ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Низкотемпературная термическая регенерация активных углей из "Сорбционная очистка воды" Низкотемпературная термическая регенерация (НТР)—это обработка сорбента паром или газами при 100—400 °С. Процедура эта достаточно проста, и во многих случаях ее ведут непосредственно в адсорберах. [c.116] Водяной пар вследствие высокой энтальпии и хорошей десорбирующей способности чаще других используют для НТР. Он безопасен, доступен на производстве. Технология паровой регенерации ГАУ отработана в химической промышленности. Для пропарки адсорбера необходимы лишь парогенератор и холодильник-конденсатор. Отработанный конденсат направляется либо на сжигание, либо на выделение ценного сорбата. [c.116] Расход пара зависит от температуры регенерации сорбента и десорбции сорбата. Суммарный расход пара Дс складывается из потребления его на нагревание сорбента и аппарата от Ti до Гг — Дг динамического пара, десорбирующего сорбат, — Дд на компенсацию отрицательной теплоты смачивания угля водой — ДкГ Дс = Дг -Ь Дд + Дк. Обычно расход греющего пара Де значительно больше Дд и Дк. [c.116] Здесь Qi, Q2, Qz, Q4 —теплоты, расходуемые на нагревание угля (Су = 0,8 кДж/(кг-К)), адсорбера (Ссталь = = 0.7 кДж/(кг-К), теплоизоляции (Сасб = 0,8 кДж/(кг-К), воды, ее испарение и нагревание пара Qn, Qp — потери теплоты в окружающую среду и расход теплоты на десорбцию органического сорбата к, 0 — энтальпии пара и конденсата при давлениях Pi и Р2. [c.116] При Р = 3-105, 6-105 и 10 Па и кип = 133, 158 и 179°С значение 0 = 560, 670 и 760, а Я = 2740, 2770 и 2780 кДж/кг масса 1 кг пара 1,62 3,1 и 5,0 кг. В водоподготовке НТР используют сравнительно редко, так как в природных водах содержится мало низкокипящих органических примесей. [c.116] При десорбции хлорпроизводных метана достаточна температура пара 112—118°С, Qп/Qв = 5—12%, и за 10 циклов емкость уменьшается лишь на 40% [38, с. 138]. [c.117] Некоторая сложность возникает при утилизации сорбата вследствие образования азеотропных смесей некоторых веществ с водой. Бензол, хлорбензол, фенол, хлороформ и дихлорэтан образуют азеотропные смеси с водой при концентрации их 8,8 28,4 90,8 4,1 и 8,4% /ки = 69,3 90,2 99,6 56,1 и 72°С [39, с. 114]. [c.117] Получить горячими смесь водяного пара с азотом или топочные газы (67°/о НгО, 26% N2 и 7% СО2) при 300—400°С значительно проще, чем чистый пар. А в этом диапазоне температур десорбционная способность регенерирующих смесей значительно выше, чем у пара при р 200—240 °С. При 350 °С полностью десорбируются не только производные фенола, но и парафины (С12—Си), фурфурол [124]. Емкость угля при такой НТР падает на 5—7% за цикл лишь за счет осмоления части сорбата. [c.117] Специфическая задача при НТР угля паром — десорбция нефтепродуктов, сорбированных при очистке дистиллята. Температура кипения их ниже 350 °С (у половины — ниже 160 °С). Часовое пропаривание без доступа кислорода при 300—400°С восстанавливает 90—98% сорбционной емкости угля БАУ в случаях первоначального содержания нефтепродуктов на сорбенте 2—4 мг/г. Часто увеличение времени обработки в 1,5—2 раза позволяет использовать пар с более низкой (на 30—70°С) температурой [74, с. 23 125]. [c.117] используемый для очистки сточных вод от уксусной кислоты [38, с. 232], регенерируется воздухом, нагреваемым до 300 °С в калорифере, или дымовыми газами (/ = 250°С), а конденсат содержит 65—70%-ную уксусную кислоту. Анилин, сорбированный углем при очистке воды (0,4 т ГАУ/сут), отгоняется воздухом на станции при 220°С. Восьмикратная НТР воздухом позволяет очищать на 1 кг угля не 10 м стоков, как при однократном использовании ГАУ, а 40 м [126]. [c.118] Конечно, неполная регенерация вызывает снижение емкости сорбента со 100% (п = 0) до 60% (п=1) и 25% (л = 8) и некоторое измельчение угля с экв от 1,2—3 до 1,2—1,5 мм (п = 8). Но оборудование для такой обработки значительно дешевле, чем для термической регенерации ГАУ, поэтому на ма-дых станциях НТР рентабельна. Горячие газы или воздух подают сверху, а конденсат или отработанные газы охлаждают и отделяют от них жидкий сорбат или всю смесь сжигают. [c.118] Кажущаяся простота регенерации угля горячим воздухом осложняется опасностью самовозгорания АУ. Температура самовоспламенения или начала тления зависит от типа угля, вида сорбата на нем, скорости подачи воздуха и его влажности. Данные рис. IV. 2 показывают, что выше 200 °С может наступить самовоспламенение угля [97]. Для других сорбентов порог самовоспламенения иной для БАУ и углей КАД 400—450 °С [38, с. 23] для древесных углей 180 °С [3, с. 30]. Импрегнирование АУ солями и окислами тяжелых металлов (Ре и Мп) измё-няет термохимические свойства угля [127], снижая температуру начала тления, что может выгодно использоваться при НТР воздухом в адсорбере. [c.118] Исходное сырье для регенерации — отработанный мокрый уголь, заполняющий адсорберы его начальное влагосодержание По обычно равно 1—2 г НгО/г АУ. Поэтому начальный этап восстановления сорбента при его тепловой регенерации — сушка. На сушку АУ и удаление паров воды уходит 60—75% всех энергетических затрат в НТР и ТР. [c.118] И массообмена не превышает 10—15 мм (3—6 с экв ГАУ), а температура в ней близка к точке росы. [c.119] Экспериментально определяемая кажущаяся энергия активации процесса десорбции влаги с АУ Еа не является постоянной величиной она убывает от 55 до 18,5 кДж/моль с переходом от D == 0,8 к О = 0,025 г/г при линейной зависимости Ig == /(1 /Г), где К — константа скорости сушки. Повышение температуры внешней поверхности гранул АУ выше 120 °С (при 0= onst) практически не ускоряет десорбцию воды из переходных пор и микропор, а интенсивный тепловой поток внутрь гранулы АУ в значительной мере компенсируется противоточным отводом теплоты с испаряющейся влагой. [c.120] В мягких условиях сушки (/г=100—110°С) влажного сорбента (t7— i/к = 0,6—0,8 г/г) на испарение влаги идет 97—98% подводимой теплоты. При окончании сушки (П—0к = 0,02— 0,03 г/г) в режиме интенсивной обработки (/г = 350—400°С) лишь 8—12% подводимой теплоты используется на испарение влаги. Скорость сушки в режиме интенсивной обработки в 8 раз выше, чем в мягких условиях, хотя и требует большего (в 25 раз) подвода теплоты. Поэтому в условиях избытка ее эффективнее реализовывать прямоточную (газов и угля) схему сушки, но в противоточном рел име сушки можно осуществить тепловой удар — резкое повышение скорости при окончании сушки и нагрева АУ. [c.120] Основным фактором, определяющим эффективность НТР инертной газовой смесью, является температура обработки (/р) при различных энергозатратах. Внутридиффузионные процессы не лимитируют десорбцию при НТР, и, видимо, не образуется азеотропных смесей сорбат — вода, способных к преимущественной десорбции. [c.122] С достаточной точностью зависимость Э = /(/р) при сушке отработанного ГАУ описывается уравнением gЭ = k tp + В, где к = 0,0035 В — —0,83 С7о = 0,2—0,8 г НгО/г АУ для изученных стоков и угля АГ-3. Сорбат содержал 42—45% загрязнений, летучих при 30 5°С. Интенсивное нагревание угля до 100— 160 °С ускоряет этот процесс до 5—8 мин. Дальнейшее повышение температуры до 240—260°С приводит к полному восстановлению емкости АУ. [c.122] Увеличение С о от 0,8 до 2,2 г Н2О/Г АУ способствовало повышению эффекта НТР на 20—40% (рис. IV. 6). При этом сорбционная емкость некоторых образцов регенерированных углей (РУ) превышала емкость свежего АУ. Объясняется это тем, что восстановление сорбционных свойств отработанного угля вызвано не только десорбцией из него части органического сорбата, но и доактивацией исходного АУ. Вклад десорбции в восстановление емкости угля пропорционален доле в адсорбате соединений, летучих в условиях НТР. Для данного вида загрязнений (доочистка стоков заводов СК) эффект десорбции составлял лишь 20—50% (рис. IV. 6) и соответствовал содержанию летучих соединений в сорбате. [c.122] Многократное использование угля АГ-3 в циклах сорбция — НТР подтвердило, что высокая температура обработки способствует десорбции летучих органических веществ с угля и частичной деструкции нелетучих с образованием десорбирующихся продуктов. Однако наличие в сорбате консервативных нелетучих соединений приводит к последовательному снижению емкости регенерированного угля (рис. IV. 7). Эта тенденция необратима, так как в результате деструкции сорбата в условиях НТР (/р 400—450°С) не образуется новой активной углеродной поверхности, в отличие от высокотемпературной обработки (/р 550—600 °С). Поэтому суммарный эффект НТР зависит от доли летучих веществ в сорбате и tp последнего цикла НТР. [c.122] Вернуться к основной статье