Газдарды адсорбционды тазалау

Шығарылатын газдарды тазалау процесінде қолданылатын адсорбенттер келесі талаптарға сәйкес келуі керек:

- газды қоспаларда азғантай концентрацияда компоненттерді жұту кезінде жоғарғы адсорбциондық қабілеті болуы керек;

- жоғарғы іріктемелікке ие болуы;

- үлкен механикалық беріктіліктілі болу;

- регенерацияға қабілеті болу;

- төмен құнды болу.

Адсорбент ретінде көбірек таралған белсенді көмірлер, силикагелдер, алюмогелдер және цеолиттер сияқты материалдар.

Белсенді көмір - органикалық кеуекті адсорбенттер. Оларды әртүрлі органикалық шикізаттардан алады: көмір, шымтезек, ағаш, жануар сүйектері, жаңғақ қабығы. Өндіру кезінде осы материалды ауа кіргізбей термиялық өңдеуден (600-900°С) өткізеді, нәтижесінде ұшатын заттарды одан шығарады. Сосын бу, газдар және химиялық реагенттермен (белсендіргіш) өңдеп, активтеу арқылы жақсартады. Температураны, белсендіргішті беру жылдамдығын және активтендіру уақытын өзгерте отырып, адсорционды-құрылымдық қасиеттері алдын-ала берілген көмірді алуға болады. Міндетіне байланысты көмір бөлінеді: ағартатын (ерітінділерді тұссіздендіру үшін), рекуперационды (тез қайнайтын ерітінділердің буын ұстап қалу үшін) және газдық (аз мөлшерді молекулалы газдың буларын және газды қоспадағы аз концентрациялы газдарды сіңіру үшін). Газды тазалауда соңғы екі түрі көбірек маңызға ие. Мөлшері және пішініне қарай белсенді көмір түйіршектелген және ұнтақталған болып бөлінеді. Түйіршектелгендерді диаметрі 2-5 мм цилиндр түрінде шығарады және оның биіктігі диаметрінен әрқашан үлкен. Көбінесе газ ағындарын тазалау және бөлу кезінде қолданады. Ұнтақталған көмірлер шамасы 0,15 мм-ден кем бөлшектерден тұрады. Оларды сұйық фазадағы заттарды тазалауда жиі қолданады.

Белсенді көмір су өткізбейді және ең алдымен су өткізбейтін заттарды адсорбтайды олардың қатарына көптеген органикалық заттар жатады. Адсорционды белсенділігі адсорбирленетін заттың молекулярлық салмағын және температурасын көтергенде өседі.

Көмірдің таңбасы тегін және тағайындалуын көрсетеді: АУ-белсенді көмір; БАУ-қайыңды белсенді көмір; АГ-түйіршікті белсенді көмір; СКТ-күкірт-калиймен активтендірілген көмір, шымтезекті; КАУ-сүйекті белсенді көмір; АР-рекуперационды белсенді көмір. Біраз белсенді көмірлердің сипаттамасы мен қолданылу аймағы 6.2. кестеде берілген.

Адсорбент ретінде белсенді көмірдің теріс өзгешелігі - оның жаңғыштығы. Ауалы атмосферада көмірдің тотығуы 250 °С-тан жоғары температурада басталады. Өрт қауіптілігін азайту үшін көмірге 5%-ті силикагель қосады.

Қазіргі кезде полимерлі материалдан жасалған - MSC түрдегі молекулярлы-електі көмір кең таралуда. Бұл топшаға саран полимерінен жасалған САУ (6.2. кесте) көмірі жатады. Көмірдің MSC түрі өзінің құрылысы арқасында газ қоспасындағы қарсы компонент суды сіңіре алады.

 

6.2 - кесте. Белсенді көмірдің қолданылу аймағы мен сипаттамасы

Марка	Түйіршік мөлшері, мм	Үйінді тығыздық, кг/	Қорғаныш әрекетінің уақыты, мин	Микропораны адсорбциялаудың шекті көлемі, /г	Қолданылу аймағы
БАУ	1-5		-	0,26	Газ және буды адсорциялау
АГ-3	1,5-2,7			0,30	Газ және буды адсорциялау
АГ-5	1-1,5			0,30	Газ және буды адсорциялау
САУ	1-5		-	0,36	Газ және буды адсорциялау
КАУ	1-5		-	0,33	Газ және буды адсорциялау
АРТ	1-6	550-600	-	0,33	Газдарды жіңішке тазалау
СКТ-1	0,5-2,7			0,45-0,59	Газдарды күкіртсутектен тазалау
СКТ-2	1,0-2,7		-	0,45-0,59	Көмірсутекті газдарды ұстап қалу
СКТ-3	1-3,5		-	0,46	Көмірсутекті газдарды ұстап қалу
СКТ-4	1-3,5			-	Көмірсутекті газдарды ұстап қалу
СКТ-6	0,5			-	Радиобелсенді газдарды адсорциялау

 

Силикагельдер. Өзінің химиялық табиғатына байланысты гидратты аморфты кремнезем () болып келеді. Оны күкірт қышқылымен сұйық шынының әрекеттесуі жолымен алады. Реакция өнімдерін сумен шаяды, 5-7% ылғалдылық қалғанша кептіреді, 800°C-та қыздырады, одан кейін кейін ұсақтайды және франкцияда 0,2-7 мм размерде ыдыратады немесе диаметрі 3-6 мм шар тәрізді түйіршік алады. Силикагельдер берік, мөлдір шыны тәрізді немесе күңгірт (матовый) дән тәрізді болады. Газдарды құрғату және полярлы органикалық (мысалы, метил спирті) заттардың буын жұту үшін қолданады. Полярлы емес заттардың буын нашар жұтады.Белсенді көмірмен салыстырғандағы артықшылығы: арзан, жанбайды, алынған кезде кеуек құрылысын реттеуге болады, ұнтақталуға қарсы жоғары механикалық беріктікке ие, регенерацияның төменгі температурасына (110-120°C) ие.

Силикагельдің меншікті беті екі­үш ретке тағайындалуына байланысты өзгеруі мүмкін. Өнеркәсіпте үйме тығыздығы 400-900 кг/ , 0,2-7мм мөлшердегі түйіршікпен кесекті (дұрыс емес пішінді түйіршік) және түйіршікті (дұрыс пішінді түйіршік) силикагельдер шығарады. Әр түрлі адсорбция әдістері үшін өзінің гранулометриялық құрамын ұсынады: қайнайтын қабатты процестер үшін-0,1-0,25мм; қозғалатын қабатты процестер үшін-0,5-2,0мм; тұрақты қабатты процестер үшін-2,0-7,0мм. Кейбір силикагельдердің сипаттамасы 6.3-кестеде келтірілген.

Силикагельдердің жетіспеушілігіне, әсіресе ұсақ кеуектілердің тамшы ылғалдылығының әсерінен оның түйіршіктерінің бұзылуы жатады.

 

6.3-кесте. Кейбір силикагель маркаларының сипаттамасы

Марка	Пораның орташа радиусы, м	Меншікті бет, кг/	Кеуектілік жиынтығы, кг/
КСК-ірі кеуекті ірі силикагель, түйіршікті		300-450	(0,9-1,1)
МСК-ірі кеуекті ұсақ силикагель, кесекті	(6,4 7)	282-288	(0,93-0,97)
КСМ-ұсақ кеуекті ірі силикагель, түйіршікті	(0,8 )	400-750	(0,25-0,6)
МСМ-ұсақ кеуекті ұсақ силикагель, кесекті	(1,3 )	550-580	0,34
КСС-орташа кеуекті ірі силикагель, түйіршікті	(1,8 )	500-650	(0,64-0,85)

 

Алюмогельдер (альминийдің белсенді оксиді). Сутартқыш адсорбент болып табылады. Алюмогельді алу технологиясы селикагельді алу технологиясына ұқсас. Газды қоспадағы кейбір полярлы органикалық заттарды сіңіру үшін және газдарды құрғату үшін қолданады. Газдарды құрғату кезінде олар өз массасынан 4-тен 10%-ға дейін су буын сіңіре алады. Өнеркәсіпте цилиндр пішінді түйіршікті алюмогельдер (түйіршік диаметрі 2,5-5 мм және 3-7 мм биіктігі), сонымен қатар шар тәрізді пішінді (бөлшек диаметрі 3-4 мм). Алюмогельдер силикагельге қарағанда су әсеріне беріктеу келеді.

Цеолиттер. Бұл құрамында сілтілік және сілтілік жер металдарының оксидтері бар алюмосиликаттар. Цеолиттердің негізгі ерекше өзгешілігі - қатаң тұрақты кеуекті құрылысы (поралар бірдей мөлшерлі), оларды іріктеуші адсорбция үшін қолдануға мүмкіндік береді.

Цеолиттер табиғи және синтетикалық деп бөлінеді. Табиғидан морденитті, шабазитті және эрионитті тәжірибеде қолданады. Пора мөлшері дейін, ал микропора көлемі . Табиғи цеолиттер табиғатта шашыраған, оның үстіне оларды қолдануды қиындататын әртүрлі қоспалармен олар ластанған.

Қазіргі уақытта 100-ге жуық цеолит атауы синтезделген. Көбінесе келесі маркадағы синтетикалық цеолиттерді қолданады: КА, NaA, CaA, CaX, NaX. Бірінші әріп тор зарядын өтейтін катион пішініне сәйкес келеді, екіншісі – кристалдық тор түрі. Әрбір маркаға пораның айқын мөлшері сәйкес келеді. Синтетикалық цеолиттер шар тәрізді пішінді түйіршік (диаметр 2-5 мм) және цилиндрлік пішінді (диаметрі 2-4мм және ұзындығы 2-4мм) түрінде шығарылады. КА цеолиті тек газдарғы құрғату үшін, NaA цеолиті газдарды – күкіртсутек, аммиак, метан, көміртек оксиді және т.б. адсорбтайды, СаА цеолиті тек нормаль құрылысты спирттерді және көмірсутектерді сіңіреді. Кейбір цеолиттердің сипаттамасы 6.4-кестеде келтірілген.

 

6.4-кесте. Кейбір өнеркәсіптік цеолиттердің сипаттамасы.

Марка	Түйір мөлшері , мм	Үйме тығыздығы , кг/	Меншікті бет S,	Ұнтақталуға механикалық беріктілік, %	Пора мөлшері, А
КА	0,1-0,32	0,62	-	-
NaA	0,1-0,6	0,65
CaA	0,1-0,6	0,65	750-800	-
CaX	0,1-0,6	0,6		-
NaX	0,1-0,6	0,6

 

Соңғы кезде газды қалдық құрамын зиянды қоспадан тазалау үшін белсенді көміртекті талшық қолданылады. Белсенді көмірмен салыстырғанда артықшылығы келесідей: сүзгіштік және адсорбционды қасиеттерге, десорбция – адсорбция процестерінің жоғары жылдамдығына ие, сонымен қатар жоғары химиялық, термиялық және реакционды тұрақтылыққа ие.

Адсорбционды тазалаудың даму бағыттарының бірі регенерацияланбайтын оны ары қарай пайдалану үшін арзан адсорбенттерді іздеу. Мұндай адсорбенттің мысалы ретінде глинозем алынады, фторлы қосылыстарды сіңіру үшін қолданатын және альминий өндірісі үшін шикізат болып табылады.

Адсорбенттің регенерациясы. Регенерация оның порасынан адсорбенттелген затты жоюдан тұрады. Жалпы тазалау процесінің тиімділігі адсорбенттен адсорбенттелетін затты қаншалықты тез және толық айыруға байланысты болады. Адсорбентті регенерациялауға адсорбционды-десорбциондық кезеңдегібарлық энергетикалық шығынының 60-70% кетеді.

Адсорбенттің регенерациясын келесі әдістердің бірімен жүргізеді:

- жылулық әсер. Үдеріс 300-400 °C-та әртүрлі құрылымды пеште жүргізіледі: барботажды, көп қолданылатын және қайнаған қабатпен. Жылулық регенерация кезінде 5-10% адсорбент жоғалады және адсорбенттелетін заттың бұзылуы болады;

- қаныққан және ысытылған су буымен десорбциялау. Екінші жағдайда 200-300 °C-та ысытылған бу қолданылады.

- инертті газбен 120-140°C десорбциялау.