Aktivētās ogles pielietojums tvaiku atgūšanā

Gadu desmitiem ogļūdeņražu tvaiku atgūšana ir bijusi neaizstājams process degvielas iekraušanas operācijās. Kopš liela mēroga -tvaiku rekuperācijas bloku (VRU) uzstādīšanas 90. gados, tehnoloģija, kuras pamatā ir aktīvās ogles adsorbcija, kam seko vakuuma reģenerācija, ir kļuvusi parlabākā pieejamā tehnoloģija (LPTP)lielākajai daļai lietojumprogrammu. Tiek lēsts, ka vairāk nekā 95% jaunuzbūvēto VRU visā pasaulē izmanto šo procesu. Pareizi izstrādāta vakuuma-reģenerētās aktīvās ogles sistēma var lepoties ar augstu efektivitāti, izmaksu-efektivitāti, drošību un ārkārtīgu uzticamību-pat ar minimālām apkopes prasībām.

 

 

Procesa apraksts

VRU apstrādājamie tvaiki ir gaisa un gaistošo organisko savienojumu (GOS) maisījums, kas parasti satur20-50% GOS pēc tilpuma. GOS molekulas sastāv no vieglākiem savienojumiem, kas iztvaiko benzīna, jēlnaftas vai līdzīgu produktu iekraušanas laikā. Tvaiki iziet cauri aktīvās ogles slānim, kam ir milzīgs virsmas laukums, kas sastāv no miljoniem poru. Aktivēto ogli var vizualizēt kā a"molekulārais sūklis", kur GOS komponenti pielīp pie poru sieniņām, izmantojot vājus starpmolekulāros spēkus, kas pazīstami kāvan der Vālsa spēki. Šajā adsorbcijas procesā ne aktīvās ogles, ne GOS molekulās nenotiek ķīmiskas izmaiņas. Pateicoties augstajai aktīvās ogles adsorbcijas spējai, ogļūdeņražu emisijas no VRU var samazināt līdz ārkārtīgi zemam līmenim.

 

VRU sastāv no divām vai vairākām aktīvās ogles gultām, kas darbojasadsorbcijas/reģenerācijas cikla režīms, katrs cikls parasti ilgst 10 līdz 15 minūtes. Reģenerācijas fāzes laikā vakuumsūknis samazina spiedienu oglekļa slānī līdz40-80 milibāri. Šis zemais spiediens izmaina līdzsvaru, izjaucot vājos spēkus starp GOS un aktīvo ogli, un ļaujot GOS molekulām iziet no oglekļa slāņa caur vakuumsūkni kā augstas -koncentrācijas gāzes plūsmai (95% GOS un 5% gaisa pēc tilpuma). Gāzes plūsma plūst pret strāvu caur anabsorbcijas torniskur tas nonāk saskarē ar absorbentu (parasti svaigu benzīnu), un tādējādi GOS komponenti tiek absorbēti svaigā absorbentā. Gaiss, kas iziet no absorbcijas torņa, kas joprojām ir piesātināts ar nelielu daudzumu GOS, tiek pārstrādāts, sajaucot ar ienākošo GOS{1}}piekrauto padeves gāzi, kas nonāk adsorbcijas oglekļa slānī. Tas rada nelielu iekšējo cilpu arnulles emisijas.

Aktivētā ogle

Parasti izmantotās izejvielas ir Yuanli GRP un HEM sērijas. Šādai aktīvajai oglei ir lieliska adsorbcijas spēja, un ir jānodrošina tās mehāniskā izturība, lai izvairītos no pārmērīgas putekļu veidošanās.

 

Izejvielām jau ir noteikta porainības pakāpe un īpatnējais virsmas laukums 10–15 kvadrātmetri uz gramu. Tomēr aktivizēšanas procesa laikā, -parasti to veic oksidējošā tvaika atmosfērā temperatūrā no 800 līdz 1100 grādiem, -to īpatnējais virsmas laukums palielinās līdz vairāk nekā 1500 kvadrātmetriem uz gramu.

 

Aktivētās ogles mikroporainā struktūra nodrošina efektīvu adsorbcijas līdzekli, savukārt mezoporas un makroporas ir būtiskas molekulārajiem transporta kanāliem. Tāpēc ir obligāti, ka aktīvajai oglei ir ne tikai augsti attīstīta iekšējā virsma, bet arī poru tīkls ar dažādu diametru, kas nodrošina piekļuvi šai virsmai.

 

Morfoloģija - granulēta vai granulēta?

Aktīvā ogle ir pieejama granulu veidā vai ekstrudētā granulētā veidā. Granulētā aktīvā ogle parasti ir visrentablākā iespēja,{1}}taču tai ir tendence salikt kopā un veidot blīvas zonas. Šīs zonas rada lielākus spiediena kritumus un tukšas vietas oglekļa slānī, kas noved pie novirzīšanas, kur gāze plūst galvenokārt pa augstas -caurlaidības ceļiem. Nevienmērīga adsorbcija un reģenerācija visā oglekļa slānī negatīvi ietekmēs tvaika savākšanas vienības (VRU) kopējo veiktspēju.

 

Granulētu aktivēto ogli iegūst, sajaucot aktīvās ogles pulveri ar saistvielu un izspiežot maisījumu cilindriskās formās. Tas tiek plaši uzskatīts par izcilāko VRU izvēli, jo tas ir mazāk pakļauts iesaiņošanai un mirušo zonu veidošanai. VRU lietojumos granulētas aktīvās ogles diametrs parasti ir 4 milimetri. Būtiski, ka nedrīkst sajaukt dažāda diametra aktivēto ogli, jo tas radīs blīvāku blīvējumu un lielāku spiediena kritumu visā oglekļa slānī.

 

Jauda un atlikušā adsorbcija

Adsorbcijas spēja attiecas uz gaistošo organisko savienojumu (GOS) masu, ko var papildus adsorbēt uz aktīvās ogles masas vienību. Svaigas aktivētās ogles tilpums parasti ir 30% no svara, kas nozīmē, ka 1 kilograms oglekļa var adsorbēt 0,3 kilogramus GOS pirms pilnīgas piesātinājuma sasniegšanas. Lai pilnībā atjaunotu oglekli tās sākotnējā ietilpībā, ir nepieciešama atkārtota aktivizēšana, izmantojot tvaiku 1000 grādu temperatūrā. Tomēr šis process izraisa ievērojamu oglekļa nodilumu, un ievērojama oglekļa daļa tiek zaudēta putekļu veidā. Ņemot vērā tā nepraktiskumu cikliskās sistēmās, tā vietā tiek izmantota maigāka vakuuma reģenerācijas metode. Izmantojot vakuuma reģenerāciju, minerālu{10}}bāzes aktīvās ogles ilgtermiņa jauda (pazīstama arī kā "darba jauda") parasti ir aptuveni 8% no svara. Atšķirību starp svaigo ietilpību un darba spēju sauc par "atlikušo adsorbciju".

 

Adsorbcijas siltums

Adsorbcijas process ir eksotermisks. Oglekļa slāņa parastās cikliskās darbības laikā izdalītais siltums paaugstina temperatūru par aptuveni 10–20 grādiem virs apkārtējās vides temperatūras. Daži ogļūdeņraži, piemēram, ketoni un aldehīdi, ir reaktīvāki un var izraisīt augstāku temperatūras paaugstināšanos oglekļa slānī. Daži aktīvās ogles veidi -īpaši tie, kas iegūti no koka un kokosriekstu čaumalām{6}}ir vairāk pakļauti "termiskai izplūdei" vai "karstajiem punktiem", kas liek izslēgt VRU, iztīrīt to ar inertu gāzi un atdzesēt stingrā uzraudzībā. Kad svaiga aktīvā ogle pirmo reizi tiek pakļauta tvaikiem, tai ir augsta reaģētspēja un tā rada ievērojamu siltumu. Temperatūra oglekļa slāņa iekšpusē var paaugstināties līdz aptuveni 100 grādiem, tāpēc svaiga oglekļa nodošana ekspluatācijā VRU (pazīstama arī kā "iepriekšēja ielāde") ir jāveic apmācītiem speciālistiem.

 

Galvenā problēma: putekļu novēršana

Putekļi ir kritiska problēma, no kuras jāizvairās, jo tie rada spiediena krituma zudumus, samazina adsorbcijas spēju, aizsērējot virsmas poras, izraisa pārmērīgu vakuuma sūkņu un absorbcijas sūkņu nodilumu, bloķē filtrus un uzkrājas benzīna uzglabāšanas tvertnēs.

Ir svarīgi, lai katra aktīvās ogles partija tiktu pārbaudīta attiecībā pret parametriem, kas ir būtiski VRU darbībai, tostarp putekļu saturu, sausumu, blīvumu, daļiņu izmēru, cietību un darba spēju.

 

Aktivētās ogles optimālu darbības apstākļu nodrošināšana

Pareizi izstrādātā VRU aktīvās ogles kalpošanas laiks parasti svārstās no 10 līdz 20 gadiem. Tomēr, ja VRU konstrukcija nenodrošina ogleklim labvēlīgus darbības apstākļus, tā kalpošanas laiks var tikt saīsināts līdz 4 līdz 5 gadiem.

 

Kustība oglekļa slānī

VRU spiediens mainās starp atmosfēras spiedienu un dziļo vakuumu vismaz četras reizes stundā. Katra reģenerācijas cikla sākumā vakuumsūknis darbojas ar pilnu jaudu, lai samazinātu spiedienu līdz desorbcijas slieksnim. Kad reģenerācija ir pabeigta, spiediens ātri jāizlīdzina, lai atgrieztu oglekļa slāni stāvoklī, kas ir gatavs nākamajam adsorbcijas ciklam. Ja vien oglekļa slānis nav droši nostiprināts, šis pastāvīgais vilkšanas un stumšanas spēks liks oglekļa daļiņām berzēties viena gar otru un nodilst putekļos. Skaidrs, ka zemas-stiprības ogleklis ātrāk noberzīsies, un granulētais ogleklis blīvāk iesaiņosies gabaliņos. Pat cieta, minerālu{6}}granulēta ogle pakāpeniski nolietojas un laika gaitā radīs putekļus. Papildus oglekļa pārvietošanās novēršanai labi-izstrādātam VRU vajadzētu arī kontrolēt un samazināt spēkus (vakuuma un spiediena izlīdzināšanu), kas iedarbojas uz oglekļa slāni.

Parasti oglekļa masas zudums putekļu veidošanās dēļ ir vienīgais vissvarīgākais faktors, kas ietekmē aktīvās ogles kalpošanas laiku,{0}}un no tā var gandrīz pilnībā izvairīties, pareizi projektējot VRU.

 

Ilgtermiņa-atlikuma adsorbcija

Kā minēts iepriekš, atlikušā adsorbcija attiecas uz sākotnējās adsorbcijas jaudas daļu, ko nevar atgūt ar vakuuma reģenerāciju. To var vizualizēt kā poras, kuras pastāvīgi aizņem GOS molekulas, kuras nevar noņemt ar vakuumu. Jebkurā sistēmā atlikušā adsorbcija laika gaitā palielinās lēni, kā rezultātā pakāpeniski samazinās darbspēja. Ir jāparedz ikgadējs jaudas samazinājums par dažiem procentpunktiem. Labi-izstrādātajos VRU ir iekļauta sākotnējā drošības rezerve, lai kompensētu šo samazinājumu. Kā daļu no drošas VRU apkopes programmas oglekļa paraugi arī periodiski jāizņem un jāanalizē, lai noteiktu optimālo oglekļa aizstāšanas laiku jau laikus.

 

Parametrs	Mērķa prasība	Optimāla izvēle
Oglekļa slāņa plūsmas sadale	Vienmērīgs plūsmas sadalījums nodrošina VRU ilgāko kalpošanas laiku, zemāko spiediena kritumu un maksimālo kopējo jaudu.	Granulēts ogleklis ar 4 mm diametru
Putekļi	Zems sākotnējais putekļu saturs	Ogleklis, kam veikta dziļa tīrīšana un biežas partijas paraugu ņemšanas pārbaudes
Mehāniskā izturība	Stingrs, augstas{0}}cietības ogleklis ir izturīgs pret sadrumstalotību putekļos un noārdīšanos, nodrošinot ilgu kalpošanas laiku	Minerālu{0}}bāze, augstas- kvalitātes ogleklis ar noteiktu cietības/nodiluma indeksu
Darba kapacitāte	Pietiekami augsts, lai nodrošinātu labu VRU ilgtermiņa -efektivitāti, bet ne pārāk augsts (jo tas palielina termiskās noplūdes risku)	Uz minerālu-bāzēta ogleklis ar pilniem ilgtermiņa{1}}darbspējas ierakstiem
Blīvums	Oglekļa daudzums vienmēr tiek norādīts pēc svara, taču ievērojamas blīvuma atšķirības padara to par galveno faktoru, aprēķinot oglekļa tvertnes izmērus.	Darba spējai jābūt korelētai ar blīvumu; ir jāpārbauda katras partijas sausais tilpuma blīvums
Zema spiediena kritums	Ogleklis, kas nav viegli iesaiņots blīvos gabaliņos	Granulēts ogleklis ar 4 mm diametru
Drošības/pašaizdegšanās temperatūra	Augstāka pašaizdegšanās temperatūra nodrošina lielāku drošības rezervi pret termisku izplūdi oglekļa slānī.	Mineral-based carbon with documented autoignition temperature >450 grādi
	Blīvus pušķus, visticamāk, veidos karstie punkti	Priekšroka tiek dota granulētai oglei, nevis granulētai oglei

 

Optimālas aktīvās ogles izvēle tvaika savākšanas ierīcēm

Izvēloties ideālo aktivēto ogli tvaika savākšanas vienībām (VRU), vissvarīgākie kritēriji ir:

Oglekļa gultas applūšana

Aktivētās ogles iegremdēšana šķidrā absorbentā rada neatgriezeniskus bojājumus. Tas ir jānovērš, uzstādot atbilstošas ​​augsta līmeņa noteikšanas ierīces pie tvaiku ieplūdes un absorbcijas torņa.

Aerosola iekļūšana oglekļa slānī

Ir ļoti svarīgi, lai absorbcijas tornis būtu aprīkots ar miglas noņemšanas ierīci un lai plūsmas ātrums caur vakuumsūkni un absorbcijas torni tiktu kontrolēts, lai izvairītos no aerosola iekļūšanas oglekļa slānī,{0}}tas radīs neatgriezeniskus aktīvās ogles bojājumus.