目前活性碳吸附裝置廣泛使用在有機廢氣凈化治理、危險廢棄物管理以及其它的含有有機物存儲設(shè)備中如汽油罐。我們知道有機溶劑蒸汽被吸附在活性碳上是一個放熱過程，在一定條件下，釋放的吸附熱量可能升高到引起活性碳或有機溶劑發(fā)生自燃的水平進而導(dǎo)致活性碳吸附床著火。雖然活性炭床的著火不經(jīng)常發(fā)生，但是如果安全措施不能有效貫徹實施，也會給使用者帶來巨大風(fēng)險。為了清楚活性碳吸附床在何種情況發(fā)生著火，用三種不同溶劑在不同使用條件下測試活性炭床出現(xiàn)著火的狀況的實驗,弄清楚發(fā)生著火的不同場合、條件。

1、活性碳發(fā)生著火及燃燒的實驗調(diào)查

有機溶劑吸附在活性碳時釋放熱量稱為放熱反應(yīng)，此外某些反應(yīng)性化合物一旦吸附在活性碳上則在活性碳表面發(fā)生化學(xué)氧化反應(yīng)或聚合反應(yīng)，這種反應(yīng)也是放熱的，而且放熱量與普通的吸附放熱量相比呈指數(shù)遞增，當(dāng)氧化放熱反應(yīng)所釋放熱量不能迅速散熱，溫度就可能在床體內(nèi)升高到活性碳和吸在活性碳上的溶劑起燃的溫度。

根據(jù)文獻檢索收集到的使用活性碳吸附裝置發(fā)生著火的資料很少。尤其是我們國家比較多使用活性碳吸附裝置也是最近十幾二十年，根據(jù)我們公司自己的經(jīng)驗和我們了解到的客戶使用其他公司類似裝置的情況，顯示活性碳床著火是使用吸附床和包括再生式活性碳吸附系統(tǒng)處理有機溶劑時出現(xiàn)的情況?；钚蕴济摳皆偕到y(tǒng)是大型的有機廢氣凈化設(shè)備，處理的風(fēng)量從10000到100000m3/h不等,活性碳的再生就是現(xiàn)場不從設(shè)備中卸下活性碳而直接再生。盡管活性碳吸附系統(tǒng)及含活性碳再生系統(tǒng)在設(shè)計上不同，但活性碳在吸附過程中一旦遇到含有某些有機物質(zhì)的氣體時，都容易引起著火。這些活性化學(xué)物質(zhì)在許多有機溶劑中都包含如酮類、醛類和有機酸類。

Naujokas指導(dǎo)了一系列實驗室實驗,用于評估不同工業(yè)用有機化合物在活性碳上吸附情況。第一組實驗測試單獨類有機溶劑在新的活性碳吸附時的反應(yīng)。將新的活性碳吸附裝置的溫度設(shè)置在125℃，并且在活性碳床外部實施了隔熱方法及加熱方法保溫。首先，將含有一定濃度的有機溶劑的氮氣氣流通過吸附飽和的活性碳床，出來的氣體溫度及成分未發(fā)現(xiàn)變化。然后，將含有機溶劑氮氣氣流改為含有機溶劑空氣氣流進行實驗，仍然使用相同濃度的有機溶劑氣流進入吸附飽和的活性碳床，由于活性碳沒有了吸附能力，氣流出口可以檢測到溫度變化及氣流中產(chǎn)生的CO和CO2濃度變化，說明吸附床內(nèi)有燃燒發(fā)生。采用不同溶劑品種,把氮氣流改為空氣流后,可以檢測到部分有機溶劑品種有CO產(chǎn)生及活性炭床溫度升高，部分品種沒有CO產(chǎn)生及活性炭床溫度升高兩種狀況。根據(jù)實驗有22種有機化合物在125℃條件下發(fā)生氧化反應(yīng)，在此條件下，酮類、醛類和有機酸類有機溶劑都顯示了極高的化學(xué)反應(yīng)速率。同樣實驗條件但將溫度調(diào)整到100℃時，有10種有機物質(zhì)顯現(xiàn)氧化反應(yīng)。在100℃的情況下，酮類及有機酸類的氧化反應(yīng)能力急劇降低，但是醛類的氧化反應(yīng)速率仍然很高，與在125℃的情況類似。

第二組實驗：讓活性碳床在吸附甲乙酮處于飽和狀態(tài)時，將床體溫度設(shè)定為40℃,一旦活性碳床處于吸附飽和時，就將通過吸附床體的氣流停止。但有微弱氣流從床體上部通入為活性碳床提供少量氧氣。這時活性碳床的溫度變化和氧化反應(yīng)產(chǎn)物都可以檢測到，當(dāng)進入床體的氣流速度為0.2cm/s時，可以觀察到CO,CO2急劇產(chǎn)生，檢測到濃度從0ppm到8000ppm和6000ppm之間，當(dāng)進風(fēng)氣流的速率為0.35cm/s時，未發(fā)現(xiàn)活性碳的熱點及CO,CO2，表明帶走的對流熱量大于熱量產(chǎn)生的速率。當(dāng)沒有進風(fēng)發(fā)生時，熱點沒有擴散，表明沒有足夠的空氣或者氧氣進行氧化。實驗用的相對濕度為60-65%的潮濕空氣時，熱點的產(chǎn)生會比使用干空氣時晚幾小時。

第三組實驗發(fā)現(xiàn)：當(dāng)加大進風(fēng)速度通過熱點，且熱點溫度夠高，熱點將導(dǎo)致活性碳床的燃燒。在一組實驗中，采用0.02-0.10m/s的風(fēng)速通過200℃的熱點時，此時活性碳床吸附飽和甲基乙基酮，在6分鐘內(nèi)，熱點溫度上升至376℃,最終導(dǎo)致活性碳床燃燒。同樣情況發(fā)生在0.50m/s流速通過160-300℃的活性炭床。

同樣的測試方法，實驗者發(fā)現(xiàn)用于不同材質(zhì)的活性碳的氧化反應(yīng)也不同，椰殼類的活性碳比煤質(zhì)活性碳更加易燃。使用一定時間的活性碳也比新活性碳更易燃，實驗表明丙酮的氧化反應(yīng)發(fā)生概率在使用過的活性碳上大于新活性炭，同樣的情況用甲乙酮上也一樣。

2、脫附再生裝置活性碳床著火特性

Smisek和Cerry研究了使用含有再生裝置的活性碳吸附床著火情況，當(dāng)含有酮類，醛類或類似化合物時。發(fā)現(xiàn)在吸附設(shè)備發(fā)生著火的情況大多是由于生產(chǎn)情況安排停機或機械故障關(guān)閉后發(fā)生。停機一段時間后，吸附系統(tǒng)重新啟動時發(fā)生著火狀況，調(diào)查者把這種著火情況歸于活性碳自發(fā)的氧化反應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)沒有在完全冷卻的狀態(tài)下停機，或者由于未關(guān)閉死的閥門扔滲入少量空氣進入活性碳床，這些氣流卻足以引起氧化反應(yīng)所需。而且由于氧化產(chǎn)生的熱量散發(fā)較慢，在活性碳床的某個局部位置可能會引起活性碳的自燃。調(diào)查研究表明：活性碳吸附床在關(guān)機前將溫度下降到40℃以下,著火現(xiàn)象就能避免。在我公司實際的使用中，由于當(dāng)時不了解活性炭床的著火條件，也發(fā)生了上述的情況，后續(xù)處理時采用了安全溫度設(shè)施避免了再次發(fā)生。

3、丙酮在活性碳吸附時氧化反應(yīng)

針對丙酮、甲酮吸附在活性碳上發(fā)生的氧化反應(yīng)及氧化反應(yīng)對活性碳影響的研究，所用活性碳是市面上可以買到的椰殼活性碳，研究者發(fā)現(xiàn)在溫度達到80℃時，吸附在活性碳上的丙酮迅速發(fā)生氧化反應(yīng)，當(dāng)丙酮氧化反應(yīng)釋放的熱量沒有及時消散，就會使活性碳床達到著火溫度，在風(fēng)量小的情況下，自燃開始只在部分區(qū)域，如有大量空氣氧氣進入時會火勢迅速蔓延。在小風(fēng)量的情況下，氧化產(chǎn)生的熱量大于氣流帶走的熱量，會導(dǎo)致活性碳床溫度增加，進一步加速氧化反應(yīng)速率。

研究表明，盡管有大量空氣進入冷卻活性碳床，但活性碳有盲點現(xiàn)象，導(dǎo)致局部溫度也可能上升。盲點（是指活性碳只有少量空氣通過或者沒有空氣通過）。盲點可能由于氣流分配不均造成，也可能是活性碳破碎。（活性碳破碎在活性碳吸附+脫附再生系統(tǒng)，由于循環(huán)脫附再生，可能導(dǎo)致活性碳破碎，在部分區(qū)域?qū)е骂w粒，粉塵堆積）。

4、防止環(huán)己酮再生時的活性碳床著火和退化

Takenchi調(diào)查活性碳吸附環(huán)己酮（一種酮類物質(zhì)）時發(fā)生氧化反應(yīng)和氧化反應(yīng)導(dǎo)致活性碳燃燒情況，發(fā)現(xiàn)活性碳吸附的環(huán)己酮是發(fā)生氧化反應(yīng)造成活性碳床著火的最大原因。調(diào)查顯示，避免使用老化的活性碳能有效阻止活性碳床著火（使用了2年的活性碳的氧化反應(yīng)發(fā)生率遠遠大于新的活性碳），及時清理活性碳的灰塵，增加進風(fēng)口的濕度，都能減少著火的風(fēng)險。（一定濕度的空氣能避免活性碳床的過熱，相對濕度5%是最有效的防止著火的濕度）。

5、甲乙酮和環(huán)己酮在活性碳上的氧化反應(yīng)

用木質(zhì)的、軟煤、硬煤制成的三種活性碳上觀察甲乙酮、環(huán)己酮的氧化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)這兩種酮類有機化合物在有氧狀態(tài)下，即使是吸附狀態(tài)在活性碳的表面也會氧化反應(yīng)。溫度反應(yīng)、活性碳的種類和含不同灰份對氧化反應(yīng)的影響程度也進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)：

1)為減少活性碳的表面氧化，活性碳吸附溫度的控制比活性碳的種類更重要；

2）對于甲乙酮、環(huán)己酮等有機溶劑吸附溫度最好不要超過30℃，因為這些酮類的氧化反應(yīng)速率在超過30℃時就會呈現(xiàn)指數(shù)型急劇上升；

3）需要至少有超過0.2m/s風(fēng)速氣流來通過活性碳帶走吸附氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量；

4）灰分高的活性碳氧化速率超過未處理過的活性碳。

6、關(guān)于活性碳吸附發(fā)生自燃和著火結(jié)論

⑴活性碳吸附過程是放熱的，從活性碳吸附過程的釋放熱量與流量、濃度、相對濕度和特定有機物發(fā)生氧化反應(yīng)相關(guān)；

⑵特別是當(dāng)氣流中含有特定的高濃度化合物時，活性碳吸附和氧化反應(yīng)會釋放大量熱量，根據(jù)以往的文獻報告，是由于這些活性碳床處理了含有含氧烴類有機化合物，引起著火的其他類化合物包括酮類、醛類、部分有機酸（如丙酸、丁酸）和有機硫有機化物（硫醇)等；

⑶活性碳吸附床溫度能夠達到自燃溫度，在特定條件下，活性碳吸附可以釋放足夠的熱量達到其自燃并引燃整個活性碳吸附床；

⑷活性碳吸附時燃點與活性碳品種及條件相關(guān)，活性碳燃點在300-600℃范圍不等；

⑸活性碳吸附床著火通過活性炭床體導(dǎo)熱散熱很少，主要可以通過有效對流散熱而避免；

⑹活性碳吸附床因吸附和氧化放熱有局部熱點產(chǎn)生，如果熱量能不能通過對流散熱帶走，或者因氣流在活性碳表面產(chǎn)生勾留會導(dǎo)致熱量不平衡；

⑺活性碳吸附床著火源于吸附的局部熱點溫度達到所吸附的有機物燃點或者局部缺氧狀態(tài)得到緩解后發(fā)生。

活性炭在治理有機廢氣上的作用很大，要想活性炭的吸附效果好，不僅要注意上面提到的問題，選擇一家專業(yè)生產(chǎn)活性炭的企業(yè)也至關(guān)重要。

四川蜂窩活性炭有限公司是一家以蜂窩活性炭、蜂窩沸石、VOCs催化劑等環(huán)保吸附材料為主業(yè)務(wù)的企業(yè)，擁有技術(shù)服務(wù)、貿(mào)易銷售等服務(wù)。該系列產(chǎn)品廣泛用于食品、電力、化工、礦山、冶金、洗煤、造紙、紡織、印染、石油等廢氣處理系統(tǒng)。為國內(nèi)外各個相關(guān)行業(yè)的廢氣處理問題提供持續(xù)有力的支持