Zastosowanie węgla aktywnego w odzyskiwaniu oparów

Od kilkudziesięciu lat odzyskiwanie oparów węglowodorów jest nieodzowną częścią operacji załadunku paliwa. Ponieważ w latach 90. rozpoczęto-instalację jednostek do odzyskiwania oparów (VRU) na dużą skalę, zasadaadsorpcja na węglu aktywnym, a następnie regeneracja próżniowaokazała się najlepszą dostępną techniką dla zdecydowanej większości zastosowań. Szacuje się, że ponad 95% nowo budowanych VRU na całym świecie stosuje ten proces. Prawidłowo zaprojektowane systemy z węglem aktywnym regenerowanym próżniowo zapewniają wysoką wydajność,-opłacalność, bezpieczeństwo i wyjątkową niezawodność-nawet przy minimalnych wymaganiach konserwacyjnych.

 

 

Przegląd procesu

Para oczyszczona w VRU jest mieszaniną powietrza i lotnych związków organicznych (LZO), zazwyczaj zawierającą 20–50% objętościowych LZO. Cząsteczki LZO składają się z lżejszych związków, które odparowują podczas ładowania benzyny, ropy naftowej lub podobnych substancji. Para przechodzi przez złoże węgla aktywnego, które ma ogromną powierzchnię złożoną z milionów porów.Granulowany węgiel aktywny do oczyszczania LZOjest tu powszechnie stosowany jako klasyczny ośrodek adsorpcyjny, gdzie składniki LZO przylegają do ścianek porów za pomocą słabych sił międzycząsteczkowych (tj. sił van der Waalsa). Podczas tego procesu adsorpcji nie zachodzą żadne zmiany chemiczne ani w węglu aktywnym, ani w cząsteczkach LZO. Dzięki wysokiej zdolności adsorpcji węgiel aktywny może zmniejszyć emisję węglowodorów z VRU do wyjątkowo niskiego poziomu.

VRU zawiera dwa lub więcej złóż węgla aktywnego pracujących w cyklu adsorpcji/regeneracji, przy czym każdy cykl trwa zazwyczaj 10–15 minut.Granulowany węgiel aktywny do oczyszczania LZOjest powszechnie wdrażany w takich systemach-z wieloma łóżkami w celu zapewnienia niezawodnej wydajności cyklicznej. W fazie regeneracji pompa próżniowa obniża ciśnienie wewnątrz złoża węgla do 40–80 mbar. Niskie ciśnienie przesuwa równowagę, rozrywając słabe wiązania pomiędzy LZO i węglem aktywnym. Cząsteczki LZO są następnie usuwane ze złoża w postaci strumienia o wysokim-stęeniu (95% objętościowych LZO, 5% objętościowych powietrza) za pomocą pompy próżniowej. Strumień ten przepływa w przeciwprądzie przez wieżę absorpcyjną, gdzie styka się z absorbentem (zwykle świeżą benzyną), a składniki LZO są wchłaniane przez świeży absorbent. Powietrze opuszczające wieżę absorpcyjną, wciąż nasycone niewielką ilością LZO, jest poddawane recyklingowi poprzez zmieszanie go z surowym gazem zasilającym LZO wprowadzanym do złoża adsorpcyjnego. Tworzy to mały wewnętrzny recykling bez emisji.

 

 

Węgiel aktywny

Powszechnymi surowcami sąłupina orzecha kokosowego i węgiel, które dają węgiel aktywny o doskonałej zdolności adsorpcji i wystarczającej wytrzymałości mechanicznej, aby uniknąć nadmiernego wytwarzania pyłu.

Surowce z natury mają pewien stopień porowatości i powierzchnię właściwą 10–15 m²/g. Jednak podczas aktywacji-zazwyczaj przeprowadzanej w temperaturze 800–1100 stopni w atmosferze pary utleniającej-powierzchnia właściwa wzrasta do ponad1500 m²/g.

Mikroporowata struktura węgla aktywnego umożliwia efektywną adsorpcję, natomiast mezopory i makropory pełnią rolę kanałów przepływowych. Dlatego ważne jest, aby węgiel aktywny nie tylko miał wysoce rozwiniętą powierzchnię wewnętrzną, ale także zapewniał dostęp do tej powierzchni poprzez sieć porów o różnych średnicach.

 

Forma: GranulowanyWęgiel aktywnyvs.WytłaczaneWęgiel aktywny

Węgiel aktywny jest dostępny w obu wersjachGranulowany węgiel aktywnylub wytłaczany węgiel aktywny. Granulowany węgiel aktywny jest generalnie-tańszy, ale ma tendencję do osiadania i tworzenia gęstych obszarów. W tych obszarach występuje większy spadek ciśnienia i tworzą się martwe strefy z „kanałowaniem”-przepływu w złożu węgla. Nierówna adsorpcja i regeneracja w złożu będzie miała negatywny wpływ na ogólną wydajność VRU.

Wytłaczany węgiel aktywnyjest powszechnie uznawany za najlepszy wybór dla VRU, ponieważ jest odporny na osadzanie się w gęstych martwych strefach. W VRU wytłaczany węgiel aktywny ma zazwyczaj średnicę4 mm. Co ważne, należy unikać mieszania węgli o różnych średnicach, ponieważ prowadzi to do gęstszego upakowania i większego spadku ciśnienia w złożu.

 

Zdolność adsorpcji i resztkowa zdolność adsorpcji

Pojemność adsorpcyjnaodnosi się do masy dodatkowych LZO, które mogą zostać zaadsorbowane na jednostkę masy węgla aktywnego. Świeży węgiel ma zazwyczaj pojemność30% wag.co oznacza, że ​​1 kg węgla może zaabsorbować 0,3 kg LZO przed osiągnięciem pełnego nasycenia. Przywrócenie pierwotnej pojemności węgla wymaga reaktywacji za pomocą pary o temperaturze 1000 stopni, ale proces ten powoduje znaczną utratę węgla.-Większość węgla jest tracona w postaci pyłu. Jest to niepraktyczne w przypadku układów cyklicznych, więc jest łagodniejszeregeneracja próżniowajest używany zamiast tego. Dzięki regeneracji próżniowej-długoterminowa wydajność (tzwzdolność do pracy) węgla aktywnego-mineralnego wynosi zwykle około8% wag.. Różnicę między wydajnością świeżą a wydajnością roboczą definiuje się jakoresztkowa zdolność adsorpcji.

 

Ciepło adsorpcji

Adsorpcja jest procesem egzotermicznym. Podczas normalnej, cyklicznej pracy złoża węgla ciepło adsorpcji podnosi temperaturę o około 10–20 stopni powyżej temperatury otoczenia. Bardziej reaktywne węglowodory, takie jak ketony i aldehydy, generują znacznie wyższe temperatury w złożu. Niektóre węgle aktywne (zwłaszcza na bazie drewna-i łupiny orzecha kokosowego-) są bardziej podatne naucieczka termicznaLubgorące punktyco wymaga wyłączenia VRU, przepłukania gazem obojętnym i chłodzenia pod ścisłym nadzorem. Świeży węgiel wykazuje wyjątkowo wysoką reaktywność po pierwszym wystawieniu na działanie pary, generując znaczne ciepło. Temperatura łóżka może wzrosnąć do około 100 stopni, więcwstępne ładowanie (wstępne{{0}kondycjonowanie)świeżego węgla w VRU musi wykonać wykwalifikowany personel.

Kluczową kwestią, której należy unikać, jestpyłponieważ powoduje straty ciśnienia, zmniejsza wydajność poprzez blokowanie porów powierzchniowych, przyspiesza zużycie pomp próżniowych i absorpcyjnych, zatyka filtry i gromadzi się w zbiornikach benzyny.

Każda partia węgla aktywnego powinna zostać zbadana pod kątem parametrów krytycznych dla pracy VRU:zawartość pyłu, wilgotność, gęstość, wielkość cząstek, twardość i wydajność roboczą.

 

Utrzymanie optymalnej wydajności węgla aktywnego

W prawidłowo zaprojektowanym VRU żywotność węgla aktywnego wynosi zazwyczaj10–20 lat. Jednak zły projekt, który nie zapewnia korzystnych warunków pracy, może skrócić żywotność nawet do 4–5 lat.

 

Ruch złoża węgla

W VRU ciśnienie zmienia się między ciśnieniem atmosferycznym a wysoką próżnią co najmniej cztery razy na godzinę. Na początku każdego cyklu pompa próżniowa mocno ciągnie, aby obniżyć ciśnienie do progu desorpcji. Po regeneracji ciśnienie jest szybko wyrównywane, aby przygotować złoże do adsorpcji. Jeśli nie zostaną odpowiednio zamocowane, to powtarzające się ciągnięcie i zagęszczanie powoduje, że cząsteczki węgla ocierają się o siebie, zamieniając się w pył. Węgiel o niskiej-wytrzymałości rozkłada się szybciej, a granulowany węgiel aktywny łatwiej osadza się w gęstsze grudki. Nawet wytłaczany węgiel aktywny na bazie-minerału-o wysokiej wytrzymałości stopniowo zamienia się w pył. Właściwa konstrukcja VRU musi zapobiegać ruchowi węgla i kontrolować/minimalizować siły (podciśnienie i wyrównanie) działające na węgiel.

Utrata masy spowodowana pyłem-jest najważniejszym czynnikiem ograniczającym żywotność węgla aktywnego-i można ją prawie wyeliminować dzięki odpowiedniej konstrukcji VRU.

 

Długoterminowa-zdolność do adsorpcji resztkowej

Jak zauważono wcześniej, resztkowa zdolność adsorpcji to część początkowej zdolności adsorpcji, której nie można odzyskać poprzez regenerację próżniową. Reprezentuje pory trwale zajęte przez cząsteczki LZO, których nie można usunąć za pomocą próżni. Resztkowa zdolność adsorpcji rośnie powoli w czasie w każdym systemie, stopniowo zmniejszając wydajność roboczą. Zdolność do emisji dwutlenku węgla zwykle spada o kilka punktów procentowych rocznie. Dobrze-zaprojektowane jednostki VRU uwzględniają początkowy margines bezpieczeństwa, aby zrekompensować ten spadek. Solidny program konserwacji obejmuje regularne pobieranie próbek dwutlenku węgla i analizę w celu wcześniejszego określenia optymalnego czasu wymiany.

 

Wybór optymalnego węgla aktywnego dla VRU

Najbardziej krytyczne kryteria wyboru idealnego węgla aktywnego VRU są następujące:

Kluczowe kryteria wyboru węgla aktywnego VRU

 

 

Zalanie złoża węgla

Zanurzenie węgla aktywnego w ciekłym absorbencie powoduje nieodwracalne uszkodzenia. Zapobiegaj temu poprzez systemy-wykrywania wysokiego poziomu na wlocie pary i wieży absorpcyjnej.

 

Porywanie aerozolu do złoża węgla

Wieża absorpcyjna musi być wyposażona w eliminator mgły, a natężenie przepływu przez pompę próżniową i wieżę absorpcyjną musi być kontrolowane, aby uniknąć przedostawania się aerozolu do złoża węgla,-powoduje to nieodwracalne uszkodzenie węgla aktywnego.

 

Jeśli jesteś zainteresowany granulowanym węglem aktywnym lub wytłaczanym węglem aktywnym i chcesz je wykorzystać do odzyskiwania oparów oleju, możemy polecić Ci najbardziej odpowiedni węgiel aktywny w oparciu o Twoje wymagania. Prosimy o kontakt z nami w każdej chwili. Jesteśmy zaszczyceni, że możemy Ci pomóc!

Skontaktuj się teraz