книги / Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности
..pdfности. |
- Адсорбция и адсорбенты, 1976, вып.4, с . 3-14. |
4. |
Тарковская И .А ., Огражеско Д .Н ., Гоба В.Е. и др. |
О факторах, влияющих на образование поверхностных комплек сов на окисленных углях и на их ионообменные и каталити ческие свойства. - Адсорбция и адсорбенты, 1977, вып.5,
с. 3 - II .
5.Гоба В .Е ., Тарковская И .А ., Завьялов А.Н. Электронообменные свойства активных углей, окисленных различными
способами. - Адсорбция и |
адсорбенты, 1978, вып.8, с . 55-58. |
6. Тарковская И .А ., |
Томашевская А.Н., Рыбаченко В.И. и |
др. Исследование химической природы поверхности активных углей методом ИК-спектроскопии. - Адсорбция и адсорбенты, 1978, вып.8 , с . 43-48.
7. Тарковская И .А., Завьялов А.Н., Гоба В.Е. и др. Исследование свойств окисленных углей из древесины. - Ад сорбция и адсорбенты, 1976, вып.4, с . 19-24.
8. Амалин А.Н. Получение активного угля, модифицирован ного фосфорной кислотой и исследование его сорбционных свойств. Автореф. д и с .... канд.хкм.наук. - Воронеж,1971. - 17 с.
9. Сапунов |
В. А. Окислювальна переробка викопного вуг1лля.- |
|
В1сник АН УССР, |
1980, |
№ 12, с . 43-47. |
10. Туляков |
Е .Н ., |
Кузин И .А ., Плаченов Т.Г. Исследование |
влияния неорганических добавок на процесс окисления и |
||
свойства окисленного |
угля. - В к н .: Углеродные адсорбенты и |
|
их применение в |
промышленности. 4 .1, Пермь, 1969, с . 126-135. |
11.Боэм Х.П. Химическая идентификация поверхностных групп. - В к н .: Стереохимия и механизмы каталитических реакций. - М.: Мир, 1968, с . 186-288.
12.Стражеско Д.Н. Адсорбция электролитов на активном уг ле. Автореф.дис. . . . докт.хим.наук - Киев, 1951.
13.Лоскутов А .И ., Кузин И.А. Получение и исследование свойств азотсодержащего активного угля. - В к н .: Синтез и свойства ионообменных материалов.- М.: Наука, 1968, с . 95-101.
14.Николаев В. Г ., Стрелко В. В. Гемосорбция на активиро ванных углях. - Киев: Наукова Думка, 1979, - 287 с.
15.Тарковская И .А ., Козуб Г.М ., Гоба В.Е. и др. Влияние
проводимости на катионообменные и каталитические свойства
221
окисленных углей. - Укр.хим.ж., 1978, т.44, 0 5, с . 489-493. 16. Тарковская И.А., Отавицкая С.С., Петренко Т.П.
Исследование каталитической активности окисленных углей различного происхождения в окислительно-восстановительных реакциях. - Адсорбция и адсорбенты, 1979, 0 7, с . 3-7.
17. Тарковская И.А ., Стражеско Д .Н ., Завьялов А.Н., Исследование сорбционных и ионообменных свойств окисленных
углей из |
древесины. - Адсорбция и адсорбенты, 1975, |
вып.З, |
|||
с .8-13. |
|
|
|
|
|
18. |
Тарковская И.А., Гращенкова Л .Н ., |
Завьялов |
А.Н. и |
||
др. Сорбционная очистка солей щелочных металлов кальция, |
|||||
бериллия, |
алюминия и др. от примесей с применением окислен |
||||
ных углей. |
- Укр.хим.ж., 1976, 0 7, |
с . 698-701. |
|
||
19. .Кузин И.А., Плаченов Т .Г ., |
Таушканов В.П. Исследо |
||||
вание углей, окисленных при низких температурах. - |
В к н .: |
||||
Получение, структура и свойства сорбентов. |
- Л .: Госхим- |
||||
издат, 1959, с .86-93 |
|
|
|
||
20. |
Страшко Б. К. Нузин И. А. Получение |
окисленного угля |
|||
и исследование его ионообменных свойств. - |
В к н .: Синтез и |
||||
свойства ионообменных материалов.- |
М.: Наука, 1968, |
с . 303- |
-309.
21.Тарковская И.А., Горбенко Ф.П., Шевченко С.И. Очитска реактивов, высокоизбирательным ватионообменником - окисленным углем. - Методы анализа химических реактивов и препаратов. - М.: ИРЕА, 1967, вып.14, с .28-33.
ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ
УДК 661.183.2:66.061.8
В.М.Кисаров
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ АДСОРБЕНТОВ ДЛЯ РЕКУПЕРАЩИ ЛЕТУЧИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ И САНИТАРНОЙ ОЧИСТКИ ВЕНТВЫБРОСОВ
Одним из эффективных способов извлечения вредных цримесей от отходящих промышленных газов с последующей рекуперацией уловленных компонентов или их обезврежива нием является углеадсорбционный / I / .
В настоящем сообщении мы рассмотрим состояние и перспективы применения углеродных адсорбентов для извле чения примесей главным образом в пяти областях.
I . До последнего времени активный уголь применяется преимущественно для рекуперации летучих органических растворителей при использовании лаков и красок» обезжи ривании металлических изделий, в производстве химических волокон и пластмасс, резино-технических и асбесто-техни ческих изделий, искусственной кош,мехов,кинопленки, бездымного пороха, целлулоида,жиров и т .п .
Затраты на рекуперацию в этом случае,как правило, окупаются.
К сожалению, удельный расход водяного пера,электро энергии , охлаждающей воды (основные составляющие эксплуатационных затрат). Одна из причин такого завыше ния,на наш взгляд, заключается в отсутствии рекуперационных углей с необходимыми свойствами. Выпускаемые промыш-
223
ленностыо угли типа АР имеют недостаточный удельный объем микропор, да и диапазон эффективного размера их желательно расширить как в сторону больших, так и в сто рону меньших величин. На многих установках недостаточ ная эффективность рекуперации обусловлена еще и непра вильным эксплуатационным режимом адсорбции-регенерации: завышенная нагрузка,вызываемая нередко ростом мощности основного производства, недостаточная квалификация обслуживающего персонала, неудовлетворительное состоя ние оборудования, трудности снабжения углем и т .д .
Так, при рекуперации спирто-эфирной смеси на одном из
предприятий изменение режима регенерации сорбента позво лило повысить степень очистки с 70-80 %до 95-98 %/2/,
Уточнение циклограммы работы рекуперационной уста
новки |
привело к увеличению степени |
очистки с 74 |
% |
|
до 84 |
%/3 / . Дальнейшее увеличение |
эффективности |
в |
дан |
ном случае требуе? установки дополнительного адсорбера. Корректировка длительности фаз адсорбции и сушки
угля на установке рекуперации этилацетата в производстве плащевых тканей (Балашовский комбинат Саратовской об ласти) позволяет повысить степень очистки с 70 % до 92 %/4 / .
Годовой экономический эффект от реализации изменен ного режима адсорбции-регенерации на рассмотренных трех установках составляет около 200 тыс.руб.
За последние пять лет по нашим регламентам спроекти ровано более 30 ренуперационных установок. Одни из них вошли в строй действующих, другие построены и в ближай шее время будут пускаться, третьи находятся в стадии строительства.
Можно сказать,что задача рекуперации летучих раство рителей с концентрацией их в отходящих газах 2-30 г/м 3 решается.
2. Более сложен вопрос с рекуперацией растворителей из отходящих газов, образующихся при использовании лакокрасочных материалов (ЛНМ). В настоящее время в процессах окрашивания и сушки используется около
224
1,2 млн.т растворителей в год. Из них примерно 350 тыс;т в год уносится с обходящими газами цри про
мышленной окраске распыление л и столько же цри сушке. Концентрация растворителей в отходящих) газах в этих
процессах колеблется от нескольких десятков миллиграмм до нескольких грамм на кубометр, окрасочных аэрозолей - - от нескольких миллиграмм до нескольких десятков мил лиграмм на кубометр (в газах,образующихся при сушке, аэрозоли практически, отсутствуют).
Если принять во внимание,что в качестве растворите лей ЛКМ наиболее часто применяются уайт-спирит, ксилол, толуол (сравнительно дешевые продукты), то очистка от ходящих газов из камер сушки с температурой 70-Ю0°С, очевидно более целесообразна термическим или термоката литическим способом.
Очистка отходящих газов из окрасочных камер от раст ворителей адсорбционным или термокаталитическим спосо бом возможна лишь при наличии предварительной очистки от аэрозолей. Очистку от аэрозолей обычно рекомеццуют производить в гидрофильтрах / 5 / . Однако этот способ не эффективен. Более эффективными являются тканевые фильтры,но в этом случае процесс существенно усложня ется / 6 / .
При решении задачи улавливания аэрозолей улавлива ние растворителей целесообразно производить адсорбцион
ным способом, |
хотя и з-за |
сравнительно |
низких |
концентра |
|
ций их в газах |
(0 ,5 -1 ,0 |
г/м3) |
затраты |
на этот |
процесс |
неокупаемы. |
|
|
|
|
|
Перспективным способом для |
очистки |
таких газов,по |
нашему мнению, является адсорбционно-окислительный, осуществленный в промышленных масштабах в ФРГ при обезвреживании неприятнопахнущих газовых выбросов / 7 / .
Технико-экономическая оценка показала, что приведен ные затраты на очистку 1000 м3 загрязненного воздуха в адсорбционно-окислительных методах в 1,5 -3 ,0 р аза ниже, чем в методах термокаталитического и термического сжи гания / 8 / . В настоящее время выполнено несколько цроек-
15 356
225
тов адсорбционно-окислительных установок* В связи с рас смотрением адсорбционно-окислительного способа очистки заслуживает внимание реактивация активных углей,отрабо танных в процессе поглощени. внсококипящих органических веществ и осмоляпцихся в порах угля (например,фенол)* Примечательно,что капвложения на печь реактивация произво дительностью по углю 10 т/сутки составляют 26-35 тыс.руб* /9/* Это составляет всего лишь 4-5 % от капвложений на адсорбционную установку средней производительности.
3. Известно,что ежегодно около 4,5 млн тонн углеводоро дов теряется в атмосфере при хранении, транспортировке и сливо-наливных операциях. Только нефтеперерабатывающие
предприятия выбрасывают в атмосферу 2,5 млн т/год различ ных углеводородов, из них 40 % приходится на резервуарные парки и сливо-наливные эстакады.
Проблема утилизации таких углеводородов на сегодня не решена. Здесь возможны несколько вариантов рекуперации. Один из них наиболее перспективный - это абсорбционный в сочетании с адсорбционным. В настоящее время такая схема
проектируется для одного из нефтеперерабатывающих заводов. 4. Проблема экономики энергетических ресурсов становит
ся чрезвычайно актуальной. Огромные количества тепла расходуются на подогрев приточного воздуха общеобменной вентиляции производственных помещений. Использовать в замкнутом цикле этот воздух мешают различные токсические принеси, в том числе органические, очистка от которых наиболее эффективна углеадсорбционным способом.
Расчеты применительно к очистке приточного воздуха с концентрацией бензола 25 мг/м3, объемом 200 тыс.мЗ/ч, находящегося в цикле замкнутой системы вентиляфи , показывают,что годовой экономический эффект от внедрения адсорбционного способа составит порядка 300 тыс.руб. ,а вместе с внедрением адсорбера новой конструкции -
-500 тыс.руб.
5.В химической, электротехнической, медицинской и др.отраслях‘промышленности широко используется ртуть.
На десятках производств в вентиляционных выбросах (до со тен тнс.м®/ч) содержатся пары ртути.
226
До недавних пор для очистки таких выбросов применялся пиролюзитннй спосс 5. Нани разработан более эффективный хеноуглеадсорбционный способ., который внедрен на нескольких предприятиях и вытесняет пиролюзитный /10/.
Таким образом, перспективы использования углеродных адсорбентов для рекуперации летучих растворителей и сани тарной очистки вентвыбросов имеются. Для реализации их необходимы работыtв первую очередь,по расширению ассорти мента углеродных адсорбентов.
В этой связи уместно упомянуть об активных углеродных волокнах (МВ), производство которых в некоторых странах достигло промышленных масштабов /II/.
В таблице приведены величины активности МВ, выпускаемых японской фирмой "Тойобо" /12/, отечественных М В и актив ных углей по парам трихлорэтилена при 20°С. Обращает на
себя внимание высокая активность М В |
(Япония). |
|
|||
Величины активности углеродных адсорбентов |
|||||
Керка |
Страна. |
Активность, и |
|
||
1,3 г/мэ |
13 г/м3 |
||||
|
|
||||
|
В о л о к н а |
|
90,0 |
110,0 |
|
КР 1500 |
Япония |
|
|||
* 5 |
СССР |
|
43,3 |
55,5 |
|
* 6 |
СССР |
|
37,9 |
46,2 |
|
*♦10 |
СССР |
|
37,7 |
5*1,3 |
|
|
У г л и |
|
20,0 |
60,0 |
|
9 -АО |
Япония |
|
|||
АР - 3 |
СССР |
|
25,7 |
40,2 |
|
скг |
СССР |
|
54,3 |
72,6 |
|
Примечание: |
данные для расчета активности М В |
(СССР) |
|||
|
взяты из /II/. |
|
|
|
15-2 356 |
227 |
На рисунке представлены данные по кинетике адсорбции
■ десорбции толуола на АУВ КР 1500 и угле ^-ACt из кото рого видно,что десорбция на АУВ происходят значительно эффективнее.
Общий коэффициент массопередачм на АУВ в 10-100 раз больше, чем у зернистых активных углей. При использовании АУВ мас са адсорбента по сравнению с углем уменьшается в 15-100 раз, а масса аппарата в 10 раз. Сопротивление сдоя не превышает 100 Па до запыленности около 200 г/м. На АУВ существенно снижаются химические превращения уловленных компонентов. Это имеет важное значение для рекуперации таких реакцион носпособных и широко применяемых растворителей хая цикло гексанон. АУВ могут применяться в кольцевых адсорберах,в роторных многослойных гофрированных адсорберах, в виде рулонных матов /12/.
Необходимо также совершенствование конструкций адсорбе ров, которые за многие десятки лет не претерпели существен ных изменений, хотя возможности сокращения их металлоемко сти, более равномерного распределения паро-газовых потоков, а следовательно снижения энергозатрат, упрощения их обслу живания далеко не исчерпаны. В наших разработках эти воз можности в существенной мере использованы: заметно снижен
2 2 8
вес кольцевых решеток , увеличена степень использования объема засыпки угля, упрощена загрузка и выгрузка его. В текущей пятилетке такие ад< орберы производительностью 10,20,40,80 тыс.м3/ч планируется серийно выпускать на одном из заводов Миннефтехиммаша СССР.
ЛИ Т Е Р А Т У Р А
1.Кисаров В.М. Современное состояние техники рекупе рации летучих органических растворителей. - М.: фНТИХимнефтемаш, 1976.
2.Информационный листок Горьковского межотраслевого
территориального центра НТИП, № 11-80.
3. Кисаров В.М ., Субботин А.И. Пром. и сан. очистка газов.-М .: ЩНТИХимнефтемаш, №2 , 18, 1980.
4. Информационный листок Горьковского межотраслевого территориального центра НТИП, №88-80.
5. Фиалковская Т.А. Вентиляция при окраске изделий.-
- М.: Машиностроение, 1977. |
|
|
|
6 |
. Кутовский М .Я., В.Я.Лившиц. Лакокрасочные материа |
||
лы и их применение, 1966, № I , |
с .67. |
||
7 |
. Проспект фирмы " Ceag |
" (ФРГ). |
|
8 |
. Корчагина Р.В. и др. Пром. и |
сан. очистка газо в .- |
|
- М.: |
фНТИХимнефтемаш, 1980, $ |
I , |
с . 23. |
9 |
. Методические рекомендации по эксплуатации уста |
||
новки для регенерации активного |
гранулированного угля |
вшахтной печи РЗ-ПРН-Ю.- Киев: 1980.
10.Степанов А. С. Пром. и сан. очистка г а зо в .- М.: ЩНТИХимнефтемаш, 1981, № 3.
11.Получение, свойства и применение углеродных волок нистых адсорбентов. Обзорная информация. Серия хин.пром. волокон.- М.: НИИТЭХИМ, 1981.
12.Проспект фирмы "Тойобо" (Япония).
15-3 356
УДК 541.183:661.183.2
Р. А.Багиров
ОССБЕННОСТИ АДСОРБЦИИ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ
Вэксплуатируемых в настоящее время промышленных ад сорбционных установках извлечение из природного г а за со путствующих нежелательных примесей, а также их десорбция проводятся при высоких давлениях. Для определения опти мальных режимов эксплуатации подобных установок, необхо димо изучение особенностей адсорбции и десорбции извле каемых из газа компонентов на различных адсорбентах при высоких давлениях.
Вданной статье даются результаты теоретических и экспериментальных исследований адсорбции некоторых газов на угле СКТ, цеолите NaX и силикагеле мерки КСМ цри высоких давлениях (до 10 МПа).
Одним из первых исследователей, изучающих адсорбцию газов при высоких давлениях, были Мак-Бэн и Бриттон.
Результаты проведенных работ по адсорбции при высоких
давлениях до 1930 года отражены в работе |
/ I / а в работах |
||||
/2 ,3 / |
обобщены результаты |
исследований за |
1930-1966 |
г г . |
|
После |
1966 года появились |
всего |
несколько работ Стейси |
||
/ 4 ,5 / , |
Кобаяши / 6 / , Озава /7 ,8 / . |
|
|
|
|
Во всех вышеуказанных работах |
было отмечено,что |
осо |
бенностью адсорбции при высоких давлениях является обра зование максимума на изотерме сорбции. Подобные изотермы адсорбции газов на угле были получены также и в работах
/9-14/.
230