Адсорбционные методы (продолжение)

Характеристика адсорбентов. Адсорбенты, используемые в сис­темах очистки отходящих газов, должны удовлетворять следую­щим требованиям: иметь большую адсорбционную способность при поглощении компонентов при небольших концентрациях их в газовых смесях, обладать высокой селективностью, иметь высо­кую механическую прочность, обладать способностью к регене­рации и иметь низкую стоимость.

На практике нашли применение следующие адсорбенты: ак­тивные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты. Характеристика и области применения некоторых активных углей представлены в табл. 5.5.

Силикагели используют для осушки газов и поглощения паров полярных органических веществ (например, метилового спирта).

Промышленность выпускает кусковые и фанулированные сили­кагели с зернами размером 0,2—7 мм, насыпной плотностью 400—900 кг/м3. Характеристика силикагелей дана в табл. 5.6.

По сравнению с углями силикагели негорючи, имеют низкую температуру регенерации (100—200 °С), относительно высокую механическую прочность к истиранию и низкую стоимость.

Алюмогели (активный оксид алюминия) используются для осушки газов и поглощения полярных органических веществ из газовых смесей. Промышленность выпускает гранулированные алюмогели в виде гранул цилиндрической формы (диаметр гранул

2,5—5,0 мм и высота 3—7 мм, насыпная плотность 500—700 кг/м3, средний радиус пор (6+10) • 10 9 м), а также шарообразной формы (диаметр частиц 3—4 мм, насыпная плотность 600—900 кг/м , средний радиус пор (3+4) -10 9 м).

Цеолиты — алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Они подразделяются на природные и синтетические. Из природных цеолитов практически используют­ся клиноптилолит, морденит, шабазит, эрионит. Клиноптилолит имеет размер пор до (3,5+4) • 10~10 м, а объем микропор — 0,15 см3/г.

Используются синтетические цеолиты следующих марок:

Размер входных «окон» хю10, м .

Примечание. Первый индекс марки соответствует форме катионов, а вто­рой обозначает тип кристаллической решетки.

Синтетические цеолиты выпускаются в виде гранул шарооб­разной формы (диаметр 2—5 мм) и цилиндрической формы (d = = 2+4 мм и длина 2—4 мм).

Цеолит КА используется только для осушки газов; цеолит NaA адсорбирует газы, критический размер молекул которых не пре­вышает 4*10 10 м (сероводород, сероуглерод, аммиак, этан, про­пилен, метан, оксид углерода и др.); цеолит СаА поглощает угле­водороды и спирты только нормального строения. Цеолиты СаХ и NaX имеют большие входные «окна» и сорбируют все молекулы, адсорбируемые цеолитами NaA и СаА, а также нафтеновые и аро­матические углеводороды, органические сернистые, азотистые и кислородные соединения, галогензамещенные углеводороды с открытой цепью и др.

Для очистки газовых выбросов от вредных примесей в послед­нее время изучается применение активированных углеродных во­локон. Достоинства их по сравнению с активными углями следу­ющие: они обладают фильтрующими и адсорбционными свой­ствами, высокой скоростью процессов адсорбции—десорбции, а также высокой химической, термической и радиационной стой­костью.

Виды адсорберов. Для очистки газов используют адсорберы пе­риодического и непрерывного действия.

Адсорберы могут быть периодического действия с неподвиж­ным слоем и с кипящим слоем адсорбента.

Адсорберы с неподвижным слоем представляют собой цилин­дрические вертикальные или горизонтальные емкости, заполнен­ные слоем адсорбента. В таких аппаратах адсорбцию проводят по стадиям: 1) адсорбция; 2) десорбция; 3) сушка адсорбента и 4) ох­лаждение адсорбента. Новые конструкции адсорберов периоди­ческого действия позволяют более эффективно провести процесс.

К ним относят адсорбер полочного многосекционного типа. Предложены конструкции, в которых стадии адсорб­ции и десорбции совмещены в одном корпусе.

Однако более интенсивны аппараты непрерывного действия с движущимся слоем адсорбента и псевдоожиженным слоем ад­сорбента. Предложено несколько конструкций аппаратов непре­рывного действия.

Схема адсорбера с движущимся слоем зернистого адсорбента показана на рис. 5.9, с псевдоожиженным слоем — на рис. 5.10. На рис. 5.11 изображен комбинированный адсорбер, состоящий из колонны с тарелками, на которых адсорбент находится в псев-доожиженном состоянии, и камеры с перфорированной коничес­кой частью для прохода газа. Внутри камеры адсорбент движется сверху вниз и через переток 2 попадает на тарелку. В камере про­исходит доочистка газа от извлекаемого компонента, и одновре­менно газ очищается от пыли, образовавшейся при истирании ад­сорбента на тарелках.

Для интенсификации процесса, достигаемой значительным уве­личением скорости газового потока, предложен ряд конструкций адсорберов.

Адсорбент, поступая на верхнюю тарелку, движется самотеком по конической тарелке, подхватывается газовым потоком, движу­щимся со скоростью 10—20 м/с, и поступает в сепарационное устройство, где происходит центробежное разделение фаз. После разде­ления адсорбент оказывается на поверхности тарелки.

Регенерация адсорбентов. Регенерацию адсорбентов проводят термическим методом или десорбцией насыщенным, а также пе­регретым водяным паром или инертным газом. При термической регенерации теряется 5—10 % адсорбента и происходит деструк­ция адсорбируемого вещества. Процесс проводят при 700—800 "С в печах различной конструкции: барботажных, многоходовых и с кипящим слоем.

Для регенерации десорбцией используют перегретый пар при 200-300 °С или инертные газы при 120—140 °С.