Aktiivihiilisovellukset höyryn talteenotossa

Hiilivetyhöyryn talteenotto on ollut vuosikymmeniä välttämätön prosessi polttoaineen lastaustoiminnassa. Siitä lähtien, kun 1990-luvulla tehtiin laajamittainen-höyryn talteenottoyksiköiden (VRU) asennus, aktiivihiilen adsorptioon ja sen jälkeen tyhjiöregeneraatioon perustuva tekniikka on noussut esiinparas käytettävissä oleva tekniikka (BAT)suurimmalle osalle sovelluksista. On arvioitu, että yli 95 % maailman hiljattain rakennetuista VRU:ista ottaa tämän prosessin käyttöön. Oikein suunniteltuna tyhjiö-regeneroitu aktiivihiilijärjestelmä tarjoaa korkean hyötysuhteen, kustannustehokkuuden, turvallisuuden ja äärimmäisen luotettavuuden-myös vähäisin huoltovaatimuksin.

 

 

Prosessin kuvaus

VRU:ssa käsiteltävä höyry on ilman ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) seos, joka sisältää tyypillisesti20-50 % VOC tilavuudesta. VOC-molekyylit koostuvat kevyemmistä yhdisteistä, jotka haihtuvat bensiinin, raakaöljyn tai vastaavien tuotteiden lastauksen aikana. Höyry kulkee aktiivihiilikerroksen läpi, jossa on valtava pinta-ala, joka koostuu miljoonista huokosista. Aktiivihiili voidaan visualisoida a"molekyylisieni", jossa VOC-komponentit kiinnittyvät huokosten seinämiin heikkojen molekyylien välisten voimien kautta, jotka tunnetaan nimellävan der Waalsin joukot. Tämän adsorptioprosessin aikana ei tapahdu kemiallisia muutoksia aktiivihiilessä tai VOC-molekyyleissä. Aktiivihiilen korkean adsorptiokapasiteetin ansiosta VRU:iden hiilivetypäästöt voidaan vähentää erittäin alhaiselle tasolle.

 

VRU koostuu kahdesta tai useammasta aktiivihiilipedistä, jotka toimivatadsorptio/regeneraatio pyöräilytila, ja jokainen sykli kestää tyypillisesti 10-15 minuuttia. Regenerointivaiheen aikana tyhjiöpumppu alentaa painetta hiilikerroksen sisällä40-80 millibaaria. Tämä alhainen paine siirtää tasapainoa, häiritsee VOC-yhdisteiden ja aktiivihiilen välisiä heikkoja voimia ja sallii VOC-molekyylien poistua hiilipedistä tyhjiöpumpun kautta korkean pitoisuuden omaavana kaasuvirtana (95 % VOC:ta ja 5 % ilmaa tilavuudesta). Kaasuvirtaus virtaa vastavirtaan anabsorptiotornijossa se joutuu kosketuksiin imuaineen (yleensä tuoreen bensiinin) kanssa, jolloin VOC-komponentit imeytyvät tuoreeseen absorbenttiin. Absorptiotornista poistuva ilma, joka on edelleen kyllästetty pienillä määrillä VOC-yhdisteitä, kierrätetään sekoittumalla sisään tulevaan VOC{1}}kuormitettuun syöttökaasuun, joka tulee adsorptiohiilipetiin. Tämä luo pienen sisäisen silmukannollapäästöjä.

Aktiivihiili

Yleisimmin käytetyt raaka-aineet ovat Yuanli GRP- ja HEM-sarjat. Tällaisella aktiivihiilellä on erinomainen adsorptiokyky, ja sen mekaaninen lujuus on varmistettava liiallisen pölyn muodostumisen välttämiseksi.

 

Raaka-aineilla on jo tietty huokoisuusaste ja ominaispinta-ala 10–15 neliömetriä grammaa kohti. Kuitenkin aktivointiprosessin aikana,{3}}jotka suoritetaan tyypillisesti hapettavassa höyryilmakehässä 800 - 1100 asteen lämpötiloissa, -niiden ominaispinta-ala kasvaa yli 1500 neliömetriin grammaa kohti.

 

Aktiivihiilen mikrohuokoinen rakenne tarjoaa tehokkaan tavan adsorptioon, kun taas mesohuokoset ja makrohuokoset ovat tärkeitä molekyylien kuljetuskanaville. Siksi on välttämätöntä, että aktiivihiilellä ei ole vain pitkälle kehittynyt sisäpinta-ala, vaan siinä on myös halkaisijaltaan vaihtelevien huokosten verkosto, joka mahdollistaa pääsyn tälle pinnalle.

 

Morfologia - rakeinen vai pelletoitu?

Aktiivihiiltä on saatavana joko rakeina tai suulakepuristetussa pelletoidussa muodossa. Rakeinen aktiivihiili on yleensä kustannustehokkain vaihtoehto, mutta sillä on taipumus pakata yhteen ja muodostaa tiheitä vyöhykkeitä. Nämä vyöhykkeet luovat suurempia painehäviöitä ja kuolleita tiloja hiilipedissä, mikä johtaa kanavoitumiseen, jossa kaasu virtaa ensisijaisesti korkean-läpäisevyyden polkuja pitkin. Epätasainen adsorptio ja regeneraatio koko hiilipedissä vaikuttaa negatiivisesti höyryn talteenottoyksikön (VRU) yleiseen suorituskykyyn.

 

Pelletoitua aktiivihiiltä valmistetaan sekoittamalla aktiivihiilijauhetta sideaineen kanssa ja suulakepuristamalla seos lieriömäisiksi muotoiksi. Sitä pidetään laajalti erinomaisena valintana VRU:ille, koska se on vähemmän altis pakkaamiseen ja kuolleiden vyöhykkeiden muodostumiseen. VRU-sovelluksissa pelletoidun aktiivihiilen halkaisija on tyypillisesti 4 millimetriä. Halkaisijaltaan eri aktiivihiiltä ei saa sekoittaa, koska se tiivistyy ja painehäviö kasvaa hiilipedin yli.

 

Kapasiteetti ja jäännösadsorptio

Adsorptiokyky tarkoittaa haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) massaa, joka voidaan lisäksi adsorboida aktiivihiilen massayksikköä kohden. Tuoreen aktiivihiilen kapasiteetti on tyypillisesti 30 painoprosenttia, mikä tarkoittaa, että 1 kilogramma hiiltä voi adsorboida 0,3 kilogrammaa VOC-yhdisteitä ennen täyden kyllästymisen saavuttamista. Hiilen palauttamiseksi täysin alkuperäiseen kapasiteettiinsa tarvitaan uudelleenaktivointi 1000 asteen höyryllä. Tämä prosessi aiheuttaa kuitenkin merkittävää hiilen hankautumista, jolloin huomattava osa hiilestä häviää pölynä. Koska se on epäkäytännöllinen syklisissä järjestelmissä, sen sijaan käytetään lievempää tyhjiöregenerointimenetelmää. Tyhjiöregeneraation ansiosta mineraalipohjaisen aktiivihiilen pitkän aikavälin kapasiteetti (tunnetaan myös nimellä "työkapasiteetti") on tyypillisesti noin 8 painoprosenttia. Tuorekapasiteetin ja työkapasiteetin välistä eroa kutsutaan "jäännösadsorptioksi".

 

Adsorptiolämpö

Adsorptioprosessi on eksoterminen. Hiilipedin normaalin syklisen toiminnan aikana vapautuva lämpö nostaa lämpötilaa noin 10–20 astetta ympäristön lämpötilan yläpuolelle. Jotkut hiilivedyt, kuten ketonit ja aldehydit, ovat reaktiivisempia ja voivat aiheuttaa korkeampia lämpötilan nousuja hiilipedin sisällä. Tietyt aktiivihiilityypit -erityisesti puusta ja kookospähkinänkuorista peräisin olevat-ovat herkempiä "lämpöhäiriöille" tai "kuumille pisteille", jotka edellyttävät VRU:n sammuttamista, sen puhdistamista inertillä kaasulla ja jäähdyttämistä tarkassa valvonnassa. Kun tuore aktiivihiili altistetaan ensimmäisen kerran höyryille, se on erittäin reaktiivinen ja tuottaa merkittävää lämpöä. Lämpötila hiilipedin sisällä voi nousta noin 100 asteeseen, joten tuoreen hiilen käyttöönotto VRU:ssa (tunnetaan myös nimellä "esilataus") on tehtävä koulutettujen ammattilaisten toimesta.

 

Keskeinen huolenaihe: pölyn välttäminen

Pöly on kriittinen vältettävä asia, koska se johtaa painehäviöihin, vähentää adsorptiokykyä tukkimalla pinnan huokosia, aiheuttaa liiallista kulumista tyhjiöpumppuihin ja absorptiopumppuihin, tukkii suodattimia ja kerääntyy bensiinin varastosäiliöihin.

On tärkeää, että jokainen aktiivihiilierä testataan VRU:n toiminnan kannalta kriittisten parametrien suhteen, mukaan lukien pölypitoisuus, kuivuus, tiheys, hiukkaskoko, kovuus ja työkyky.

 

Aktiivihiilen optimaaliset käyttöolosuhteet

Oikein suunnitellussa VRU:ssa aktiivihiilen käyttöikä on tyypillisesti 10-20 vuotta. Jos VRU-suunnittelu ei kuitenkaan takaa hiilelle edullisia käyttöolosuhteita, sen käyttöikä voidaan lyhentää jopa 4-5 vuoteen.

 

Liikettä hiilipatjan sisällä

VRU:issa paine vaihtuu ilmanpaineen ja syvän tyhjön välillä vähintään neljä kertaa tunnissa. Kunkin regenerointijakson alussa tyhjiöpumppu toimii täydellä teholla paineen alentamiseksi desorptiokynnykseen. Kun regenerointi on valmis, paine on tasattava nopeasti hiilikerroksen palauttamiseksi tilaan, joka on valmis seuraavaa adsorptiosykliä varten. Ellei hiilipetiä ole kunnolla kiinnitetty, tämä jatkuva veto- ja työntövoima saa hiilihiukkaset hankaamaan toisiaan vasten ja kulumaan pölyksi. On selvää, että heikko-lujuus hiili hankautuu nopeammin ja rakeinen hiili paakkuuntuu tiiviimmin kokkareiksi. Jopa kova, mineraalipohjainen-pelletoitu hiili kuluu vähitellen ja tuottaa pölyä ajan myötä. Hiilen liikkumisen estämisen lisäksi hyvin -suunnitellun VRU:n tulisi myös hallita ja minimoida hiilipetiin vaikuttavia voimia (tyhjiön ja paineen tasaus).

Tyypillisesti pölyn muodostumisesta johtuva hiilen massahävikki on tärkein yksittäinen aktiivihiilen käyttöikään vaikuttava tekijä,{0}}ja tämä voidaan melkein kokonaan välttää asianmukaisella VRU-suunnittelulla.

 

Pitkäaikainen{0}}jäännösadsorptio

Kuten aiemmin mainittiin, jäännösadsorptio viittaa alkuperäisen adsorptiokapasiteetin osuuteen, jota ei voida ottaa talteen tyhjiöregeneroinnilla. Se voidaan visualisoida huokosina, jotka ovat pysyvästi VOC-molekyylien miehittämiä ja joita ei voida poistaa tyhjiöllä. Kaikissa järjestelmissä jäännösadsorptio kasvaa hitaasti ajan myötä, mikä johtaa työkyvyn asteittaiseen heikkenemiseen. Vuotuinen kapasiteetin vähennys on odotettavissa muutaman prosenttiyksikön verran. Hyvin -suunnitellut VRU:t sisältävät alkuperäisen turvamarginaalin tämän laskun kompensoimiseksi. Osana järkevää VRU-huolto-ohjelmaa hiilinäytteitä tulee myös ajoittain ottaa ja analysoida optimaalisen hiilen vaihtoajan määrittämiseksi hyvissä ajoin.

 

Parametri	Tavoitevaatimus	Optimaalinen valinta
Hiilipetivirtauksen jakelu	Tasainen virtauksen jakautuminen tarjoaa VRU:n pisimmän käyttöiän, pienimmän painehäviön ja suurimman kokonaiskapasiteetin.	Pelletoitu hiili, halkaisija 4 mm
Pöly	Alhainen pölypitoisuus	Hiili, jolle on tehty syväpuhdistus ja säännölliset eränäytteenottotestit
Mekaaninen lujuus	Jäykkä, korkeakovuus{0}}hiili vastustaa hajoamista pölyksi ja hajoamista, mikä takaa pitkän käyttöiän	Mineraali{0}}pohjainen, korkealaatuinen-hiili, jolla on määritelty kovuus/kulumisindeksi
Työkyky	Riittävän korkea varmistaakseen VRU:n hyvän pitkän aikavälin	Mineraali{0}}pohjainen hiili täydellisellä-pitkän aikavälin työkykyrekisterillä
Tiheys	Hiilen määrä määritellään aina painon mukaan, mutta merkittävät tiheysvaihtelut tekevät tästä avaintekijän hiilikapselin mittoja laskettaessa	Työkyvyn on korreloitava tiheyden kanssa; kunkin erän kuiva irtotiheys on tarkistettava
Matala paineen pudotus	Hiiltä, ​​joka ei helposti pakkaa tiiviiksi kokkareiksi	Pelletoitu hiili, halkaisija 4 mm
Turvallisuus/itsesyttymislämpötila	Korkeampi itsesyttymislämpötila tarjoaa suuremman turvamarginaalin lämpökarkaamista vastaan ​​hiilipedissä.	Mineral-based carbon with documented autoignition temperature >450 astetta
	Tiheät möhkäleet muodostavat todennäköisemmin kuumia kohtia	Pelletoitu hiili on parempi kuin rakeinen hiili

 

Optimaalisen aktiivihiilen valitseminen höyryn talteenottoyksiköille

Kun valitset ihanteellisen aktiivihiilen höyryn talteenottoyksiköille (VRU), kriittisimmät kriteerit ovat:

Carbon Bed tulva

Aktiivihiilen upottaminen nestemäiseen imeytysaineeseen aiheuttaa peruuttamattomia vahinkoja. Tämä tulisi estää asentamalla sopivat korkean tason{1}}ilmaisimet höyryn sisääntuloon ja absorptiotorniin.

Aerosolien kuljettaminen hiilipetiin

On erittäin tärkeää, että absorptiotorni on varustettu sumunpoistolaitteella ja että tyhjiöpumpun ja absorptiotornin läpi kulkevia virtausnopeuksia säädetään, jotta vältetään aerosolin joutuminen hiilipetiin,{0}}mikä aiheuttaa peruuttamattomia vahinkoja aktiivihiilelle.