某厂活性碳纤维吸附装置着火原因分析

周秋月 赵 燕 常德政

（河南省冶金研究所有限责任公司 河南郑州 450000）

引言

活性碳纤维是一种多功能、高效的新型吸附材料，除微孔丰富外还具有大比表面积、吸附性能好、再生能力强等特点，近来来被广泛应用于有机废气治理中。它不仅可以处理高浓度有机废气，对低浓度有机废气也有很好的吸附效果。

某厂主要产品为十二碳醇酯和2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯（简称TXIB），该厂工艺废气主要为各精馏塔冷凝不凝气，主要成分为异丁醛、异丁酸、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯（简称 TXIB）、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯（简称十二碳醇酯 CS-12）、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇（TMPD）等。不凝气经一级冷凝后送至活性碳纤维吸附装置处理。2016年5月，工人在巡检过程中发现活性碳纤维吸附装置外壳轻微变形，壳体温度高，立刻启动应急预案进行处理，未造成设备和人员的伤害。该装置是环保设施确保废气达标排放，为此某厂立即停车并查找着火原因，并制订了预防措施，确保了生产和设备的安全。

1 活性碳纤维吸附装置简介

某厂活性碳纤维吸附装置一般由三个吸附器共同组成一处管路系统，运行时互相切换。一个吸附，第二个解附，第三个再生。活性碳纤维吸附塔运行的工艺流程见图1。

图1 活性碳纤维吸附装置运行工艺流程示意图

2 活性碳纤维吸附装置着火及处理经过

2016年5月，白班工人在正常巡检过程中发现活性碳纤维吸附装置外壳轻微变形，壳体温度高，怀疑活性炭纤维着火，立刻通知主控人员采取尾气吸附装置紧急停车，和通蒸汽灭火降温措施、通氮气窒息灭火措施，顺利消除事故隐患，未造成人员和设备的损害。停车拆除后确认活性炭纤维出现局部烧毁的现象。

3 着火原因分析

（1）副反应产生异丁酸

CS-12采用直接合成法，在弱碱性条件下，由异丁醛自身进行羟醛缩合反应生成2，2，4-三甲基-3-羟基戊醛，所得产物在碱性条件下与异丁醛进一步反应得到粗产品，该粗产品再经分离提纯得到高纯度符合标准的产品。该方法工艺简单，原料易得，但反应过程中存在较多副反应。主要的副产物有2，2，4-三甲基-3-羟基戊醛，TMPD、异丁酸、异丁酸钠、TXIB。在这几种物质中，异丁酸最易燃，闪点55.6℃。笔者认为可能是副反应产生较多的异丁酸，而反应初始投入的催化剂不足，未能中和多余的异丁酸，异丁酸进入不凝气并在吸附装置中不断累积从而引起着火。

（2）异丁醛浓度累积过高

CS-12反应中异丁醛是过量的，反应过后粗品进入脱醛塔分离出异丁醛回用。活性碳纤维吸附饱和后会再生，再生过程中会用干燥空气吹干活性碳纤维，而异丁醛遇空气易氧化为异丁酸。当工艺尾气中异丁醛含量较高，而恰好切换再生后吸附时就有可能引起着火。

（3）活性官能团

活性碳纤维前驱体主要包括沥青、聚丙烯腈、粘胶及酚醛树脂等。碳元素为各类活性碳纤维核心成分，是类石墨微晶结构，在其表面覆盖储多官能团，主要有羧基、酚烃基、内脂基、醌基等含氧官能团，还有含S、N、卤素等官能团[1,2]，这些官能团部分呈现为碱性、部分呈现为酸性，有些还具有一定程度的氧化还原性，使得活性碳纤维拥有氧化还原性。不凝气中某些组分与活性碳纤维表面的某些活性官能团发生氧化反应，亦可引起着火。

结语

某厂活性碳纤维吸附装置处理有机不凝气出现着火现象，可能与副反应中产生过量异丁酸、不凝气中有较多异丁醛及碳纤维表面的活性官能团有关，因反应机理复杂难以控制，具体原因需进一步探究。结合某厂生产情况，笔者建议在活性碳纤维吸附装置前再增加一级冷凝装置或将活性碳纤维吸附装置更换为燃烧装置。