Aktyvintos anglies taikymas garų regeneravimui

Jau dešimtmečius angliavandenilių garų regeneravimas buvo nepakeičiamas kuro pakrovimo procesas. Po didelio masto garų regeneravimo įrenginių (VRU) įrengimo praėjusio amžiaus dešimtajame dešimtmetyje, technologija, pagrįsta aktyvintos anglies adsorbcija, o po to vakuuminiu regeneravimu, tapogeriausia prieinama technologija (GPGB)daugumai programų. Apskaičiuota, kad daugiau nei 95% naujai pastatytų VRU visame pasaulyje naudoja šį procesą. Tinkamai suprojektuota vakuuminė-regeneruota aktyvintosios anglies sistema pasižymi dideliu efektyvumu, ekonomišku-efektyvumu, saugumu ir itin patikimu-net ir su minimaliais priežiūros reikalavimais.

 

 

Proceso aprašymas

VRU apdoroti garai yra oro ir lakiųjų organinių junginių (LOJ) mišinys, kurio paprastai yra20-50 % LOJ pagal tūrį. LOJ molekules sudaro lengvesni junginiai, išgarinami kraunant benziną, žalią naftą ar panašius produktus. Garai praeina per aktyvuotos anglies sluoksnį, kurio paviršius yra didžiulis, sudarytas iš milijonų porų. Aktyvuota anglis gali būti vizualizuota kaip a"molekulinė kempinė", kur LOJ komponentai prilimpa prie porų sienelių per silpnas tarpmolekulines jėgas, žinomas kaipvan der Waals pajėgos. Šio adsorbcijos proceso metu nevyksta nei aktyvintosios anglies, nei LOJ molekulių cheminių pokyčių. Dėl didelio aktyvintos anglies adsorbcijos pajėgumo angliavandenilių išmetimas iš VRU gali būti sumažintas iki itin žemo lygio.

 

VRU sudaro dvi ar daugiau aktyvintos anglies sluoksnių, veikiančiųadsorbcijos / regeneracijos ciklo režimas, kiekvienas ciklas paprastai trunka 10–15 minučių. Regeneracijos fazės metu vakuuminis siurblys sumažina slėgį anglies sluoksnio viduje iki40-80 milibarų. Šis žemas slėgis keičia pusiausvyrą, sutrikdo silpnąsias jėgas tarp LOJ ir aktyvintos anglies, o LOJ molekulės gali išeiti iš anglies sluoksnio per vakuuminį siurblį kaip didelės koncentracijos dujų srautas ({1}).95 % LOJ ir 5 % oro pagal tūrį). Dujų srautas teka priešinga srove per anabsorbcijos bokštaskur jis liečiasi su absorbentu (dažniausiai šviežiu benzinu), todėl LOJ komponentai yra absorbuojami į šviežią absorbentą. Oras, išeinantis iš absorbcinio bokšto, vis dar prisotintas nedideliais LOJ kiekiais, yra perdirbamas sumaišant su gaunamomis LOJ{1}}pakrautomis tiekimo dujomis, patenkančiomis į adsorbcijos anglies sluoksnį. Tai sukuria mažą vidinę kilpą sunulinės emisijos.

Aktyvuota anglis

Dažniausiai naudojamos žaliavos yra Yuanli GRP ir HEM serijos. Tokia aktyvuota anglis pasižymi puikia adsorbcijos galia, todėl turi būti užtikrintas jos mechaninis stiprumas, kad nesusidarytų per daug dulkių.

 

Žaliavos jau turi tam tikrą poringumą, o savitasis paviršiaus plotas yra 10–15 kvadratinių metrų vienam gramui. Tačiau aktyvinimo proceso metu -paprastai atliekama oksiduojančių garų atmosferoje, kurios temperatūra svyruoja nuo 800 laipsnių iki 1100 laipsnių, -jų specifinis paviršiaus plotas padidėja iki daugiau nei 1500 kvadratinių metrų vienam gramui.

 

Mikroporinė aktyvintos anglies struktūra yra efektyvi adsorbcijos priemonė, o mezoporos ir makroporos yra labai svarbios molekuliniams transportavimo kanalams. Todėl būtina, kad aktyvintoji anglis turėtų ne tik labai išvystytą vidinį paviršiaus plotą, bet ir įvairaus skersmens porų tinklą, leidžiantį pasiekti šį paviršių.

 

Morfologija – granuliuota ar granuliuota?

Aktyvuota anglis tiekiama granulių arba ekstruzijos granulių pavidalu. Granuliuota aktyvintoji anglis paprastai yra ekonomiškiausias pasirinkimas, Šios zonos sukuria didesnius slėgio kritimus ir negyvas erdves anglies sluoksnyje, todėl dujos pirmiausia teka aukšto -pralaidumo keliais. Netolygi adsorbcija ir regeneracija visoje anglies sluoksnyje neigiamai paveiks bendrą garų atgavimo bloko (VRU) veikimą.

 

Granuliuota aktyvintoji anglis gaminama sumaišant aktyvintos anglies miltelius su rišikliu ir mišinį išspaudžiant į cilindrines formas. Jis plačiai laikomas geriausiu VRU pasirinkimu, nes jis yra mažiau linkęs supakuoti ir formuoti negyvas zonas. Naudojant VRU, granuliuotos aktyvintos anglies skersmuo paprastai yra 4 milimetrai. Svarbu, kad skirtingo skersmens aktyvintosios anglies maišyti negalima, nes dėl to sandarumas ir didesnis slėgio kritimas anglies sluoksnyje.

 

Talpa ir liekamoji adsorbcija

Adsorbcijos pajėgumas reiškia lakiųjų organinių junginių (LOJ), kuriuos galima papildomai adsorbuoti, masę aktyvintosios anglies masės vienetui. Šviežios aktyvintos anglies talpa paprastai yra 30 % masės, o tai reiškia, kad 1 kilogramas anglies gali adsorbuoti 0,3 kilogramo LOJ, kol pasiekia visišką prisotinimą. Norint visiškai atkurti pradinę anglies talpą, reikia pakartotinai suaktyvinti naudojant garus 1000 laipsnių temperatūroje. Tačiau šis procesas sukelia didelį anglies dilimą, o didelė anglies dalis prarandama kaip dulkės. Atsižvelgiant į jo nepraktiškumą ciklinėse sistemose, vietoj jo naudojamas švelnesnis vakuuminio regeneravimo metodas. Atliekant vakuuminį regeneravimą, mineralinės -aktyvintos anglies ilgalaikis -pajėgumas (taip pat žinomas kaip „darbingumas“) paprastai yra apie 8 % masės. Skirtumas tarp šviežios talpos ir darbinio pajėgumo vadinamas "liekamąja adsorbcija".

 

Adsorbcijos šiluma

Adsorbcijos procesas yra egzoterminis. Įprasto ciklinio anglies sluoksnio veikimo metu išsiskirianti šiluma pakelia temperatūrą maždaug 10–20 laipsnių virš aplinkos temperatūros. Kai kurie angliavandeniliai, tokie kaip ketonai ir aldehidai, yra labiau reaktyvūs ir gali sukelti didesnį temperatūros kilimą anglies sluoksnyje. Tam tikri aktyvintos anglies tipai -ypač tos, kurios gaunamos iš medienos ir kokoso kevalų{6}} yra jautresnės „šilumos nutekėjimui“ arba „karštoms vietoms“, dėl kurių reikia išjungti VRU, išvalyti jį inertinėmis dujomis ir atvėsinti atidžiai prižiūrint. Kai šviežia aktyvuota anglis pirmą kartą veikiama garų, ji pasižymi dideliu reaktyvumu ir išskiria didelę šilumą. Temperatūra anglies sluoksnio viduje gali pakilti iki maždaug 100 laipsnių, todėl šviežios anglies paleidimą VRU (taip pat žinomas kaip „išankstinis pakrovimas“) turi atlikti apmokyti specialistai.

 

Pagrindinis rūpestis: dulkių išvengimas

Dulkės yra labai svarbi problema, kurios reikia vengti, nes jos sukelia slėgio kritimą, sumažina adsorbcijos pajėgumą, užsikimšdamos paviršiaus poras, pernelyg susidėvi vakuuminius ir absorbcinius siurblius, blokuoja filtrus ir kaupiasi benzino bakuose.

Labai svarbu, kad kiekviena aktyvintos anglies partija būtų išbandyta pagal VRU veikimui svarbius parametrus, įskaitant dulkių kiekį, sausumą, tankį, dalelių dydį, kietumą ir darbingumą.

 

Optimalių aktyvintosios anglies eksploatavimo sąlygų užtikrinimas

Tinkamai suprojektuotame VRU aktyvintosios anglies tarnavimo laikas paprastai svyruoja nuo 10 iki 20 metų. Tačiau jei VRU konstrukcija neužtikrina palankių anglies eksploatavimo sąlygų, jos tarnavimo laikas gali sutrumpėti iki 4–5 metų.

 

Judėjimas anglies lovos viduje

VRU slėgis svyruoja tarp atmosferos slėgio ir gilaus vakuumo mažiausiai keturis kartus per valandą. Kiekvieno regeneravimo ciklo pradžioje vakuuminis siurblys veikia visu pajėgumu, kad sumažintų slėgį iki desorbcijos slenksčio. Pasibaigus regeneracijai, slėgis turi būti greitai išlygintas, kad anglies sluoksnis būtų paruoštas kitam adsorbcijos ciklui. Jei anglies sluoksnis nėra tvirtai pritvirtintas, dėl šios nuolatinės traukimo ir stūmimo jėgos anglies dalelės trinsis viena į kitą ir susidėvės į dulkes. Akivaizdu, kad mažo-stiprumo anglis susidės greičiau, o granuliuota anglis tvirčiau susikaups į gumulėlius. Net ir kieta mineralinė{6}}granuliuota anglis palaipsniui susidėvės ir laikui bėgant susidarys dulkės. Gerai suprojektuotas VRU turėtų ne tik užkirsti kelią anglies judėjimui, bet ir kontroliuoti ir sumažinti jėgas (vakuumo ir slėgio išlyginimą), veikiančias anglies sluoksnį.

Paprastai anglies masės praradimas dėl dulkių susidarymo yra vienintelis svarbiausias veiksnys, turintis įtakos aktyvintosios anglies eksploatavimo trukmei,{0}}ir to beveik visiškai galima išvengti tinkamai suprojektavus VRU.

 

Ilgalaikė{0}}liktinė adsorbcija

Kaip minėta anksčiau, likutinė adsorbcija reiškia pradinio adsorbcijos pajėgumo dalį, kurios negalima atkurti vakuuminiu regeneravimu. Jį galima įsivaizduoti kaip poras, nuolat užimtas LOJ molekulių, kurių negalima pašalinti vakuumu. Bet kurioje sistemoje liekamoji adsorbcija laikui bėgant didėja lėtai, todėl darbingumas palaipsniui mažėja. Reikėtų numatyti, kad pajėgumai kasmet sumažės keliais procentiniais punktais. Gerai-suprojektuotiems VRU įtraukta pradinė saugos riba, kuri kompensuoja šį sumažėjimą. Vykdant patikimą VRU priežiūros programą, anglies mėginiai taip pat turėtų būti periodiškai paimami ir analizuojami, kad būtų galima iš anksto nustatyti optimalų anglies pakeitimo laiką.

 

Parametras	Tikslinis reikalavimas	Optimalus pasirinkimas
Anglies sluoksnio srauto paskirstymas	Tolygus srauto paskirstymas užtikrina ilgiausią tarnavimo laiką, mažiausią slėgio kritimą ir didžiausią bendrą VRU pajėgumą.	Granuliuota anglis, kurios skersmuo 4 mm
Dulkės	Mažas pradinis dulkių kiekis	Anglis, kuri buvo kruopščiai išvalyta ir dažnai tikrinama partijų mėginių ėmimas
Mechaninis stiprumas	Tvirta, didelio{0}}kietumo anglis atspari skilimui į dulkes ir degradacijai, todėl užtikrina ilgą tarnavimo laiką	Mineralinės-pagrįstos aukštos-kokybės anglis su apibrėžtu kietumo / nusidėvėjimo indeksu
Darbingumas	Pakankamai aukštas, kad būtų užtikrintas geras ilgalaikis{0}}VRU efektyvumas, bet ne per didelis (nes tai padidina terminio nutekėjimo riziką)	Mineralinės{0}}anglies pagrindu su išsamiais-ilgalaikiais darbingumo įrašais
Tankis	Anglies kiekis visada nurodomas pagal svorį, tačiau dėl didelių tankio svyravimų tai yra pagrindinis veiksnys skaičiuojant anglies kanistro matmenis	Darbingumas turi būti koreliuojamas su tankiu; turi būti patikrintas kiekvienos partijos sausas tūrinis tankis
Žemo slėgio kritimas	Anglies, kuri nesunkiai susikaupia į tankius gumulėlius	Granuliuota anglis, kurios skersmuo 4 mm
Saugos / savaiminio užsidegimo temperatūra	Aukštesnė savaiminio užsidegimo temperatūra užtikrina didesnę saugos ribą nuo šiluminio bėgimo anglies sluoksnyje.	Mineral-based carbon with documented autoignition temperature >450 laipsnių
	Tankiuose gumuluose dažniau susidaro karštos vietos	Pirmenybė teikiama granuliuotai anglis, o ne granuliuotai angliai

 

Optimalios aktyvintos anglies pasirinkimas garų regeneravimo įrenginiams

Renkantis idealią aktyvintąją anglį garų regeneravimo įrenginiams (VRU), svarbiausi kriterijai yra šie:

Anglies sluoksnio užtvindymas

Aktyvintos anglies panardinimas į skystą absorbentą sukelia negrįžtamą žalą. To reikėtų išvengti įrengiant tinkamus aukšto lygio aptikimo įtaisus prie garų įleidimo angos ir sugerties bokšto.

Aerozolio patekimas į anglies sluoksnį

Labai svarbu, kad absorbciniame bokšte būtų įrengtas rūko šalintuvas, o srauto greitis per vakuuminį siurblį ir absorbcinį bokštą būtų kontroliuojamas, kad būtų išvengta aerozolio patekimo į anglies sluoksnį{0}}tai sukels negrįžtamą aktyvintos anglies žalą.