Analyse des abnormalen Temperaturanstiegs in Aktivkohle-Adsorptionsdampfrückgewinnungsanlagen und vorbeugende Maßnahmen 1

Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass ein abnormaler Temperaturanstieg in Aktivkohle hauptsächlich durch einen Kettenreaktionsmechanismus erfolgt, der in die folgenden drei Phasen unterteilt ist:

① Adsorptionswärmeakkumulation: Physikalische Adsorptionswärme verbindet sich mit chemischer Adsorptions-/Reaktionswärme, angetrieben durch hochkonzentrierte Öl-/Gasadsorption und Sulfidoxidation;

② Catalytic cracking: Carbon deposits or metallic impurities catalyze hydrocarbon cracking, releasing heat from the cracking reaction; ③ Uncontrolled self-oxidation, where activated carbon undergoes self-oxidation, reaching its autoignition temperature threshold (160–200°C for lignin-based carbon, >300°C für Kokosnussschalenkohle).

3.1 Änderungen der Aktivkohleeigenschaften

Veränderungen der Aktivkohleeigenschaften sind ein Schlüsselfaktor für einen abnormalen Temperaturanstieg. Bei längerem Gebrauch kann es zu einer Alterung der Aktivkohle kommen, die sich in einer Verringerung der spezifischen Oberfläche, einer veränderten Porenstruktur und Veränderungen in der Oberflächenchemie äußert. Diese Veränderungen können die Adsorptionswärme erhöhen und einen Temperaturanstieg auslösen. Darüber hinaus kann Aktivkohle während des Betriebs schwer-zu-desorbierende Substanzen adsorbieren; Die Anreicherung solcher Substanzen kann exotherme Reaktionen katalysieren und den Temperaturanstieg weiter verschlimmern. Wenn die gesättigte Aktivkohle nicht rechtzeitig ausgetauscht wird, kann dies die Adsorptionseffizienz verringern und das Risiko eines abnormalen Temperaturanstiegs erhöhen.

3.2 Einfluss von Kohlenwasserstoffkomponenten

Verschiedene Kohlenwasserstoffkomponenten weisen unterschiedliche Adsorptionsenthalpien und Reaktivität auf. Bestimmte makromolekulare Kohlenwasserstoffe mit hohem -Siedepunkt-können schwierig zu desorbieren sein. Untersuchungen zeigen, dass Kohlenwasserstoffe mit Kohlenstoffketten, die länger als C8 sind, deutlich erhöhte Desorptionsenergiebarrieren auf Aktivkohleoberflächen aufweisen, was zu einer kumulativen Adsorptionsenthalpie führt. Darüber hinaus können reaktive Verunreinigungen wie Sulfide und Olefine, die in Öl und Gas vorhanden sind, exotherme Reaktionen wie Oxidation oder Polymerisation auf der Aktivkohleoberfläche eingehen, was zu Temperaturerhöhungen führt. Die kombinierte Wirkung dieser Faktoren kann zu abnormalen Temperaturanstiegen im Aktivkohlebett führen.

3.3 Falsche Betriebsparameter

Falsche Einstellungen der Betriebsparameter sind ein weiterer wesentlicher Auslöser für abnormale Temperaturanstiege. Eine zu hohe Konzentration des Einlassgases kann zu einer konzentrierten Freisetzung von Adsorptionswärme und damit zu einer lokalen Überhitzung führen. Eine zu hohe Einlassgasgeschwindigkeit kann die Wärmeansammlung beschleunigen. Eine übermäßig hohe Einlassgastemperatur erhöht direkt die Betttemperatur und erhöht das Risiko einer abnormalen Erwärmung. Eine unsachgemäße Kontrolle der Desorptionstemperatur und -dauer kann dazu führen

führen zu übermäßigen Restsubstanzen mit hohem{0}}Siedepunkt-auf der Aktivkohleoberfläche, wodurch exotherme Reaktionen während nachfolgender Adsorptionsprozesse verstärkt werden; Darüber hinaus können unangemessene Programmeinstellungen zu einem Hitzestau führen, der letztendlich einen abnormalen Temperaturanstieg auslöst.

3.4 Konstruktionsfehler der Ausrüstung

Konstruktionsfehler der Ausrüstung können ebenfalls zu einem abnormalen Temperaturanstieg führen. Eine unsachgemäße Innenkonstruktion von Adsorptionstanks kann zu einer ungleichmäßigen Gasverteilung führen, was zu örtlicher Überhitzung führen kann; Eine unzureichende Konstruktion des Wärmeableitungssystems kann die Adsorptionswärme möglicherweise nicht rechtzeitig abführen, was zu Temperaturerhöhungen führt. Eine unsachgemäße Platzierung der Temperaturüberwachungspunkte kann die tatsächliche Temperatur des Aktivkohlebetts ungenau wiedergeben, wodurch Temperaturanomalien möglicherweise nicht rechtzeitig erkannt werden, Korrekturmaßnahmen verzögert werden und es zu einem Wärmestau und einem Temperaturanstieg kommt.

4 Präventions- und Kontrollstrategien für abnormalen Temperaturanstieg in Aktivkohle-Adsorptionstanks

Für Öldepots mit hohen Sommertemperaturen in südlichen Regionen, direkter Öl-/Gasversorgung aus Raffinerien, erhöhten Absorbertemperaturen und einer nahezu{0}gesättigten Öl-/Gasverarbeitungskapazität sollten Maßnahmen umgesetzt werden, um die Absorbertemperatur und die Temperatur des Öls/Gases, das in Adsorptionstanks und Absorber gelangt, zu senken. Dies zielt darauf ab, einen abnormalen Temperaturanstieg in der Aktivkohle zu unterdrücken. Dieser Ansatz konzentriert sich auf geringfügige Modifikationen des bestehenden Aktivkohleadsorptionsprozesses und schließt vorübergehend kombinierte Prozesse wie die Kondensation aus. Zu den spezifischen Modifikationen gehören: die Installation von Sprühsystemen, Wasserkühlungsgeräten oder reflektierenden/isolierenden Materialien an der Einlassleitung des Vor-adsorptionstanks, der Auslassleitung der Vakuumpumpe/Einlassleitung des Vor-absorptionsturms und der Vor-Sprühturmleitung vom Absorptionslagertank. Dadurch wird die Temperatur des in den Adsorptionstank eintretenden Öls und Gases gesenkt und die Wärmeansammlung minimiert. Gleichzeitig verbessert die Senkung der Absorbertemperatur die Absorptionseffizienz und verhindert, dass hochkonzentrierte Öldämpfe zur erneuten Adsorption und Wärmeabgabe wieder in den Adsorptionstank gelangen, wodurch der Temperaturanstieg der Aktivkohle kontrolliert wird.

4.2 Auswahl und Optimierung des Adsorptionsmittels

Wählen Sie Aktivkohle mit geeigneter Porengrößenverteilung und Oberflächenchemie basierend auf der tatsächlich zu behandelnden Öldampfzusammensetzung. Ersetzen oder regenerieren Sie die Aktivkohle regelmäßig, um das Risiko eines abnormalen Temperaturanstiegs durch Alterung zu vermeiden. Erwägen Sie die Verwendung von oberflächen-modifizierter oder katalysator-dotierter Aktivkohle, um ihre Hochtemperaturbeständigkeit zu verbessern. Konzentrieren Sie sich bei der Forschung auf kombinierte Anwendungen mehrerer Adsorptionsmittel zur Kontrolle der Adsorptionswärme. Experimente bestätigen beispielsweise, dass ein Kieselgel--Aktivkohle-Verbundbett die Adsorptionswärme um 35 % reduziert und die Durchbruchszeit für C6–C12-Kohlenwasserstoffe um 20 % verlängert. Kieselgel besteht aus starren, amorphen, ketten-artigen und netzwerk-strukturierten Kieselsäurepolymerpartikeln. Seine Porengrößenverteilung erstreckt sich über einen weiten Bereich ohne Gleichmäßigkeit, eine Eigenschaft, die der von Aktivkohle ähnelt. Diese Ähnlichkeit führt dazu, dass Kieselgel bei Adsorptionsanwendungen für organische Gase eine mit Aktivkohle vergleichbare Leistung aufweist. Reifes hydrophobes Kieselgel weist hydrophobe, nicht-Entflammbarkeit und anti{19}}statische Eigenschaften auf. Bei Verwendung als Adsorptionsmittel adsorbiert es keinen in Öl- und Gasströmen enthaltenen Wasserdampf und erzeugt während des Adsorptionsprozesses keine Wärme. Konkret kann eine untere Schicht aus Kieselgel mit einer oberen Schicht aus Aktivkohle gefüllt sein. Einerseits weist Kieselgel eine überlegene Adsorptionsleistung für hochkonzentrierte Öl- und Gasströme auf, wobei bei der Adsorption im Vergleich zu Aktivkohle deutlich weniger Wärme freigesetzt wird. Andererseits weist Aktivkohle eine gute Adsorptionsleistung für Öl und Gas mit geringer -Konzentration auf und erzeugt bei der Adsorption nur minimale Wärme. Durch die Verwendung von Kieselgel in der unteren Schicht zur Adsorption von Öl und Gas mit hoher --Konzentration und anschließender Verwendung von Aktivkohle in der oberen Schicht für Öl und Gas mit niedriger --Konzentration werden die Adsorptionseigenschaften beider Adsorptionsmittel optimal genutzt [1] und die Erzeugung von Adsorptionswärme aus Prozesssicht reduziert.

4.3 Optimierung des Adsorptionstankdesigns

Die Optimierung des Designs des Adsorptionstanks ist von entscheidender Bedeutung, um abnormale Temperaturanstiege zu verhindern. Zu den wichtigsten Maßnahmen gehören: Einführung eines modularen Designs zur einfacheren Wartung und zum einfacheren Austausch; Verbesserung der inneren Tankstruktur, um eine gleichmäßige Gasverteilung sicherzustellen; Verbesserung der Wärmeableitungssysteme zur Steigerung der Effizienz der Wärmeableitung; und die strategische Platzierung von Temperaturüberwachungspunkten, um eine umfassende Überwachung des gesamten Aktivkohlebetts zu erreichen. Es wird eine segmentierte Adsorptionstankkonstruktion empfohlen. Dieser Ansatz verteilt die Adsorptionswärme auf mehrere Stufen und reduziert so die thermische Belastung pro Tank.

Basierend auf Betriebserfahrungen mit Aktivkohle-Adsorptionsanlagen zur Öl- und Gasrückgewinnung im Unternehmen des Autors sind abnormale Temperaturanstiege in Aktivkohleanlagen durchweg auf erhöhte Verarbeitungsmengen zurückzuführen. Während die Erweiterung des Tankvolumens zur Steigerung des Aktivkohleverbrauchs die Gerätekapazität erhöht, erhöht diese Konstruktion die thermische Belastung pro Adsorptionstank, was einen stabilen Betrieb beeinträchtigt. Stattdessen empfehlen wir, die Anzahl der Adsorptionstanks zu erhöhen, um die Kapazität zu erhöhen. Dieser Ansatz reduziert die thermische Belastung pro Tank und ermöglicht eine Tankrotation, was eine gründlichere Desorption ermöglicht und einen langfristig stabilen Betrieb fördert.

4.4 Betriebsparameter optimieren

(1) Optimieren Sie die Konzentration und Temperatur des Einlassgases basierend auf den tatsächlichen Betriebsbedingungen, um eine Überhitzung durch übermäßig hohe Konzentrationen oder Temperaturen zu verhindern.

(2) Erhöhen Sie die Umsatzrate des Absorptionsmittels (Benzin), um eine längere Stagnation zu verhindern. Längere Stagnation führt zu erhöhten Anteilen leichter Bestandteile und erhöhten Temperaturen im Absorbens, wodurch die Absorptionseffizienz verringert wird. Dadurch können nicht absorbierte Öldämpfe mit hoher-Temperatur und hoher-Konzentration wieder in den Adsorptionstank gelangen, wodurch der Lastdruck der Einheit erhöht wird und es zu einem kontinuierlichen Wärmestau kommt.

(3) Desorptionstemperatur und -dauer rational steuern, um eine vollständige Desorption sicherzustellen.

(4) Optimieren Sie die Zykluszeiten, um Adsorptions- und Desorptionsprozesse auszugleichen und einen Wärmestau zu verhindern.

(5) Einrichtung umfassender Überwachungs- und Frühwarnsysteme, um Anomalien umgehend zu erkennen und zu beheben.

4.5 Entwicklung neuartiger Adsorptionsmaterialien

Die Entwicklung neuartiger Adsorptionsmaterialien stellt eine langfristige Lösung für Probleme mit ungewöhnlichen Temperaturanstiegen dar. Die Forschung sollte sich auf die Entwicklung von Adsorbentien mit erhöhter thermischer Stabilität und Selektivität konzentrieren, wie etwa metallorganische Gerüste (MOFs) und kovalente organische Gerüste (COFs). Entdecken Sie die Integration von Phasenwechselmaterialien (PCMs) in Adsorptionsbetten, um deren wärmeabsorbierende Eigenschaften zur Temperaturkontrolle zu nutzen. Entwickeln Sie selbstkühlende Verbundmaterialien, um die Wärmemanagementfähigkeiten des Systems zu verbessern.

Ein abnormaler Temperaturanstieg der Aktivkohle in Öl- und Gasrückgewinnungsanlagen ist in erster Linie auf Veränderungen der Kohlenstoffeigenschaften, den Einfluss von Kohlenwasserstoffkomponenten, falsche Betriebsparameter und Konstruktionsfehler der Ausrüstung zurückzuführen. Um diese Ursachen anzugehen, sollten vorbeugende Strategien die Optimierung der Aktivkohleauswahl, die Verfeinerung des Gerätedesigns, die Verbesserung der Betriebsparameter und die Entwicklung neuartiger Adsorptionsmittel umfassen. Die Ergebnisse dieser Studie haben erhebliche Auswirkungen auf die Verbesserung der Sicherheit und Effizienz von Öl- und Gasrückgewinnungssystemen. Sie können das Risiko eines ungewöhnlichen Temperaturanstiegs wirksam mindern, die Lebensdauer der Geräte verlängern und die Effizienz der Öl- und Gasrückgewinnung verbessern. Zukünftige Forschung sollte sich auf die Entwicklung und Anwendung neuartiger Adsorptionsmaterialien sowie auf die Einrichtung intelligenter Überwachungs- und Frühwarnsysteme konzentrieren, um die Leistung und Zuverlässigkeit von Öl- und Gasrückgewinnungssystemen weiter zu verbessern.