Активированный уголь
Активированный уголь можно производить из широкого разнообразия сырья, как синтетического, например, нефтяного кокса, так и природного каменного угля, древесины или скорлупы кокосового ореха.
Типичные условия процесса получения активированного угля для аминовой обработки на базе растительных материалов в виде торфа, лигнита или угля
- Химическая активация, такая как насыщение фосфорной кислотой, позволяет достичь стадий карбонизации и окисления одновременно с нагреванием в диапазоне 400-500 °C. Химическая активация в основном используется для производства порошковых активированных углей.
- Гранулированные и пелетированные продукты, используемые для обработки гликоля и аминовых химикатов, обычно производятся путем высокотемпературной карбонизации и активации паром.
Природа, размер и степень связи между порами являются ключом к характеристикам адсорбента в конкретном применении. Сложная пористость внутри адсорбентов была классифицирована IUPAC по ширине пор.
- самые большие - макропоры (поры доступа) в диапазоне от > 1000 нм до 50 нм;
- средние поры - мезпоры (транспортные поры) от 50 до 2 нм;
- маленькие поры с наибольшей энергией адсорбции - микропоры < 2 нм.
Перенос и взаимодействие между адсорбатом и пористостью можно представить себе как путь водителя (адсорбата) к работе (место адсорбции). Макропористость представляет собой трехполосные магистрали, которые позволяют легко и быстро транспортировать объем жидкости, содержащей адсорбат, в зерна адсорбента. Затем мезопористость действует как двойные полосы движения или питающие дороги, распределяющие адсорбат. Затем микропористость действует как автостоянка, предоставляя пространство, где адсорбат может быть «захвачен» и удален из основной жидкости.
Работа активированного угля в потоке аминового раствора
В нефтехимических процессах загрязнитель (адсорбат) проникает в пористую сеть через более крупные поры, захваченные в технологической жидкости (объем жидкости), и фиксируется на стенках пор за счет адсорбционных сил. Очищенная технологическая жидкость затем диффундирует обратно через пористую сеть к внешней стороне углеродных зерен, присоединяясь к основной технологической жидкости, и этот процесс проиллюстрирован ниже.
Эффективная адсорбция загрязняющих веществ зависит от характеристик технологической жидкости. Эти характеристики включают в себя форму загрязняющего вещества в технологической жидкости, например диспергированные когерентные капли и коллоиды (масла) или истинные растворы органических солей (например, продукты разложения МДЭА), объемных свойств углерода (тип, объем пор, плотность, зольность, жесткость и т. д.) и технологических аспектов, таких как скорость потока , время контакта и т. д. Это более подробно обсуждается далее в этом документе.
Форма загрязнителя в обрабатываемой жидкости влияет на оптимальный размер пор для его адсорбции.
Нерастворимые фазы, такие как большие капли масла и крупные коллоидные частицы в технологических потоках, часто задерживаются снаружи углеродных зерен. Со временем эта внешняя адсорбция вызывает агломерацию зерен в слое, ограничивая поток и увеличивая перепад давления через слой. Эти масла относительно слабо адсорбируются и вымываются обратно из слоя, когда перепад давления достигает неприемлемых уровней.
Микродисперсии и более мелкие коллоиды нерастворимых углеводородов и действительно растворенных примесей достаточно малы, чтобы проникать в пористость зерна, и их адсорбция в некоторой степени зависит от их коллоидных свойств.
Размер или эффективный молекулярный диаметр органических солей
Из-за своего размера и нерастворимой природы коллоиды, как правило, адсорбируются в мезопорах и крупных микропорах. Растворенные органические соли адсорбируются в небольших мезопорах или микропорах в зависимости от их молекулярной структуры и эффективного размера молекул.
Эффективность адсорбента по задержанию загрязняющих веществ в технологическом потоке контролируется относительным количеством различных групп размеров пор (распределение пор по размерам) в этом угле. В свою очередь, это распределение также влияет на физические свойства, такие как плотность, прочность и твердость. Распределение пор по размерам в значительной степени зависит от исходного материала, используемого для производства сорбента.
Уголь на основе лигнита широко используется в нефтехимической промышленности, где, как утверждается, их преимущественно макропористая структура делает их менее склонными к засорению маслами.
Однако это преобладание крупных пор означает, что угли лигнита имеют низкую плотность и имеют тенденцию быть мягкими и рыхлыми в гранулированной форме - важный фактор в процессах, где требуется частая обратная промывка. Кроме того, их высокое содержание золы 15 - 20% требует их промывки кислотой для достижения уровня золы 8 - 10%, необходимого для использования в нефтехимической промышленности.
Уголь на основе кокоса в основном микропористый и, следовательно, плотный, прочный и устойчивый к истиранию (отличные характеристики обратной промывки) с низким содержанием золы
(обычно 2 - 3 % мас.) Однако их ограниченный объем мезопор делает кокосовый уголь более склонным к засорению в технологическом потоке с высоким содержанием увлеченных масел.
Продукты на основе битуминозного угля демонстрируют промежуточное распределение размеров пор со всеми присутствующими группами размеров пор и обычно имеют значения плотности и твердости, превышающие значения плотности и твердости, чем у лигнитных углей, но меньшие, чем у материалов на основе кокосового ореха и их уровни зольности сравнимы с таковыми у бурых углей.
При выборе углерода для нефтехимических процессов всегда следует учитывать взаимосвязь между распределением пор по размерам и физическими свойствами.
Уголь на основе лигнита может иметь общий объем пор 0,95 см3/г, аналогичный объему пор активированного угля на основе битуминозного угля Jacobi Carbons PetroSorb 2000 в диапазоне 0,9-1,04 см3/г. Однако насыпная плотность бурого угля составляет всего 80% от аналогичного показателя для PetroSorb 2000.
Следовательно, доступный объем пор адсорбции из колонки, содержащей лигнитовый углерод, может составлять только 75% от объема пор той же самой колонки, заполненной PetroSorb 2000, что значительно снижает эффективность адсорбции и срок службы слоя.
