Размещено на http://www.allbest.ru/

Адсорбционный метод являются одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Только в США введены и успешно эксплуатируются десятки тысяч адсорбционных систем. Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Активированный уголь используют, в частности, для очистки газов от дурно пахнущих веществ, рекуперации растворителей и т.д.

Оксидные адсорбенты (ОА) обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам в силу собственного неоднородного распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности в присутствии влаги. К классу ОА относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.

Можно выделить следующие основные способы осуществления процессов адсорбционной очистки:

· После адсорбции проводят десорбцию и извлекают уловленные компоненты для повторного использования. Таким способом улавливают различные растворители, сероуглерод в производстве искусственных волокон и ряд других примесей.

· После адсорбции примеси не утилизируют, а подвергают термическому или каталитическому дожиганию. Этот способ применяют для очистки отходящих газов химико-фармацевтических и лакокрасочных предприятий, пищевой промышленности и ряда других производств. Данная разновидность адсорбционной очистки экономически оправдана при низких концентрациях загрязняющих веществ и (или) многокомпонентных загрязнителей.

· После очистки адсорбент не регенерируют, а подвергают, например, захоронению или сжиганию вместе с прочно хемосорбированным загрязнителем. Этот способ пригоден при использовании дешевых адсорбентов.

Для десорбции примесей используют нагревание адсорбента, вакуумирование, продувку инертным газом, вытеснение примесей более легко адсорбирующимся веществом, например, водяным паром. В последнее время особое внимание уделяют десорбции примесей путем вакуумирования, при этом их часто удается легко утилизировать.

Для проведения процессов адсорбции разработана разнообразная аппаратура. Наиболее распространены адсорберы с неподвижным слоем гранулированного или сотового адсорбента. Непрерывность процессов адсорбции и регенерации адсорбента обеспечивается применением аппаратов с кипящим слоем.

В последние годы все более широкое применение получают волокнистые сорбционно-активные материалы. Мало отличаясь от гранулированных адсорбентов по своим емкостным характеристикам, они значительно превосходят их по ряду других показателей. Например, их отличает более высокая химическая и термическая стойкость, однородность пористой структуры, значительный объем микропор и более высокий коэффициент массопередачи (в 10-100 раз больше, чем у сорбционных материалов). Установки, в которых используются волокнистые материалы, занимают значительно меньшую площадь. Масса адсорбента при использовании волокнистых материалов меньше, чем при использовании АУ в 15-100 раз, а масса аппарата в 10 раз. Сопротивление слоя не превышает при этом 100 Па.

Повысить технико-экономические показатели существующих процессов удается также путем оптимальной организации стадии десорбции, например, за счет программированного подъема температуры.

Следует отметить эффективность очистки на активированных углях сотовой (ячеистой) структуры, обладающих улучшенными гидравлическими характеристиками. Такие сорбенты могут быль получены нанесением определенных композиций с порошком АУ на вспененную синтетическую смолу или вспениванием смеси заданного состава, содержащей АУ, а также выжиганием наполнителя из смеси, включающей АУ вместе со связующим.

Еще одним направлением усовершенствования адсорбционных методов очистки является разработка новых модификаций адсорбентов - силикагелей и цеолитов, обладающих повышенной термической и механической прочностью. Однако гидрофильность этих адсорбентов затрудняет их применение.

Наибольшее распространение получили адсорбционные методы извлечения из отходящих газов растворителей, в том числе хлорорганических. Это связано с высокой эффективностью процесса очистки газов (95-99%), отсутствием химических реакций образования вторичных загрязнителей, быстрой окупаемостью рекуперационных установок (обычно 2-3 года) благодаря повторному использованию растворителей и длительным (до 10 лет) сроком службы АУ. Ведутся активные работы по адсорбционному извлечению из газов оксидов серы и азота.

Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/м?, очистка оказывается даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей.

Адсорбционная технология

Технология разделения газовых смесей с использованием адсорбентов, веществ селективно поглощающих тот или иной газ, появилась в 50-х годах. Эта технология с момента появления получила широкое распространение в тех применениях, когда требуется получать газ высокой чистоты при большом газовом потоке. Адсорбционное разделение газов часто являются выгодной заменой устаревшей криогенной технологии.

В основе углеводородных установок ООО «Технологии Разделения» с применением адсорбентов лежит новейшая технология сверкороткоцикловой адсорбции (СКЦА). Такие установки предназначены для выделения метана чистотой до 99% из попутного газа на нефтяных месторождениях при минимальном падении давления в процессе разделения. Технология сверкороткоцикловой адсорбции - самое заметное достижение за последние годы в области разделения газов.

Принцип работы установок заключается в том, что сначала сжатый воздух проходит через одну из колонн, до тех пор, пока адсорбент еще способен поглощать определенные газы. После этого воздушный поток направляется в другую колонну, пока в первой происходит регенерация адсорбента.

В СКЦА - установках применяются два технологических новшества: роторная система с использованием всего двух клапанов и структурированный адсорбент нового поколения устойчивый к флюидизации. Это позволяет до 100 раз увеличить скорость цикла, по сравнению с традиционными КЦА-устновками и в разы уменьшить объем используемого адсорбента.

Так, например, адсорбционный способ характеризуется низкой себестоимостью, легкостью управления производственным процессом и достаточно высокой степенью чистоты получаемых газов. В основу данного способа положена способность некоторых веществ специфически (преимущественно) поглощать те или иные газы. При получении азота, воздух под давлением подается в адсорбер, содержащий углеродные молекулярные сита (рис. 3). В результате кислород поглощается адсорбентом, а на выходе получаем азот. В то же время объем кислорода, который может поглотить адсорбент, ограничен, поэтому необходимо постоянно проводить регенерацию молекулярных сит. Обычно это достигается сбросом давления: кислород испаряется с поверхности адсорбента, и последний готов к разделению новой партии воздуха.

Для получения кислорода используют тот факт, что азот адсорбируется на алюмосиликатных ситах быстрее, чем кислород. Поэтому, пропуская воздух через адсорбер с алюмосиликатным наполнением, на выходе получаем кислород чистотой до 95%.

Метод короткоцикловой адсорбции (КЦА).

Криогенное разделение воздуха при всех его качественных параметрах является довольно дорогостоящим способом получения промышленных газов. Адсорбционный метод разделения воздуха, основанный на избирательном поглощении того или иного газа адсорбентами, является некриогенным способом, и широкое применение получил из-за следующих преимуществ:

· высокая разделительная способность по адсорбируемым компонентам в зависимости от выбора адсорбента;

· быстрый пуск и остановка по сравнению с криогенными установками;

· большая гибкость установок, т.е. возможность быстрого изменения режима работы, производительности и чистоты в зависимости от потребности;

· автоматическое регулирование режима;

· возможность дистанционного управления;

· низкие энергетические затраты по сравнению с криогенными блоками;

· простое аппаратурное оформление;

· низкие затраты на обслуживание;

· низкая стоимость установок по сравнению с криогенными технологиями;

Адсорбционный способ используется для получения азота и кислорода, так как он обеспечивает при низкой себестоимости отличные параметры качества.

Принцип получения азота при помощи КЦА прост, но эффективен. Воздух подается в адсорбер - углеродные молекулярные сита при повышенном давлении и температуре внешней среды. В ходе процесса кислород (О2) поглощается адсорбентом, в то время как азот (N2) проходит через аппарат. Адсорбент поглощает газ до состояния равновесия между адсорбцией и десорбцией, после чего адсорбент необходимо регенерировать, т.е. удалить с поверхности адсорбента поглощённые компоненты. Это можно сделать либо путём повышения температуры, либо путём сброса давления. Обычно в короткоцикловой адсорбции используют регенерацию посредством сброса давления. Небольшая длительность циклов адсорбции и регенерации, обычно в пределах нескольких минут, и дала собственно название процесса - «короткоцикловая адсорбция». Чистота азота по этой технологии 99,999%.

В установках для производства кислорода используется известный факт, что азот адсорбируется алюмосиликатными молекулярными ситами существенно быстрее, чем кислород. Для отделения азота от кислорода воздух сначала сжимают, а затем пропускают через адсорбер, получая на выходе относительно чистый кислород. Чистота кислорода как продукта, получаемого по этой технологии, составляет до 95%. Основной загрязняющей его примесью является главным образом аргон. Регенерацию адсорбента проводят при атмосферном давлении или вакууме.

Трёхадсорберная система с применением двухступенчатого насоса

Установки короткоцикловой адсорбции обычно полностью собираются и испытываются на заводе-изготовителе, т.е. поступают к потребителю в состоянии полной заводской готовности, что обеспечивает быстрый монтаж, и имеют диапазон производительности от 10 до 6000 нм 3/ч.

Применение адсорбции для разделения паров растворителей Anwendung der Druckwechseladsorption auf die Abtrennung von Losemitteldampfen. SuSSebach Wolf-Dieter, Rohm Hans-Jurgen. Chem.-Ing.-Techn. 2002. 74, №10, с. 1422-1425. Применение адсорбции переменного давл. (pressure swing adsorbtion - PSA) для выделения органических паров из отходящих газов и отработанного воздуха является еще новым и малоизвестным процессом. По сравнению со способом переменных температур, PSA отличается низкой энергетичностью и инвестиционной стоимостью, достижением высокой чистоты продукта, большой гибкостью относительно концентрационных, температурных колебаний и колебаний давления, а также высокой концентрацией выделенных компонентов. PSA применяется для разделения или очистки газов, напр., разложения и сушки воздуха, изотермического разделения и для получения высокочистого водорода, а также на малых предприятиях, не зависящих от инфраструктуры крупных промышленных комплексов ввиду удобства обращения, но может применяться и в большой технологии, с соединениями с другими основными операциями, например, мембранной паровой пермеацией и абсорбцией. Примером может служить очистка вентиляционных газов в резервуарах гибридным способом и PSA-установках. Проведенные на опытной установке эксперименты показали, что PSA, особенно с использованием активированного угля, весьма пригоден для разделения органических паров.

Технология адсорбции основана на поглощении молекулярными ситами определенных веществ, за счет этого обеспечивается разделение воздушной смеси. Адсорбционная технология позволяет эффективно получать из атмосферного воздуха такие газы как азот и кислород.

Установки работают по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции с использованием воздуха давлением выше атмосферного на стадии адсорбции и сбросом давления до атмосферного на стадии десорбции.

При прохождении воздуха через один из 2-х попеременно работающих адсорберов, заполненных адсорбентом - угольно-молекулярным ситом (УМС) происходит преимущественная адсорбция кислорода на УМС и, при этом, газовая среда обогащается азотом. При насыщении УМС кислородом воздух направляется в другой адсорбер, в отработанном адсорбере давление снижается до атмосферного и он продувается частью продукционного азота, при этом из УМС удаляется адсорбированный кислород и свойства УМС восстанавливаются. Разделение воздуха адсорбционным методом реализуется при температурах +10°…+40°С.

Экономическая целесообразность применения адсорбционной технологии для производства азота (N₂)

Области применения адсорбционной техники

На явлении адсорбции основаны многие способы очистки воздуха от вредных примесей, воды, а также сахарных сиропов при сахароварении, фруктовых соков и других жидкостей в пищевой промышленности, отработанных смазочных масел. Удаление влаги как вредной примеси из газов и жидкостей с помощью твердых адсорбентов - одна из важных отраслей адсорбционной техники.

На адсорбционных процессах основано тонкое разделение смесей веществ и выделение из сложных смесей определенных компонентов. Примеры - разделение изомеров алканов с целью получения нормальных углеводородов для производства ПАВ, разделение нефтей при производстве моторных топлив. Для газовых смесей адсорбционные методы разделения используют при получении воздуха, обогащенного кислородом (вплоть до почти чистого О₂); во мн. случаях эти методы успешно конкурируют с ректификационным.

Быстро развивающаяся область применения адсорбции техники - медицина, где она служит для извлечения вредных веществ из крови (метод гемосорбции) и др. физиол. жидкостей. Высокие требования к стерильности ставят очень трудную задачу подбора подходящих адсорбентов. К ним относятся специально приготовленные активные угли.

Адсорбционная технология получения азота

Высокая чистота азота и низкое энергопотребление создают для этой технологии свою нишу применения. В основном, в стационарном исполнении, в подготовленном помещении - адсорбционные установки довольно чувствительны к окружающим условиям.

Сжатый воздух запускается в камеру, заполненную порошком-адсорбентом. Порошок впитывает кислород, и на выходе из камеры - азот высокой чистоты. Когда порошок одной камеры насыщается кислородом - поток воздуха пускается во вторую камеру, а первая в это время продувается для удаления кислорода. Такой цикл получил название «Короткоцикловая адсорбция» (КЦА).

Чистота получаемого азота может достигать 99,9995%, чего хватает практически для любых применений газообразного азота, если бы не требовательность установок к условиям применения. Когда порошок-адсорбент приходит в негодность - он подвергается замене.

адсорбционный загрязнение активированный воздушный

Размещено на Allbest.ru