某廠活性碳纖維吸附裝置著火原因分析

周秋月 趙 燕 常德政

（河南省冶金研究所有限責任公司 河南鄭州 450000）

引言

活性碳纖維是一種多功能、高效的新型吸附材料，除微孔豐富外還具有大比表面積、吸附性能好、再生能力強等特點，近來來被廣泛應用于有機廢氣治理中。它不僅可以處理高濃度有機廢氣，對低濃度有機廢氣也有很好的吸附效果。

某廠主要產品為十二碳醇酯和2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二異丁酸酯（簡稱TXIB），該廠工藝廢氣主要為各精餾塔冷凝不凝氣，主要成分為異丁醛、異丁酸、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二異丁酸酯（簡稱 TXIB）、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯（簡稱十二碳醇酯 CS-12）、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇（TMPD）等。不凝氣經一級冷凝后送至活性碳纖維吸附裝置處理。2016年5月，工人在巡檢過程中發現活性碳纖維吸附裝置外殼輕微變形，殼體溫度高，立刻啟動應急預案進行處理，未造成設備和人員的傷害。該裝置是環保設施確保廢氣達標排放，為此某廠立即停車并查找著火原因，并制訂了預防措施，確保了生產和設備的安全。

1 活性碳纖維吸附裝置簡介

某廠活性碳纖維吸附裝置一般由三個吸附器共同組成一處管路系統，運行時互相切換。一個吸附，第二個解附，第三個再生。活性碳纖維吸附塔運行的工藝流程見圖1。

圖1 活性碳纖維吸附裝置運行工藝流程示意圖

2 活性碳纖維吸附裝置著火及處理經過

2016年5月，白班工人在正常巡檢過程中發現活性碳纖維吸附裝置外殼輕微變形，殼體溫度高，懷疑活性炭纖維著火，立刻通知主控人員采取尾氣吸附裝置緊急停車，和通蒸汽滅火降溫措施、通氮氣窒息滅火措施，順利消除事故隱患，未造成人員和設備的損害。停車拆除后確認活性炭纖維出現局部燒毀的現象。

3 著火原因分析

（1）副反應產生異丁酸

CS-12采用直接合成法，在弱堿性條件下，由異丁醛自身進行羥醛縮合反應生成2，2，4-三甲基-3-羥基戊醛，所得產物在堿性條件下與異丁醛進一步反應得到粗產品，該粗產品再經分離提純得到高純度符合標準的產品。該方法工藝簡單，原料易得，但反應過程中存在較多副反應。主要的副產物有2，2，4-三甲基-3-羥基戊醛，TMPD、異丁酸、異丁酸鈉、TXIB。在這幾種物質中，異丁酸最易燃，閃點55.6℃。筆者認為可能是副反應產生較多的異丁酸，而反應初始投入的催化劑不足，未能中和多余的異丁酸，異丁酸進入不凝氣并在吸附裝置中不斷累積從而引起著火。

（2）異丁醛濃度累積過高

CS-12反應中異丁醛是過量的，反應過后粗品進入脫醛塔分離出異丁醛回用。活性碳纖維吸附飽和后會再生，再生過程中會用干燥空氣吹干活性碳纖維，而異丁醛遇空氣易氧化為異丁酸。當工藝尾氣中異丁醛含量較高，而恰好切換再生后吸附時就有可能引起著火。

（3）活性官能團

活性碳纖維前驅體主要包括瀝青、聚丙烯腈、粘膠及酚醛樹脂等。碳元素為各類活性碳纖維核心成分，是類石墨微晶結構，在其表面覆蓋儲多官能團，主要有羧基、酚烴基、內脂基、醌基等含氧官能團，還有含S、N、鹵素等官能團[1,2]，這些官能團部分呈現為堿性、部分呈現為酸性，有些還具有一定程度的氧化還原性，使得活性碳纖維擁有氧化還原性。不凝氣中某些組分與活性碳纖維表面的某些活性官能團發生氧化反應，亦可引起著火。

結語

某廠活性碳纖維吸附裝置處理有機不凝氣出現著火現象，可能與副反應中產生過量異丁酸、不凝氣中有較多異丁醛及碳纖維表面的活性官能團有關，因反應機理復雜難以控制，具體原因需進一步探究。結合某廠生產情況，筆者建議在活性碳纖維吸附裝置前再增加一級冷凝裝置或將活性碳纖維吸附裝置更換為燃燒裝置。