Analyse af unormal temperaturstigning i aktivt kul adsorptionsdampgenvindingsenheder og forebyggende foranstaltninger 1

Forskningsresultater viser, at unormal temperaturstigning i aktivt kul primært udfolder sig gennem en kædereaktionsmekanisme, opdelt i følgende tre faser:

① Adsorptionsvarmeakkumulering: Fysisk adsorptionsvarme kombineres med kemisk adsorptions-/reaktionsvarme, drevet af høj-koncentration af olie/gasadsorption og 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 for kulstof fra kokosskal).

3.1 Ændringer i egenskaber for aktivt kul

Ændringer i egenskaber af aktivt kul er en nøglefaktor, der bidrager til unormal temperaturstigning. Over længere brugsperioder kan aktivt kul ældes, manifesteret som reduceret specifikt overfladeareal, ændret porestruktur og ændringer i overfladekemi. Disse ændringer kan øge adsorptionsvarmen, hvilket udløser temperaturstigninger. Derudover kan aktivt kul adsorbere stoffer, der er vanskelige-at-desorbere under drift; akkumulering af sådanne stoffer kan katalysere eksoterme reaktioner, hvilket yderligere forværrer temperaturstigninger. Undladelse af at erstatte mættet aktivt kul med det samme kan reducere adsorptionseffektiviteten, hvilket øger risikoen for unormal temperaturstigning.

3.2 Indflydelse af kulbrintekomponenter

Forskellige carbonhydridkomponenter udviser varierende adsorptionsentalpier og reaktivitet. Visse makromolekylære kulbrinter med højt-kogepunkt- kan være svære at desorbere. Forskning tyder på, at kulbrinter med kulstofkæder længere end C8 udviser væsentligt forhøjede desorptionsenergibarrierer på overflader med aktivt kul, hvilket fører til kumulativ adsorptionsentalpi. Derudover kan reaktive urenheder som sulfider og olefiner, der er til stede i olie og gas, gennemgå eksoterme reaktioner såsom oxidation eller polymerisation på overfladen af ​​aktivt kul, hvilket forårsager temperaturstigninger. Den kombinerede effekt af disse faktorer kan føre til unormale temperaturstigninger i lejet med aktivt kul.

3.3 Ukorrekte driftsparametre

Forkerte driftsparametre udgør en anden væsentlig faktor, der udløser unormale temperaturstigninger. For høj indløbsgaskoncentration kan forårsage koncentreret frigivelse af adsorptionsvarme, hvilket inducerer lokal overophedning; for høj indløbsgashastighed kan accelerere varmeakkumulering; overdrevent høj indgangsgastemperatur hæver direkte lejetemperaturen, hvilket øger risikoen for unormal opvarmning; forkert kontrol af desorptionstemperatur og varighed kan

resultere i overdreven rester af stoffer med-høj kogepunkt- på overfladen af ​​aktivt kul, hvilket øger eksoterme reaktioner under efterfølgende adsorptionsprocesser; desuden kan urimelige cyklusindstillinger føre til varmeakkumulering, hvilket i sidste ende udløser unormal temperaturstigning.

3.4 Udstyrskonstruktionsfejl

Udstyrsdesignfejl kan også forårsage unormal temperaturstigning. Ukorrekt intern strukturdesign af adsorptionstanke kan resultere i ujævn gasfordeling, hvilket forårsager lokal overophedning; utilstrækkelig varmeafledningssystemdesign kan ikke med det samme fjerne adsorptionsvarme, hvilket fører til temperaturstigninger; ukorrekt placering af temperaturovervågningspunkter kan unøjagtigt afspejle den faktiske temperatur af det aktive kulleje, hvilket potentielt ikke kan opdage temperaturanomalier i tide, forsinke korrigerende handlinger og forårsage varmeakkumulering og temperaturstigning.

4 Forebyggelses- og kontrolstrategier for unormal temperaturstigning i adsorptionstanke for aktivt kul

For oliedepoter, der står over for høje sommertemperaturer i de sydlige regioner, direkte olie-/gasforsyning fra raffinaderier, forhøjede absorbertemperaturer og næsten-mættet olie/gas-behandlingskapacitet, bør der implementeres foranstaltninger til at reducere absorbertemperaturen og temperaturen på olie/gas, der kommer ind i adsorptionstanke og absorbenter. Dette har til formål at undertrykke unormal temperaturstigning i aktivt kul. Denne tilgang fokuserer på mindre ændringer af den eksisterende aktivkul-adsorptionsproces, midlertidigt udelukket kombinerede processer som kondensation. Specifikke modifikationer omfatter: installation af spraysystemer, vand-køleudstyr eller reflekterende/isolerende materialer på præ-adsorptionstankens indløbsledning, vakuumpumpens udløb/pre-indløbsledning for absorptionstårnet og præ-spraytårnsledningen fra den absorberende lagertank. Dette reducerer temperaturen af ​​olie og gas, der kommer ind i adsorptionstanken, hvilket minimerer varmeakkumulering. Samtidig øger en sænkning af absorbertemperaturen absorptionseffektiviteten og forhindrer høj-koncentreret oliedampe i at gen-komme ind i adsorptionstanken til gen-adsorption og varmeafgivelse, og derved kontrolleres temperaturstigningen i aktivt kul.

4.2 Adsorptionsmiddelvalg og optimering

Vælg aktivt kul med passende porestørrelsesfordeling og overfladekemi baseret på den faktiske oliedampsammensætning, der behandles. Udskift eller regenerer aktivt kul regelmæssigt for at undgå unormale temperaturstigningsrisici forårsaget af aldring. Overvej at bruge overflade-modificeret eller katalysator-doteret aktivt kul for at forbedre dets høje-temperaturbestandighed. Fokuser forskning på kombinerede anvendelser af flere adsorbenter for at kontrollere adsorptionsvarme. For eksempel bekræfter eksperimenter, at et silicagel-aktivt kul-kompositleje reducerer adsorptionsvarme med 35 % og forlænger gennembrudstiden for C6-C12-carbonhydrider med 20 %. Silicagel består af stive, amorfe kæde--lignende og netværks-strukturerede silicapolymerpartikler. Dens porestørrelsesfordeling spænder over et bredt område uden ensartethed, en egenskab, der ligner aktivt kul. Denne lighed bestemmer, at silicagel udviser ydeevne, der kan sammenlignes med aktivt kul i organisk gasadsorptionsapplikationer. Moden hydrofob silicagel udviser hydrofobicitet, ikke-antændelighed og anti-statiske egenskaber. Når det bruges som adsorbent, adsorberer det ikke vanddamp, der er medtaget i olie- og gasstrømme og genererer ikke varme under adsorptionsprocessen. Specifikt kan et bundlag af silicagel fyldes med et øvre lag af aktivt kul. På den ene side demonstrerer silicagel overlegen adsorptionsydelse for høj-koncentration af olie- og gasstrømme med væsentligt lavere varmeafgivelse under adsorption sammenlignet med aktivt kul. På den anden side udviser aktivt kul god adsorptionsydelse for lav-koncentration af olie og gas, mens det genererer minimal varme under adsorption. Ved at bruge silicagel i det nederste lag til at adsorbere høj-koncentration af olie og gas, efterfulgt af aktivt kul i det øvre lag til lav-koncentration af olie og gas, udnytter adsorptionsegenskaberne for begge adsorbenter optimalt [1] og reducerer adsorptionsvarmegenerering fra et procesperspektiv.

4.3 Optimering af adsorptionstankdesign

Raffinering af adsorptionstankens design er afgørende for at forhindre unormale temperaturstigninger. Nøgleforanstaltninger omfatter: vedtagelse af modulært design for lettere vedligeholdelse og udskiftning; forbedring af den indre tankstruktur for at sikre ensartet gasfordeling; forbedring af varmeafledningssystemer for at øge effektiviteten af ​​termisk fjernelse; og strategisk placering af temperaturovervågningspunkter for at opnå omfattende overvågning af hele det aktive kulleje. Et segmenteret adsorptionstankdesign anbefales. Denne tilgang fordeler adsorptionsvarme over flere trin, hvilket reducerer den termiske belastning pr. tank.

Baseret på driftserfaring med olie- og gasgenvindingsenheder til aktivt kul adsorption hos forfatteren, skyldes unormale temperaturstigninger i aktiverede kulenheder konsekvent øgede behandlingsvolumener. Mens udvidelse af tankvolumen for at øge forbruget af aktivt kul øger enhedskapaciteten, øger dette design den termiske belastning pr. adsorptionstank, hvilket kompromitterer stabil drift. I stedet anbefaler vi at øge antallet af adsorptionstanke for at øge kapaciteten. Denne tilgang reducerer den termiske belastning pr. tank og muliggør tankrotation, hvilket muliggør en mere grundig desorption og fremmer en lang-stabil drift.

4.4 Optimering af driftsparametre

(1) Optimer indløbsgaskoncentration og temperatur baseret på faktiske driftsforhold for at forhindre overophedning forårsaget af for høje koncentrationer eller temperaturer.

(2) Øg omsætningshastigheden af ​​absorbenten (benzin) for at forhindre langvarig stagnation. Langvarig stagnation fører til øgede andele af lette komponenter og forhøjede temperaturer i absorbenten, hvilket reducerer absorptionseffektiviteten. Dette gør det muligt for uabsorberede oliedampe med høj-temperatur og høj-koncentration at-tre ind i adsorptionstanken, hvilket øger enhedens belastningstryk og forårsager kontinuerlig varmeakkumulering.

(3) Rationelt kontroller desorptionstemperatur og varighed for at sikre fuldstændig desorption.

(4) Optimer cyklusperioder for at balancere adsorptions- og desorptionsprocesser, hvilket forhindrer varmeakkumulering.

(5) Etablere omfattende overvågnings- og tidlige varslingssystemer for omgående at opdage og afhjælpe uregelmæssigheder.

4.5 Udvikling af nye adsorptionsmaterialer

Udvikling af nye adsorptionsmaterialer repræsenterer en langsigtet-løsning på problemer med unormal temperaturstigning. Forskning bør fokusere på at udvikle adsorbenter med forbedret termisk stabilitet og selektivitet, såsom metal-organiske rammer (MOF'er) og kovalente organiske rammer (COF'er). Udforsk integration af faseændringsmaterialer (PCM'er) i adsorptionslejer for at udnytte deres varme-absorberende egenskaber til temperaturkontrol. Udvikl selv-kølende kompositmaterialer for at forbedre systemets termiske styringsevner.

Unormal temperaturstigning i aktivt kul i olie- og gasgenvindingsenheder stammer primært fra ændringer i kulstofegenskaber, påvirkning af kulbrintekomponenter, ukorrekte driftsparametre og udstyrsdesignfejl. For at imødegå disse årsager bør forebyggende strategier omfatte optimering af aktivt kulvalg, raffinering af udstyrsdesign, forbedring af driftsparametre og udvikling af nye adsorbenter. Resultaterne af denne undersøgelse har betydelige konsekvenser for at øge sikkerheden og effektiviteten af ​​olie- og gasgenvindingssystemer. De kan effektivt mindske risikoen for unormal temperaturstigning, forlænge udstyrets levetid og forbedre olie- og gasindvindingseffektiviteten. Fremtidig forskning bør fokusere på udvikling og anvendelse af nye adsorberende materialer samt etablering af intelligente overvågnings- og tidlige varslingssystemer for yderligere at forbedre ydeevnen og pålideligheden af ​​olie- og gasgenvindingssystemer.