) y un sistema de control (PLC, sensores e instrumentos, etc.).
1) Los gases de escape ingresan al sistema de pretratamiento, donde se filtran y enfrían antes de ingresar al sistema de adsorción.
(2) El gas de escape ingresa al sistema de adsorción, donde los COV son adsorbidos por el carbón activado en el lecho de adsorción y se emite el gas purificado.
(3) Los gases de escape ingresan al sistema de desorción. Cuando el carbón activado alcanza la saturación de adsorción, cambia al modo de desorción para desorber los COV.
(4) El gas de escape ingresa al sistema de recuperación, donde se recupera el gas de COV de alta-concentración después de la desorción.
(5) El sistema de control del sistema monitorea y ajusta los parámetros en tiempo-real en todas las etapas para garantizar un funcionamiento eficiente y estable del sistema.
1.2 Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento principal del sistema de recuperación de vapores de aceite por adsorción con carbón activado es adsorber selectivamente mezclas de vapores de aceite utilizando carbón activado, separando los COV de los gases de escape y luego recuperando los COV en alta-concentración mediante el proceso de desorción. El proceso consta principalmente de etapas de adsorción, desorción y recuperación.
(1) Etapa de adsorción.
Basado en la estructura física y química única del carbón activado, que permite la captura y fijación de impurezas en gases (como compuestos orgánicos y moléculas de olor), cuando los gases de escape que contienen COV pasan a través del lecho de carbón activado después de la filtración y el enfriamiento, el carbón activado adsorbe eficazmente las moléculas de COV y el gas purificado se descarga de acuerdo con las normas. El mecanismo central de la adsorción del carbón activado se puede dividir en dos tipos: adsorción física y adsorción química. La adsorción física se logra mediante fuerzas de van der Waals entre moléculas. Moléculas de adsorbato
(como COV, pigmentos, etc.) son capturados por la estructura porosa y la gran superficie específica del carbón activado. La adsorción química está dominada por reacciones superficiales. Las moléculas de adsorbato forman enlaces químicos (como enlaces covalentes, enlaces de hidrógeno o intercambio iónico) con grupos funcionales en la superficie del carbón activado, lo que se observa comúnmente en la adsorción de moléculas polares (como iones de metales pesados o gases ácidos). Los principales contaminantes en las instalaciones de almacenamiento de petróleo son los COV, donde predomina la adsorción física, pero no se debe pasar por alto la adsorción química, especialmente en condiciones de alta-temperatura o en presencia de grupos funcionales específicos.
(2) Etapa de desorción.
Una vez que el carbón activado alcanza la saturación de adsorción, el proceso de desorber las sustancias adsorbidas de la superficie del carbón activado mediante métodos físicos o químicos es un paso crítico para la regeneración y reutilización del carbón activado. Los métodos comunes incluyen la desorción térmica, la desorción por presión y la desorción por desplazamiento. La desorción por presión se utiliza comúnmente en instalaciones de almacenamiento de petróleo. Esto implica reducir la presión del sistema utilizando equipos como bombas de vacío para disminuir la cantidad de adsorbato en la superficie del carbón activado. Una vez que se reduce la presión, el equilibrio de adsorción se altera y las moléculas de adsorbato se desorben del activado.
superficie de carbono.
(3) Etapa de recuperación.
El gas de COV de alta-concentración después de la desorción ingresa al sistema de recuperación, donde se puede recuperar mediante métodos como la absorción, la condensación o la separación por membrana para reducir la contaminación ambiental y el desperdicio de recursos. La absorción física se utiliza comúnmente en instalaciones de almacenamiento de petróleo terminado, donde el gas de alta-concentración de COV entra en contacto a contracorriente con un absorbente. La separación se logra utilizando la diferencia de solubilidad de los COV en el absorbente (tal como gasolina), provocando que los COV se disuelvan en el absorbente.
2 Aumento anormal de la temperatura del carbón activado y sus peligros
El rango de temperatura de funcionamiento normal del carbón activado suele ser de 40 a 60 grados. Dentro de este rango de temperatura, el carbón activado mantiene una alta capacidad de adsorción y velocidades de adsorción rápidas. Sin embargo, en el uso real,
la temperatura del lecho de carbón activado puede exceder significativamente la temperatura de funcionamiento normal. Según el alcance y la tasa de aumento de temperatura, el aumento anormal de temperatura se puede clasificar en dos tipos: aumento lento de temperatura y aumento rápido de temperatura. El aumento lento de la temperatura a menudo es causado por el envejecimiento del carbón activado o la acumulación de trazas de impurezas, que generalmente se manifiesta como un aumento gradual de la temperatura de la capa del lecho de carbón activado a una velocidad de 1 a 3 grados/h, alcanzando niveles potencialmente peligrosos en horas o días; El rápido aumento de temperatura a menudo es causado por una concentración de calor de adsorción localizada o por reacciones exotérmicas incontroladas (como la polimerización de olefinas o la oxidación de compuestos de azufre), caracterizadas por un aumento de temperatura de más de 10 grados en cuestión de minutos, con un aumento rápido y continuo, alcanzando niveles potencialmente peligrosos en minutos u horas.
Independientemente de la forma anormal de aumento de temperatura en el carbón activado, cuando la temperatura excede un cierto umbral, va acompañada de fenómenos anormales como una disminución en la capacidad de adsorción del carbón activado, fluctuaciones en la presión del lecho y emisiones excesivas de gases de escape, e incluso puede conducir a problemas de seguridad como la combustión espontánea. Los peligros se manifiestan principalmente en los tres aspectos siguientes.
(1) Disminución de la eficiencia operativa.
Los aumentos de temperatura reducen la capacidad de adsorción del carbón activado. Según la teoría de la termodinámica de la adsorción, la adsorción física es un proceso exotérmico y la capacidad de adsorción disminuye al aumentar la temperatura. Las estadísticas de datos experimentales muestran que por cada aumento de 10 grados en la temperatura del lecho, la capacidad de adsorción del carbón activado para COV como el benceno y el tolueno disminuye entre un 10% y un 17%, lo que puede conducir a una reducción de la eficiencia de recuperación del sistema e incluso superar los estándares de emisiones.
aumentando el riesgo de sanciones medioambientales.
(2) Daño al equipo.
Los aumentos de temperatura pueden provocar un sobrecalentamiento localizado en los tanques de adsorción (por ejemplo, en las costuras de soldadura), lo que provoca corrosión por tensión térmica, reducción de la resistencia a la presión e incapacidad para alcanzar niveles de vacío durante la desorción, o incluso deformación estructural y agrietamiento del tanque; durante la desorción, los vapores de aceite calentados de la capa del lecho pueden dañar las bombas de vacío; Las temperaturas superiores a 200 grados pueden causar el colapso de las estructuras microporosas del carbón activado, reduciendo el área de superficie específica en un 40%.
60% y una disminución del valor de yodo a 400 mg/g, lo que lleva a la desactivación del carbón activado.
(3) Mayores riesgos de seguridad.
Cuando la temperatura de la capa del lecho excede el punto de autoignición del carbón activado, puede provocar llamas abiertas. Si la concentración de vapor dentro del tanque alcanza el límite de explosión, también puede provocar un accidente de deflagración. Las empresas de producción y almacenamiento de productos químicos peligrosos han experimentado accidentes típicos similares debido a aumentos anormales de temperatura en el carbón activado. Por ejemplo, en 2021, una refinería experimentó un accidente debido a un ajuste incorrecto de la temperatura de desorción (establecida en 180 grados, con un valor de diseño de 120 grados), lo que provocó que la temperatura del lecho de carbón activado aumentara a 250 grados en 3 horas, lo que provocó el agrietamiento del tanque, una fuga de COV de 1,2 toneladas y pérdidas económicas directas superiores
5 millones de yuanes. En 2019, los compuestos de azufre se acumularon y oxidaron en la superficie del carbón activado en una instalación de almacenamiento de petróleo, lo que provocó una combustión espontánea en un punto caliente local de 310 grados. El fuego se extendió a los tanques de almacenamiento adyacentes y se necesitaron 72 horas para extinguirlo.
