Адсорбер для очистки газов

Адсорбер для очистки газов, адсорбционная очистка воздуха происходит в установках с применением высокоэффективных твердых веществ – адсорбентов. В качестве которых выступают активированный уголь, силикагель, синтетические цеолиты. Адсорбционная очистка газов позволяет осуществлять эффективную фильтрацию промышленных отходящих потоков. А также улавливать и возвращать в технологический процесс ценные компоненты для повторного использования. Наибольшее применение адсорбционные методы очистки газов получили для улавливания растворителей различного вида.

Адсорбер в металлическом корпусе в горизонтальном исполнении

Происхождение и техническое определение понятия «адсорбция»

Впервые слово «sorption» (рус. сорбция) зафиксировано в 1872 году. Понятие «адсорбция» в международный технический лексикон вошло в 1919 году. В один из пиков индустриальной революции.

Собственно, оба этих явления – две разновидности сорбции – поглощения одних соединений другими. Более того, технически, адсорбция является частным случаем абсорбции. Поэтому путаница в приставках «ад-» и «аб-» встречается очень часто.

^{Общие сведения о технологии}

В применении к процедуре газоочистки, адсорбирование – процесс захвата примесей на поверхности наполнителя (углерода, цеолита, силикагеля). Десорбция, соответственно, – обратный процесс высвобождения присоединенных веществ обратно в газ или воздух.

Наглядный пример. Вы находились в прокуренной комнате, и Ваша рубашка пропахла сигаретным дымом. Почему? Произошел захват компонентов дыма на поверхности раздела твердой фазы (ткань) и газообразной фазы (дым). Вы повесили рубашку на балкон, а утром она пахнет свежестью. Имел место медленный процесс десорбции – компоненты сигаретного дыма, (в силу определенных причин, которые мы рассмотрим ниже), отделились, оторвались от рубашки и унеслись с ветерком в прохладную тишь.

Все эти процессы настолько часты и обыденны. Мы не придаем им значения, эти особенности фазового взаимодействия активно используются во множестве важных технологических процедур. Особенно – в мероприятиях по сухой промышленной газоочистке и дезодорации. Рассмотрим подробнее технический аспект.

Адсорбер для очистки газов. Химическая и физическая адсорбция.

После изучения смысла явления давайте взглянем, какие механизмы ответственны за нейтрализацию примесей на межатомном уровне.

Физический реакционный принцип

Обеспечивается силами Ван-дер-Ваальса. На микроуровне – на поверхности практически всех молекул – присутствуют электрические диполи. Молекулы сближаются на определенное расстояние (несколько молекулярных длин). Начинается взаимная поляризация (специфическая молекулярная ориентация) адсорбента и адсорбата. Это позволяет диполям их молекул объединяться. И притягиваться через принцип электромагнитного взаимодействия. Новых химических соединений при этом (в идеальных условиях) не образуется.

^{Знакомство с межмолекулярными силами}

Химическая адсорбция (хемосорбция)

Микроявления, имеющие место во время хемосорбции, в значительной мере схожи с описанными в предыдущем пункте. Разница в том, что к физическому взаимодействию присовокупляется эффект химической реакции. Она протекает на границе раздела твердой и газообразной (воздушной) сред. Основным отличием хемосорбции от физической адсорбции является повышенное выделение тепла. Это происходит из-за возникновения новых и разрывов существующих химических связей. Что вызывает изменение термического равновесия системы (обычно – нагрев, редко – охлаждение сорбента).

гранулы активированного угля

Адсорбер для очистки газов. Комбинированный принцип.

Идеальные условия для наблюдения вышеописанных реакций в стандартном промышленном климате, как правило, редко достижимы. Поэтому реальная адсорбция всегда предполагает то или иное сочетание физического и химического контакта. Более того, в индустриальной газоочистке (адсорбер для очистки газов) предпочтителен именно хемосорбционный подход – несмотря на повышенную степень «забивания» поглотителя и необходимость в более частой регенерации, реакция пурификации идет куда более активно и эффективно.

Регенерация и перезагрузка адсорбента

Одна из особенностей сухих адсорберов – необходимость непрерывной или периодической регенерации. Идеальным состоянием для функционирования аппарата является т.н. адсорбционное равновесие, при котором скорость адсорбирования примесей равняется (или приблизительно равняется) скорости десорбции, что обеспечивает постоянство КПД установок.

Реактивация поглотителя водяным паром

Продувка адсорбента перегретым водяным паром – одна из наиболее часто используемых методик восстановления результативной работы адсорбционных колонн. Немалую роль здесь играет температура водных диполей, которые – за счет термического напряжения – приобретают усиленную реакционность.

Гранулы цеолита

Параллельно тому, как поллютант переносится с насадки на насыщенный пар, эта смесь уводится из колонны в теплообменник (конденсаторный испаритель или холодильник), где сгущается до жидкой фазы. Полученная жидкая среда часто также нуждается в утилизации – в силу своей избыточной токсичности или привлекательности в плане экстракции из нее полезных фракций.

Данный метод, хоть и не относится к явно деструктивным технологиям реактивации, все же, медленно истощает объем и снижает эффективность адсорбента. Так, активированный уголь, требует перезагрузки после примерно 100-150 регенеративных циклов.

Продувка воздухом, кислородом или инертными газами

Другой реактивационной техникой является продувка насадок (гранул) газом – в зависимости от конкретных обстоятельств и свойств адсорбента – кислородом, углекислотой, инертными газами или воздушной смесью, чаще всего – нагретой. Десорбированный адсорбат направляется на последующую утилизацию / нейтрализацию.

Микроскопическое исследование 3 образцов восстановленного активированного угля после нейтрализации

Термическое прокаливание

Невоспламеняемое прокаливание в промышленных адсорберах часто реализуется неразрывно с горячей газопродувкой. Подвижные гранулы или неподвижные насадки сначала продуваются горячим воздухом, а потом прокаливаются при высокой температуре без доступа кислорода.

Так, например, термическое восстановление после очистки воздуха от масел позволяет извлечь из сорбента до 30-35 килограммов масла на каждые 100 килограммов насадки. Оставшееся масло выгорает при прокаливании (t > 500 градусов Цельсия).

Прокаливание может быть применено самостоятельно. Термическая экстракция адсорбата относится к деструктивным способам регенерации с потерей до 5 и выше процентов полезного объема наполнителя за каждый активационный цикл.

Адсорбер для очистки газов. Конструкция и исполнение.

Адсорбционные аппараты сегодня выпускаются во множестве размеров, геометрических и технических исполнений, которые прямо зависят от объемов обрабатываемых потоков, степени загрязненности и характера абсорбтивов. Основными конструкционными исполнениями являются вертикальное, горизонтальное и кольцевое.

Вертикальный адсорбер для очистки газов из полипропилена

Вертикальные адсорбционные колонны (башни)

Использование данного типа аппаратов оправданно в тех случаях, когда характеристики абсорбтива (загрязнителя) и его концентрация точно известны и неизменны. Установки показывают высокий КПД в улавливании высокотоксичных соединений, паров ртути, оксидов серы, топливных смесей (аппараты аварийной воздухоочистки), диоксинов, фтора, цианидов, и других соединений исключительной опасности.

Батарея адсорберов

В целом, вертикальные башни относятся к аппаратам тонкой очистки газов и нередко выступают в роли финальной, санитарной ступени газоочистки от вредных включений.

Принцип действия колонных агрегатов

Колонна представляет собой цилиндрическую башню с одним или несколькими опорными ярусами, уложенными регулярной или нерегулярной насадкой по всей поверхности поперечного сечения цилиндра / конуса.

Подобен и принцип действия автомобильного адсорбера. Современные экологические нормы запрещают прямой контакт выбросов двигателя с окружающей средой, поэтому выхлопная система всех современных автомобилей содержит адсорберный блок, (обычно керамический), где происходит захват несгоревшего топлива, которое десорбируясь и конденсируясь, отправляется на дожиг в камеру сгорания. Регенерация керамического поглотителя атмосферным воздухом происходит автоматически и управляется компьютером двигателя.

Схема адсорбера

Вариативность исполнения башенных адсорберов высока: для достижения максимальных показателей эффективности входной патрубок может располагаться как сверху, так и снизу, может разниться количество ярусов, тип и объем поглотителя, назначение вспомогательного оборудования.

Вертикальная конструкция целесообразна для потоков объемом до 30 000 м³ / час. Для придания дополнительной стойкости адсорберы могут проходить процедуру внутренней футеровки, например, – в случае работы с кислыми газокомпонентами – внутренняя поверхность башни может быть укреплена кислотостойким бетоном.

Менее распространены в средней и малой промышленности кольцевые и горизонтальные адсорбционные системы, использующиеся, в основном, в секторах крупной промышленности. Широкое применение такие установки находят в нефтегазовой, химической, пластмассовой и нефтехимической отраслях, где имеется потребность в тонкой очистке больших объемов газа от токсических и / или нежелательных включений.

Такие комплексы, как правило, являют собой сложные многоступенчатые системы и оправдывают свою рациональность только в случае точного технико-экономического расчета.

Классификация по принципу действия

Адсорбер для очистки газов — эффективный аппарат газоочистки. Основным показателем эффективности работы является отношение времени поглощения к времени десорбции поглотителя. В различных условиях этот показатель достигается различными принципами физического поведения насадочного наполнителя.

Неподвижный насадочный слой

Геометрические формы неподвижных насадок отличаются от тех, которые используются в аппаратах мокрой очистки – скрубберах и абсорберах (кольца Рашига и Паля, седла, кольца с перегородками, хорды, полухорды). В сухих каталитических аппаратах акцепторы поллютантов обычно представлены гранулами и зернами различной формы и размеров (шарики, цилиндры, крошка разной дисперсности).

Пористость сорбентов

Наполнение опорных тарелок неподвижным адсорбентом предполагает очистку газов в периодическом режиме (поглощение → десорбция). Неподвижность тел обусловливается неспособностью газового поля сдвинуть крупные элементы поглотителя.

Подвижный и кипящий слой

Подвижность слой приобретает в результате избытка подъёмной силы газового потока относительно силы естественного тяготения. Сухой подвижный слой предполагает использование легких и подвижных зерен и гранул небольшого и среднего диаметра. Несмотря на присутствующий микроизнос гранул при взаимном трении, контакт с адсорбтивом происходит более активно, что находит отражение в эффективности таких устройств.

^{Наглядная демонстрация сухого подвижного слоя}

Частным случаем подвижного является сухой кипящий слой. «Кипение» возникает как результат точного динамического равновесия, создающегося в колонне при столкновении двух противонаправленных потоков.

В целом, несмотря на повышенную сложность расчета и проектирования таких агрегатов, а также некоторое механическое истирание поглотителя, устройства показывают высочайший коэффициент улавливания опасных, вредных и нежелательных компонентов потока. Обезвреживание выбросов, помимо прочего, может проводиться как на непрерывном, так и на периодическом базисе.

Заказ на проектирование, изготовление и установку оборудования

По любым вопросам, касающимся индивидуального проектирования, изготовления и покупки оборудования сухой газоочистки, позвоните в нашу компанию или заполните Опросный Лист.