Применение активированного угля для улавливания паров

На протяжении десятилетий улавливание паров углеводородов было неотъемлемой частью операций по загрузке топлива. Поскольку в 1990-х годах началась масштабная-установка установок улавливания паров (УРУ), принципадсорбция активированным углем с последующей вакуумной регенерациейстал лучшим доступным методом для подавляющего большинства приложений. По оценкам, более 95% новых VRU по всему миру используют этот процесс. При правильном проектировании системы с активированным углем, регенерированным в вакууме-, обеспечивают высокую эффективность, экономичность,-экономичность, безопасность и исключительную надежность-даже при минимальных требованиях к техническому обслуживанию.

 

 

Обзор процесса

Пар, обрабатываемый в VRU, представляет собой смесь воздуха и летучих органических соединений (ЛОС), обычно содержащую 20–50% ЛОС по объему. Молекулы ЛОС состоят из более легких соединений, которые испаряются при погрузке бензина, сырой нефти или подобных веществ. Пар проходит через слой активированного угля, поверхность которого имеет огромную площадь и состоит из миллионов пор.Гранулированный активированный уголь для очистки ЛОСшироко используется здесь в качестве классической адсорбционной среды, в которой компоненты ЛОС прилипают к стенкам пор за счет слабых межмолекулярных сил (т.е. сил Ван-дер-Ваальса). Во время этого процесса адсорбции не происходит никаких химических изменений ни с активированным углем, ни с молекулами ЛОС. Благодаря своей высокой адсорбционной способности активированный уголь может снизить выбросы углеводородов от УРУ до чрезвычайно низкого уровня.

VRU включает в себя два или более слоев активированного угля, работающих в цикле адсорбции/регенерации, причем каждый цикл обычно длится 10–15 минут.Гранулированный активированный уголь для очистки ЛОСобычно используется в таких много-системах для обеспечения надежной циклической работы. На этапе регенерации вакуумный насос снижает давление внутри угольного слоя до 40–80 мбар. Низкое давление смещает равновесие, разрывая слабые связи между ЛОС и активированным углем. Затем молекулы ЛОС удаляются из слоя в виде потока высокой-концентрации (95 % ЛОС по объему, 5 % по объему воздуха) с помощью вакуумного насоса. Этот поток течет противотоком через абсорбционную башню, где он контактирует с абсорбентом (обычно свежим бензином), и компоненты ЛОС поглощаются свежим абсорбентом. Воздух, выходящий из абсорбционной колонны, все еще насыщенный небольшим количеством ЛОС, рециркулируется путем смешивания его с неочищенным исходным газом ЛОС, поступающим в адсорбционный слой. Это создает небольшую внутреннюю переработку без выбросов.

 

 

Активированный уголь

Обычным сырьем являетсяскорлупа кокоса и уголь, которые дают активированный уголь с превосходной адсорбционной способностью и достаточной механической прочностью, чтобы избежать чрезмерного пылеобразования.

Сырью по своей природе свойственна определенная степень пористости и удельная поверхность 10–15 м²/г. Однако во время активации,-обычно проводимой при 800–1100 градусах в атмосфере окислительного пара-удельная площадь поверхности увеличивается до более чем1500 m²/g.

Микропористая структура активированного угля обеспечивает эффективную адсорбцию, а мезопоры и макропоры служат каналами потока. Таким образом, для активированного угля крайне важно не только иметь высокоразвитую внутреннюю поверхность, но и обеспечивать доступ к этой поверхности через сеть пор различного диаметра.

 

Форма: ГранулированныйАктивированный угольпротив.ЭкструдированныйАктивированный уголь

Активированный уголь доступен в любом виде.Гранулированный активированный угольили экструдированный активированный уголь. Гранулированный активированный уголь, как правило, более экономичен,-но имеет тенденцию оседать и образовывать плотные области. В этих регионах наблюдается более высокий перепад давления и создаются мертвые зоны с интенсивным-"каналированием" потока внутри угольного слоя. Неравномерная адсорбция и регенерация по всему слою отрицательно повлияют на общую производительность VRU.

Экструдированный активированный угольшироко признан лучшим выбором для VRU, поскольку он устойчив к плотным мертвым зонам. В VRU экструдированный активированный уголь обычно имеет диаметр4 мм. Важно избегать смешивания углей разного диаметра, поскольку это приводит к более плотной упаковке и более высокому перепаду давления в слое.

 

Адсорбционная способность и остаточная адсорбционная способность

Адсорбционная способностьотносится к массе дополнительных ЛОС, которые могут быть адсорбированы на единицу массы активированного угля. Свежий углерод обычно имеет емкость30% масс.Это означает, что 1 кг углерода может адсорбировать 0,3 кг ЛОС до достижения полного насыщения. Восстановление первоначальной мощности углерода требует реактивации паром при температуре 1000 градусов, но этот процесс приводит к значительной потере углерода-большая часть углерода теряется в виде пыли. Для циклических систем это непрактично, поэтому мягчевакуумная регенерациявместо этого используется. При вакуумной регенерации долгосрочная-производительность (также называемаяработоспособность) активированного угля на минеральной-основе обычно составляет около8% масс.. Разность между свежей емкостью и рабочей емкостью определяется какостаточная адсорбционная емкость.

 

Теплота адсорбции

Адсорбция является экзотермическим процессом. При нормальной циклической работе угольного слоя теплота адсорбции повышает температуру примерно на 10–20 градусов выше температуры окружающей среды. Более реакционноспособные углеводороды, такие как кетоны и альдегиды, создают в слое значительно более высокие температуры. Некоторые активированные угли (особенно на основе древесины-и кокосовой скорлупы-более склонны ктермический побегилигорячие точки, что требует остановки ВРУ, продувки инертным газом и охлаждения под пристальным наблюдением. Свежий углерод проявляет чрезвычайно высокую реакционную способность при первом воздействии пара, выделяя значительное количество тепла. Температура кровати может подняться примерно до 100 градусов, поэтомупервоначальная загрузка (пред-кондиционирование)Свежий углерод в VRU должен выполняться квалифицированным персоналом.

Ключевой проблемой, которой следует избегать, являетсяпыль, так как вызывает потери давления, снижает производительность за счет закупорки поверхностных пор, ускоряет износ вакуумных и абсорбционных насосов, засоряет фильтры и накапливается в резервуарах для хранения бензина.

Каждая партия активированного угля должна быть проверена на наличие параметров, критически важных для работы УРУ:содержание пыли, влажность, плотность, размер частиц, твердость и работоспособность.

 

Поддержание оптимальной эффективности активированного угля

В правильно спроектированном VRU срок службы активированного угля обычно составляет10–20 лет. Однако плохая конструкция, не обеспечивающая благоприятные условия эксплуатации, может сократить срок службы до 4–5 лет.

 

Движение углеродного слоя

В VRU циклы давления между атмосферным давлением и высоким вакуумом происходят не менее четырех раз в час. В начале каждого цикла вакуумный насос сильно тянет, чтобы снизить давление до порога десорбции. После регенерации давление быстро выравнивают, чтобы подготовить слой к адсорбции. Если их не надежно зафиксировать, это многократное вытягивание и уплотнение приводит к тому, что частицы углерода трутся друг о друга, превращаясь в пыль. Низко-углерод разлагается быстрее, а гранулированный активированный уголь легче скапливается в более плотные комки. Даже высокопрочный-экструдированный активированный уголь на минеральной- основе постепенно изнашивается в пыль. Правильная конструкция VRU должна предотвращать перемещение углерода и контролировать/минимизировать силы (вакуум и выравнивание), действующие на углерод.

Потеря массы,-вызванная пылью, — это единственный наиболее важный фактор, ограничивающий срок службы активированного угля-, и ее можно практически устранить при правильной конструкции VRU.

 

Долгосрочная-остаточная адсорбционная способность

Как отмечалось ранее, остаточная адсорбционная емкость представляет собой часть начальной адсорбционной емкости, невосстанавливаемую при вакуумной регенерации. Он представляет собой поры, постоянно занятые молекулами ЛОС, которые невозможно удалить вакуумом. Остаточная адсорбционная емкость в любой системе со временем медленно увеличивается, постепенно снижая рабочую емкость. Углеродная емкость обычно снижается на несколько процентных пунктов ежегодно. Хорошо спроектированные VRU имеют первоначальный запас прочности, компенсирующий это снижение. Надежная программа технического обслуживания включает регулярные отборы проб углерода и анализ, позволяющие заранее определить оптимальное время замены.

 

Выбор оптимального активированного угля для VRU

Наиболее важными критериями выбора идеального активированного угля VRU являются следующие:

Ключевые критерии выбора активированного угля ВРУ

 

 

Затопление угольных пластов

Погружение активированного угля в жидкий абсорбент вызывает необратимые повреждения. Предотвратите это с помощью систем обнаружения высокого-уровня на входе пара и в абсорбционной башне.

 

Унос аэрозоля в слой углерода

Абсорбционная башня должна быть оборудована туманоуловителем, а скорость потока через вакуумный насос и абсорбционную башню необходимо контролировать, чтобы избежать уноса аэрозоля в угольный слой-, это приводит к необратимому повреждению активированного угля.

 

Если вы заинтересованы в гранулированном активированном угле или экструдированном активированном угле и хотите использовать их для улавливания паров масла, мы можем порекомендовать вам наиболее подходящий активированный уголь в соответствии с вашими требованиями. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам в любое время. Мы гордимся тем, что можем помочь вам!

Свяжитесь сейчас