低温等离子废气处理(低温等离子废气处理原理)

我国VOCs治理市场起步较晚,准入门槛低,加之监管能力不足等,治污设施建设质量良莠不齐,应付治理、无效治理等现象突出。在一些地区,低温等离子、光催化、光氧化等低效技术应用甚至达80%以上,治污效果差。

一些企业由于设计不规范、系统不匹配等原因,即使选择了高效治理技术,也未取得预期治污效果。同时因运行不规范,在治理设施的日常操作管理中存在诸多安全隐患。

近期,全市范围内已发生多起因废气低温等离子设施装置电晕放电着火引起事故。为防范类似安全生产事故的发生,南湖生态环境分局迅速行动,制定专项整治方案,经过排查发现全区尚有30余家企业采用等低温离子设备治理废气,并发现诸多问题隐患。

  • 几乎所有企业低温等离子净化装置安全配套设施不齐全,普遍缺少电气接地、防雷、防爆泄口、阻火、光电离式(PID)总烃在线分析仪、干粉灭火器等安全防护装置或设施;
  • 较多企业净化设备维护保养不到位,甚至基本无维护保养,积满漆渣的过滤棉不及时更换,等离子放电室壁及放电极覆盖一层漆膜或油污;
  • 部分企业低温等离子装置设计工艺不合理,前端未配套过滤棉等预处理。
  • 存在喷淋水倒灌至等离子箱体的重大安全隐患问题。

低温等离子体技术是近年发展起来的废气处理新技术,其工作原理为采用高压电极对气体的放电击穿气体,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,以达到降解污染物的目的。

由于该技术原理简单,设计安装门槛较低,同时相比活性炭吸附工艺,产废量小,一度作为新型处理技术大力推广,目前广泛应用于多种行业的废气治理。但是该技术基于高压放电原理,对涉及产生易燃易爆物质的行业具有极大风险。
事故案例一●

2017年6月20日,天津某树脂有限公司在安装调试环保设备过程中,发生一起爆炸事故,造成环保设备安装调试人员2人当场死亡、2人受伤。

事故直接原因分析

合成树脂生产废气的排放环节主要有:

①原料投加及投料孔(处)若密闭性不好,原料投加过程将会发生逸漏,逸漏出来的物质无组织挥发、扩散;

②聚合反应过程中未参与反应的原料和有机溶剂将以废气形式排出反应釜,未参与反应的原料以及有机溶剂将从废气排放口处排出,有组织挥发、扩散;

③产品及中间产品卸放时,若密闭性不好,或卸放过程自动化水平不高,将会发生逸漏,逸漏出来的物质无组织挥发、扩散;

④原料和有机溶剂储存过程中发生泄漏,以及原料和溶剂储罐发生大、小呼吸排气,作无组织挥发和扩散。由此可见未聚合的物料、溶剂的不凝气及树脂粉尘均可能引起爆炸。

该树脂有限公司使用的低温等离子体废气处理设备,属于电晕放电,其原理是当气体击穿后绝缘破坏,其内阻降低,放电迅速越过自持电流区后便立即出现电极间电压减小的现象,并同时在电极周围产生昏暗辉光。

电晕放电电压降比辉光放电大(kV数量级),但放电电流较小(μA数量级),往往发生在电极间电场分布不匀均的条件下,这是因为电极曲率半径很小时,电场的不均匀性把主要的电离过程局限于局部电场很高的电极附近,放电剧烈,声音较大,放电局部能量较高(高于废气的点火能),但分布不均匀。

该树脂有限公司的低温等离子体废气处理设备是在设备调试过程中出现的爆炸事故,可推测事故的经过有两种可能:

一是低温等离子体废气处理设备在调试过程中设备正常运行时风机突然引入了超过爆炸下限有机物废气或含粉尘废气,且电晕放电的能量达到此废气的最小点火能,未能对入口废气浓度进行实时快速有效监测,设备瞬间起火爆炸;

二是低温等离子体设备在调试过程中,时而通电运行,时而断电调试,但每次通电运行前并未用空气或惰性气体对设备内存留的有机废气或高粉尘废气进行置换,电晕放电的能量达到滞留在低温等离子体废气处理设备内的有机废气或含粉尘废气的最小点火能,从而导致爆炸事故的发生。

事故间接原因分析

从事故调查结论可以看出,低温等离子体废气处理设备未采取浓度高高联锁,当入口废气浓度达到爆炸下限时,设备尚可启动运行。从事故现场照片可以看出,低温等离子体废气处理设备为常压设备,在爆炸后顶盖完全掀起,侧门全部顶开,设备本体不能承受内部有机气体或粉尘爆炸的超压,发生爆炸时设备本体严重破坏,伤及旁边正在调试的工作人员,导致2人当场死亡、2人受伤。

%title插图%num


事故案例二

2018年3月,某化工厂在生产石油树脂产品的结片造粒时未闪蒸出的高沸点溶剂和树脂中的低分子聚合物被风机抽入VOCs废气处理设施后发生着火爆炸,事故未造成人员伤亡,设备损坏严重,见下图。

%title插图%num

事故直接原因分析

该化工厂是一家以生产石油化工深加工产品为主业的企业,主要从事改性石油树脂、分散剂、馏分稀释剂等产品的生产与销售,高沸点溶剂组分主要有甲基苯乙烯和芳烃。其VOCs废气处理设施采用的低温等离子体设备,属于介质阻挡放电,又称无声放电,其原理是在气压为104~106Pa、介质包裹的正负电极之间施加频率从50Hz至数MHz数量级的高压电,气体被击穿,在介质之间形成微通道放电,即通过放电间隙的电流由大量快脉冲电流细丝组成,在空间和时间上均为随机分布。

%title插图%num

介质阻挡放电原理图

该化工厂的低温等离子体废气处理设备是在运行过程中出现的爆炸事故,可推测事故的经过有两种可能:

一是介质阻挡放电设备容易在高压电接入端产生沿面放电和爬电,局部过热而起火,进而将反应器内高浓度废气引爆;

二是苯乙烯、苯、甲苯、二甲苯等高沸点芳烃类化合物在低温等离子体的作用下发生脱氢反应形成焦油,容易粘附在电极外层的阻挡介质上,积累到一定程度,会改变电极阻挡介质之间的介电常数,放电将反复发生在介电常数较小的地方,从而造成局部过热引起焦油燃烧,进而将反应器内高浓度废气引爆。

事故间接原因分析

废气进入低温等离子体反应器前虽设有静电除油设备,去除效率难以保证,进入低温等离子体设备前并没有实现有效预处理;

低温等离子体反应器入口虽设有光电离式(PID)总烃在线分析仪,但废气成分中有树脂的低聚物和高沸点溶剂挥发气,粘性较大,容易导致分析仪探头堵死,难以实现对废气浓度实时准确测定。

建议和措施

1、在高压电传输方面,要防止爬电和沿面放电。

2、在低温等离子体装置运行操作方面,如若处理的废气含苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等高沸点VOCs时,需要定期清洗粘附在电极上的焦油,清洗周期依据处理废气的浓度而定,一般不超过6个月。

3、在线监测含胶粒、粉尘的VOCs气体浓度时必须对废气进行过滤,并定期更换滤芯、反吹管路、校准监测探头。

4、在低温等离子体设备联锁方面,应设置入口总烃浓度高低报警和高高联锁等措施。

5、在低温等离子体装置运行操作方面,放电之前必须对反应器内的气体用空气或惰性气体置换足够时间,待反应器内气体浓度低于爆炸下限的25%时方可启动。

6、在运行过程中必须对入口废气总烃浓度或粉尘浓度进行在线监测,当进入反应器的气体浓度达到爆炸下限的25%时必须进行配风稀释。

来源:环保365

相关新闻

工业废气粉尘治理解决方案一站式服务商
方案设计 / 设备制造 / 施工安装 / 售后服务 / 环保检测