การวิเคราะห์การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ผิดปกติในหน่วยการนำไอระเหยของการดูดซับคาร์บอนกัมมันต์และมาตรการป้องกัน 1

ผลการวิจัยระบุว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างผิดปกติในถ่านกัมมันต์มักเกิดขึ้นผ่านกลไกปฏิกิริยาลูกโซ่ ซึ่งแบ่งออกเป็นสามขั้นตอนต่อไปนี้:

1 การสะสมความร้อนจากการดูดซับ: ความร้อนจากการดูดซับทางกายภาพรวมกับความร้อนจากการดูดซับทางเคมี/ปฏิกิริยา ซึ่งขับเคลื่อนโดยการดูดซับน้ำมัน/ก๊าซที่มีความเข้มข้นสูง- และออกซิเดชันของซัลไฟด์

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 สำหรับคาร์บอนกะลามะพร้าว)

3.1 การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของถ่านกัมมันต์

การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของถ่านกัมมันต์เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นผิดปกติ เมื่อใช้เป็นเวลานาน ถ่านกัมมันต์อาจเกิดริ้วรอย โดยแสดงพื้นที่ผิวจำเพาะลดลง โครงสร้างรูพรุนมีการเปลี่ยนแปลง และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของพื้นผิว การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถเพิ่มความร้อนในการดูดซับ ส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ถ่านกัมมันต์อาจดูดซับสารที่ยาก-ที่จะ-ดูดซับในระหว่างการใช้งาน การสะสมของสารดังกล่าวอาจกระตุ้นปฏิกิริยาคายความร้อน และทำให้อุณหภูมิรุนแรงขึ้นอีก การไม่เปลี่ยนถ่านกัมมันต์อิ่มตัวทันทีสามารถลดประสิทธิภาพการดูดซับ และเพิ่มความเสี่ยงที่อุณหภูมิจะสูงขึ้นผิดปกติ

3.2 อิทธิพลของส่วนประกอบไฮโดรคาร์บอน

ส่วนประกอบของไฮโดรคาร์บอนที่แตกต่างกันมีเอนทัลปีและปฏิกิริยาการดูดซับที่แตกต่างกัน จุดเดือด-สูงบางจุด ไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลขนาดใหญ่อาจยากต่อการดูดซับ การวิจัยระบุว่าไฮโดรคาร์บอนที่มีสายโซ่คาร์บอนยาวกว่า C8 มีอุปสรรคพลังงานการดูดซับที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญบนพื้นผิวถ่านกัมมันต์ ซึ่งนำไปสู่เอนทาลปีการดูดซับสะสม นอกจากนี้ สิ่งเจือปนที่เกิดปฏิกิริยา เช่น ซัลไฟด์และโอเลฟินส์ที่มีอยู่ในน้ำมันและก๊าซอาจเกิดปฏิกิริยาคายความร้อน เช่น ออกซิเดชันหรือพอลิเมอไรเซชันบนพื้นผิวถ่านกัมมันต์ ส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ผลรวมของปัจจัยเหล่านี้อาจทำให้อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นผิดปกติในเบดถ่านกัมมันต์

3.3 พารามิเตอร์การทำงานที่ไม่เหมาะสม

การตั้งค่าพารามิเตอร์การทำงานที่ไม่ถูกต้องถือเป็นอีกปัจจัยสำคัญที่ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นผิดปกติ ความเข้มข้นของก๊าซทางเข้าที่สูงเกินไปอาจทำให้เกิดการปลดปล่อยความร้อนจากการดูดซับอย่างเข้มข้น ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะที่ ความเร็วก๊าซทางเข้าที่สูงเกินไปอาจเร่งการสะสมความร้อน อุณหภูมิก๊าซขาเข้าที่สูงเกินไปจะทำให้อุณหภูมิเตียงสูงขึ้นโดยตรง เพิ่มความเสี่ยงที่จะเกิดความร้อนผิดปกติ การควบคุมอุณหภูมิและระยะเวลาการดูดซับที่ไม่เหมาะสมอาจเกิดขึ้นได้

ส่งผลให้สารที่มีจุดเดือด-จุดเดือดสูง-ตกค้างมากเกินไปบนพื้นผิวถ่านกัมมันต์ ทำให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนเพิ่มขึ้นในระหว่างกระบวนการดูดซับที่ตามมา นอกจากนี้ การตั้งค่ารอบการทำงานที่ไม่สมเหตุสมผลอาจนำไปสู่การสะสมความร้อน ส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างผิดปกติในที่สุด

3.4 ข้อบกพร่องในการออกแบบอุปกรณ์

ข้อบกพร่องในการออกแบบอุปกรณ์อาจทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นผิดปกติ การออกแบบโครงสร้างภายในถังดูดซับที่ไม่เหมาะสมอาจส่งผลให้มีการกระจายก๊าซไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุด การออกแบบระบบกระจายความร้อนที่ไม่เพียงพออาจไม่สามารถขจัดความร้อนจากการดูดซับออกได้ทันที ส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น การวางจุดตรวจสอบอุณหภูมิที่ไม่เหมาะสมอาจสะท้อนอุณหภูมิที่แท้จริงของเบดถ่านกัมมันต์อย่างไม่ถูกต้อง อาจทำให้ไม่สามารถตรวจจับความผิดปกติของอุณหภูมิได้ทันเวลา ทำให้การดำเนินการแก้ไขล่าช้า และทำให้เกิดการสะสมความร้อนและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

4 กลยุทธ์การป้องกันและควบคุมการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิผิดปกติในถังดูดซับถ่านกัมมันต์

สำหรับคลังน้ำมันที่เผชิญกับอุณหภูมิฤดูร้อนที่สูงในภาคใต้ การจัดหาน้ำมัน/ก๊าซโดยตรงจากโรงกลั่น อุณหภูมิตัวดูดซับที่สูงขึ้น และความสามารถในการแปรรูปน้ำมัน/ก๊าซที่ใกล้เคียง{0}} ควรมีการนำมาตรการต่างๆ ไปใช้เพื่อลดอุณหภูมิของตัวดูดซับและอุณหภูมิของน้ำมัน/ก๊าซที่เข้าสู่ถังดูดซับและตัวดูดซับ โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อระงับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นผิดปกติในถ่านกัมมันต์ แนวทางนี้มุ่งเน้นไปที่การปรับเปลี่ยนเล็กน้อยต่อกระบวนการดูดซับถ่านกัมมันต์ที่มีอยู่ โดยไม่รวมกระบวนการรวมเช่นการควบแน่นเป็นการชั่วคราว การปรับเปลี่ยนเฉพาะได้แก่: การติดตั้งระบบสเปรย์ -อุปกรณ์ทำความเย็นของน้ำ หรือวัสดุสะท้อนแสง/ฉนวนบนท่อทางเข้าถังดูดซับก่อน- ช่องทางออกของปั๊มสุญญากาศ/ท่อทางเข้าของหอดูดซับก่อน- และท่อทางเข้าของหอสเปรย์ก่อน-จากถังเก็บสารดูดซับ ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิของน้ำมันและก๊าซที่เข้าสู่ถังดูดซับ ลดการสะสมความร้อนให้เหลือน้อยที่สุด ขณะเดียวกัน การลดอุณหภูมิตัวดูดซับจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซับ และป้องกันไม่ให้-ไอของน้ำมันที่มีความเข้มข้นสูง-กลับเข้าสู่ถังดูดซับเพื่อ-ดูดซับและปล่อยความร้อนอีกครั้ง ซึ่งจะช่วยควบคุมอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของถ่านกัมมันต์

4.2 การเลือกและการเพิ่มประสิทธิภาพสารดูดซับ

เลือกถ่านกัมมันต์ที่มีการกระจายขนาดรูพรุนและเคมีพื้นผิวที่เหมาะสม โดยพิจารณาจากองค์ประกอบไอน้ำมันจริงที่กำลังบำบัด เปลี่ยนหรือสร้างถ่านกัมมันต์ใหม่เป็นประจำเพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ผิดปกติที่เกิดจากการเสื่อมสภาพ พิจารณาใช้ถ่านกัมมันต์-ดัดแปลงหรือตัวเร่งปฏิกิริยา-ที่พื้นผิวเพื่อเพิ่มความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง- มุ่งเน้นการวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ตัวดูดซับหลายชนิดร่วมกันเพื่อควบคุมความร้อนในการดูดซับ ตัวอย่างเช่น การทดลองยืนยันว่าคอมโพสิตเบดถ่านกัมมันต์ของซิลิกาเจล-ช่วยลดความร้อนในการดูดซับลง 35% และขยายเวลาการซึมผ่านของไฮโดรคาร์บอน C6–C12 ขึ้น 20% ซิลิกาเจลประกอบด้วยอนุภาคซิลิกาโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างคล้ายสายโซ่อสัณฐานและแข็ง- และอนุภาคซิลิกาโพลีเมอร์ที่มีโครงสร้างเป็นเครือข่าย การกระจายขนาดรูพรุนครอบคลุมช่วงกว้างโดยไม่มีความสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่คล้ายกับถ่านกัมมันต์ ความคล้ายคลึงกันนี้กำหนดว่าซิลิกาเจลมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับถ่านกัมมันต์ในการใช้งานดูดซับก๊าซอินทรีย์ ซิลิกาเจลที่ไม่ชอบน้ำที่โตเต็มวัยจะแสดงคุณสมบัติที่ไม่ชอบน้ำ ไม่ติดไฟ - และ- คุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิต เมื่อใช้เป็นตัวดูดซับ จะไม่ดูดซับไอน้ำที่กักอยู่ในน้ำมันและก๊าซ และไม่สร้างความร้อนในระหว่างกระบวนการดูดซับ โดยเฉพาะชั้นล่างสุดของซิลิกาเจลสามารถเติมด้วยถ่านกัมมันต์ชั้นบนได้ ในด้านหนึ่ง ซิลิกาเจลแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการดูดซับที่เหนือกว่าสำหรับ-กระแสน้ำมันและก๊าซที่มีความเข้มข้นสูง โดยมีการปล่อยความร้อนน้อยลงอย่างมากในระหว่างการดูดซับเมื่อเทียบกับถ่านกัมมันต์ ในทางกลับกัน ถ่านกัมมันต์แสดงประสิทธิภาพการดูดซับที่ดีสำหรับน้ำมันและก๊าซที่มีความเข้มข้นต่ำ- ในขณะเดียวกันก็สร้างความร้อนน้อยที่สุดในระหว่างการดูดซับ การใช้ซิลิกาเจลในชั้นล่างเพื่อดูดซับ-น้ำมันและก๊าซที่มีความเข้มข้นสูง ตามด้วยถ่านกัมมันต์ในชั้นบนเพื่อ-น้ำมันและก๊าซที่มีความเข้มข้นต่ำ จะช่วยใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติการดูดซับของตัวดูดซับทั้งสองอย่างได้อย่างเหมาะสมที่สุด [1] และลดการสร้างความร้อนจากการดูดซับจากมุมมองของกระบวนการ

4.3 การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบถังดูดซับ

การออกแบบถังดูดซับที่บริสุทธิ์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ผิดปกติ มาตรการสำคัญได้แก่: นำการออกแบบโมดูลาร์มาใช้เพื่อให้การบำรุงรักษาและการเปลี่ยนทดแทนง่ายขึ้น ปรับปรุงโครงสร้างถังภายในเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกระจายก๊าซสม่ำเสมอ เพิ่มประสิทธิภาพระบบกระจายความร้อนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดความร้อน และการวางจุดตรวจวัดอุณหภูมิอย่างมีกลยุทธ์เพื่อให้เกิดการตรวจติดตามเตียงถ่านกัมมันต์ทั้งหมดอย่างครอบคลุม แนะนำให้ใช้การออกแบบถังดูดซับแบบแบ่งส่วน วิธีการนี้จะกระจายความร้อนจากการดูดซับในหลายขั้นตอน ซึ่งช่วยลดภาระความร้อนต่อถัง

จากประสบการณ์การปฏิบัติงานกับหน่วยดูดซับน้ำมันและก๊าซถ่านกัมมันต์ที่บริษัทผู้เขียน อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นผิดปกติในหน่วยถ่านกัมมันต์มีสาเหตุมาจากปริมาณการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่การขยายปริมาตรถังเพื่อเพิ่มการใช้ถ่านกัมมันต์จะช่วยเพิ่มความจุของหน่วย การออกแบบนี้จะเพิ่มภาระความร้อนต่อถังดูดซับ ส่งผลให้การทำงานมีเสถียรภาพ เราแนะนำให้เพิ่มจำนวนถังดูดซับเพื่อเพิ่มความจุแทน วิธีการนี้จะช่วยลดภาระความร้อนต่อถังและช่วยให้สามารถหมุนถังได้ ทำให้สามารถดูดซับได้ละเอียดยิ่งขึ้น และส่งเสริม-การทำงานที่เสถียรในระยะยาว

4.4 การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์การทำงาน

(1) ปรับความเข้มข้นและอุณหภูมิของก๊าซทางเข้าให้เหมาะสมตามเงื่อนไขการทำงานจริง เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปที่เกิดจากความเข้มข้นหรืออุณหภูมิสูงเกินไป

(2) เพิ่มอัตราการหมุนเวียนของตัวดูดซับ (น้ำมันเบนซิน) เพื่อป้องกันความเมื่อยล้าเป็นเวลานาน ความเมื่อยล้าเป็นเวลานานทำให้สัดส่วนของส่วนประกอบที่เบาเพิ่มขึ้นและอุณหภูมิภายในตัวดูดซับที่สูงขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการดูดซับลดลง วิธีนี้ช่วยให้ไอน้ำมันที่มีความเข้มข้นสูง-อุณหภูมิสูง-ที่ไม่ถูกดูดซับกลับ-กลับเข้าสู่ถังดูดซับ ซึ่งจะเพิ่มแรงดันโหลดของหน่วยและทำให้เกิดการสะสมความร้อนอย่างต่อเนื่อง

(3) ควบคุมอุณหภูมิและระยะเวลาการคายการดูดซึมอย่างสมเหตุสมผลเพื่อให้แน่ใจว่าการคายการดูดซึมสมบูรณ์

(4) ปรับรอบระยะเวลาให้เหมาะสมเพื่อสร้างสมดุลระหว่างกระบวนการดูดซับและการกำจัดดูดซับ ป้องกันการสะสมความร้อน

(5) สร้างระบบการติดตามและการเตือนภัยล่วงหน้าที่ครอบคลุมเพื่อตรวจจับและแก้ไขความผิดปกติโดยทันที

4.5 การพัฒนาวัสดุดูดซับแบบใหม่

การพัฒนาวัสดุดูดซับแบบใหม่ถือเป็นวิธีแก้ปัญหาระยะยาว-สำหรับปัญหาอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นผิดปกติ การวิจัยควรมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาตัวดูดซับที่มีความคงตัวทางความร้อนและความสามารถในการคัดเลือกที่เพิ่มขึ้น เช่น -เฟรมเวิร์กอินทรีย์ (MOF) และเฟรมเวิร์กอินทรีย์โควาเลนต์ (COF) สำรวจการรวมวัสดุเปลี่ยนเฟส (PCM) เข้ากับเบดการดูดซับเพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติการดูดซับความร้อน-ในการควบคุมอุณหภูมิ พัฒนาวัสดุคอมโพสิตที่ทำความเย็นด้วยตนเอง-เพื่อปรับปรุงความสามารถในการจัดการระบายความร้อนของระบบ

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นผิดปกติของถ่านกัมมันต์ภายในหน่วยนำกลับน้ำมันและก๊าซมีสาเหตุหลักมาจากการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของคาร์บอน อิทธิพลของส่วนประกอบไฮโดรคาร์บอน พารามิเตอร์การทำงานที่ไม่เหมาะสม และข้อบกพร่องในการออกแบบอุปกรณ์ เพื่อจัดการกับสาเหตุเหล่านี้ กลยุทธ์การป้องกันควรรวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกถ่านกัมมันต์ การออกแบบอุปกรณ์ให้บริสุทธิ์ การปรับปรุงพารามิเตอร์การทำงาน และการพัฒนาตัวดูดซับใหม่ ข้อค้นพบจากการศึกษาครั้งนี้มีนัยสำคัญในการเพิ่มความปลอดภัยและประสิทธิภาพของระบบการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่ พวกเขาสามารถลดความเสี่ยงของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นผิดปกติ ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ และปรับปรุงประสิทธิภาพการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ การวิจัยในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาและการประยุกต์ใช้วัสดุดูดซับแบบใหม่ ตลอดจนการสร้างระบบติดตามอัจฉริยะและระบบเตือนภัยล่วงหน้า เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบการนำน้ำมันและก๊าซกลับมาใช้ใหม่