Опыт применения синтетических цеолитов Nax-бко для очистки воздуха от паров воды и диоксида углерода - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Экологические аспекты уп «мингаз» Экологический аспект, технологический... 1 160.59kb.
Абсорбция водой является одним из распространенных методов улавливания... 1 9.25kb.
Модель и ее обозначение согласно стандартной карты t 125 1 110.84kb.
Подлежит публикации в открытой печати 1 153.75kb.
Сорбенты из коры сосны для очистки воды от красителей катионного... 1 40.24kb.
Бюллетень по очистки различных вод по предложенным показателям. 1 170.84kb.
Влажности на горение углерода 1 329.11kb.
Тесты для подготовки к экзаменам по химии 1 78.81kb.
Загрязнение природных вод и методы их очистки Цель: «Рассмотреть... 1 228.04kb.
Техническое задание на проведение Технического обслуживания (ТО) 1 21.19kb.
1. Аппарат "Речка" предназначен для 1 194.08kb.
Сорбция ионов лантана природными цеолитами 1 281.18kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Опыт применения синтетических цеолитов Nax-бко для очистки воздуха от паров воды - страница №1/1

А.В. Глухов

Научно-производственный центр ООО Торговый дом «Реал Сорб», пр. Ленина, 2а, офис 307, г. Ярославль, 150003, РФ



e-mail: gluk@realsorb.com

Опыт применения синтетических цеолитов NaX-БКО

для очистки воздуха от паров воды и диоксида углерода
Качество адсорбционной очистки воздуха, поступающего на разделение в воздухоразделительные установки, существенно влияет на их эффективную и безопасную работу. Блоки комплексной очистки обеспечивают необходимое качество очистки и безопасную работу установки при применении гранулированных цеолитов NaX специального назначения. Такой цеолит должен иметь высокую поглощающую способность по СО2 и обеспечивать по возможности более высокую длительность рабочего цикла адсорбера. Для создания такого цеолита, удовлетворяющего указанным качествам, разработана новая технология. В настоящее время синтетический цеолит специального назначения NaX-БКО, выпускаемый заводом молекулярных сит «РеалСорб», широко применяется в блоках комплексной очистки воздуха низкого, среднего и высокого давлений.

Ключевые слова: Цеолит. Воздухоразделительная установка. Комплексная очистка воздуха. Диоксид углерода. Динамическая ёмкость.


1. ВВЕДЕНИЕ
При криогенном разделении воздуха необходимым условием нормальной и надежной работы воздухоразделительных установок (ВРУ) является удаление из сжатого воздуха паров воды и диоксида углерода. Эти основные примеси способны превращаться при довольно умеренных температурах в жидкость и при дальнейшем охлаждении образовывать кристаллы льда. Как известно, критическая температура диоксида углерода равна 31,05 С при давлении 7,527 МПа. В ВРУ среднего и высокого давлений параметры, способствующие превращению диоксида углерода в жидкое, а в последствии и в твердое состояние, вполне достижимы.

Для обеспечения взрывобезопасной работы из воздуха должны быть удалены примеси ацетилена и других углеводородов.

Удаление примесей из воздуха осуществляется в блоках комплексной очистки ВРУ. В настоящее время широко применяются адсорбционные блоки комплексной очистки (БКО) [1,2]. В качестве адсорбента обычно используется гранулированный синтетический цеолит NaX. Цеолит NaX, применяемый в БКО, способен адсорбировать молекулы веществ с кинетическим диаметром до 9 Å, т. е. практически все углеводороды, загрязняющие атмосферный воздух.

Как показывает практика работы, надежная очистка воздуха является критерием безопасной эксплуатации криогенных установок. Определяющим условием для обеспечения такой работы является выбор цеолитового сорбента. Ключевыми свойствами для проведения эффективного процесса комплексной очистки воздуха являются высокая динамическая емкость по СО2 и механическая прочность сорбента. Гранулированные сорбенты NaX – общего назначения, выпускаемые в настоящее время рядом предприятий, не в полной мере устраивали производителей криогенного оборудования. Цикл работы БКО, например, установки АК–1,5 составлял 7-8 ч. В результате этого адсорбер после регенерации не успевал охладиться до рабочей температуры, что вызывало проскок СО2 и в дальнейшем забивку арматуры разделительного аппарата, нарастание сухого льда на стенках теплообменной аппаратуры. Эти цеолиты общего назначения имеют низкую прочность, что приводит к появлению пыли, забивающей и приводящей к дополнительном местному сопротивлению в системе БКО. Все эти негативные моменты, в итоге, сказываются на безопасности и экономике процесса получения технических газов.

В связи с этим, актуальной задачей современного этапа развития криогенной отрасли было создание механически прочного цеолита NaX, обладающего высокой динамической емкостью по СО2. Работы по созданию специального сорбента для блоков комплексной очистки проводились сотрудниками нашего НПЦ. Ими был разработан, испытан в ОАО «Криогенмаш» и в дальнейшем широко применен на промышленных криогенных установках новый гранулированный цеолит NaX-БКО, выпускаемый ООО завод молекулярных сит «РеалСорб», который для краткости будем называть ЗМС.
2. Использование совершенной технологии ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕОЛИТА NaX
Основным способом получения цеолита NaX в химической промышленности является синтез кристаллов цеолита NaX с последующей их формовкой вместе со связующим веществом в гранулы. В качестве связующего используется специальная редкая глина. Цеолит, полученный по этому традиционному способу, принято называть цеолитом NaX со связующим.

Другой способ - получение гранул цеолита из алюмосиликатов с последующей кристаллизацией их в цеолит NaX. Связующее вещество при этом не используется. Цеолит NaX, получаемый по этому новому способу, называют цеолитом NaX без связующего. В промышленных масштабах этот метод впервые реализован на ЗМС.

Основные характеристики цеолитов, которые следует принимать во внимание при разработках БКО, приведены в табл. 1.
Таблица 1. Свойства наиболее распространенных цеолитов, используемых в БКО воздуха

Способ получения

Производитель

Форма

гранул, мм



Механическая

прочность, %



Водостойкость, %

Динамическая емкость по СО2 при 0,1 МПа, см3

Цеолит NaX со связующим

UOP

шарик,

1,5–2,0


90,0

99,0

7,5

SECA

шарик,

1,5–2,0


82,0

98,8

7,9

ИЗСХК, Ишимбай, РФ

экструдат,

2,0


62,0

98,0

3,3

Цеолит NaX без связующего

ЗМС «РеалСорб», Ярославль, РФ

экструдат,

2,0


84,0

99,9

6,6

Сущность традиционной технологии получения цеолита NaX заключается в оптимальной дозировке связующей глины, способной достаточно прочно соединить кристаллы цеолита NaX формуемой грануле. Обычная дозировка глины - 20–30 % на гранулу. Связующие глины не обладают свойствами цеолита NaX и, соответственно, не сорбируют вредные примеси из воздуха. Отсюда можно сделать вывод в том, что 20–30 % гранулы - балласт. Поэтому очевидным является факт, что цеолит, полученный без связующего, на 30 % активнее, чем цеолит, полученный традиционным путем со связующим.

Зарубежные цеолиты обладают хорошими динамическими свойствами по сорбции СО2 за счет придания грануле формы шарика достаточно малого размера. Сферическая форма гранулы обеспечивает максимальную поверхность контакта цеолита с сорбируемыми примесями. Японские производители считают, что оптимальный размер гранул цеолита должен быть 1,2–1,7 мм. В этом случае обеспечиваются идеальные условия для адсорбции СО2.

Кроме этого, серьезной проблемой для производителей цеолита NaX со связующим является само связующее вещество. В России разведанные запасы связующей глины практически закончились. Прекрасная связующая глина осталось еще в США – «калифорнийский кил». Её состав и дозировка являются «ноу-хау» компании UOP, которая выпускает лучшие, но и самые дорогие цеолиты NaX. По этой причине, из-за отсутствия качественного связующего, цеолиты, выпускаемые в г. Ишимбае, значительно уступают зарубежным аналогам.

Гранулированные синтетические цеолиты NaX-БКО специального назначения выпускаются на ЗМС по новой технологии. Гранула цеолита NaX-БКО в своем составе не содержит связующего вещества – балласта, который присутствует в гранулах других производителей. Несмотря на полное отсутствие связующей глины, гранулы цеолита NaX-БКО прочнее, а самое главное они значительно меньше пылят, чем цеолиты указанных в табл. 1 производителей.

Высокие физико-химические свойства гранулированного цеолита NaX-БКО являются результатом нового технологического процесса, лежащего в основе его получения. Технология, реализуемая ЗМС, осуществляется с применением оригинального оборудования и чистого химического сырья. Контроль на всех стадиях синтеза цеолита NaX-БКО осуществляется с помощью химических и рентгеноструктурных фазовых анализов. Температурные параметры синтеза регистрирует система АСУ. Гранула синтетического цеолита NaX-БКО представляет собой единый сросток кристаллов, имеющий высокие механическую прочность и динамическую емкость. Для получения высокой динамической емкости по диоксиду углерода дозируется специальный порообразователь, способный организовать внутреннюю транспортую структуру доступа молекул СО2 в полный объем гранулы. Этим приемом достигается высокая скорость сорбции СО2. Дополнительно гранулы проходят отмывку и мокрую полировку поверхности от мелких частиц, способных пылить при работе адсорбера.

Способ получения цеолита защищен патентами.
3. ОПЫТ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО ЦЕОЛИТА NaX-БКО
Работа по созданию нового эффективного сорбента для БКО проводилась нами по заказу ОАО «Криогенмаш». Учитывались требования, предъявляемые к воздухоразделительным установкам низкого давления. Технические условия были согласованы с ОАО «Криогенмаш».

В настоящее время аттестация цеолита NaX-БКО проводится на специальной установке для определения динамической и равновесной емкости при адсорбции диоксида углерода из воздуха при атмосферном давлении. Испытания при атмосферном давлении вынуждают цеолит NaX функционировать в самых жестких условиях адсорбции, так как общеизвестно, что динамическая емкость адсорбента с повышением давления значительно увеличивается. Соответственно, если определить динамическую адсорбционную емкость по СО2 при атмосферном давлении, то она при давлениях 0,62; 7,00; 20,00 МПа значительно улучшается, возрастая с повышением давления. Это, конечно, наблюдается и на практике. Например, на Ярославском азотно-кислородном заводе рабочий цикл БКО достигает 12 ч на установке АК-1,5 при применении NaX-БКО нашего производства. Это предприятие, одним из первых применив цеолиты NaX, производимые ЗМС, дало положительную оценку новым цеолитам для БКО. В 2003 г. в БКО установки АК–1,5 были загружены цеолиты NaX-БКО с диаметром гранул 3,2 мм. Обслуживающий персонал удивила прочность цеолита. Ранее им приходилось длительное время просеивать цеолиты отечественных производителей от разрушенных гранул и пыли перед загрузкой в адсорбер. Цеолиты ЗМС были засыпаны в адсорберы без предварительного отсева. В хорошей сорбционной способности цеолита NaX-БКО по диоксиду углерода специалисты завода убедились, постепенно увеличивая время работы адсорбера БКО с 7 до 12 ч. Контроль за эффективностью и безопасностью процесса осуществлялся аналитически и по показаниям приборов. Кроме этого, на выходе из БКО был установлен стационарный гигрометр типа «Байкал». Качество регенерации адсорбера БКО контролировалось таким же гигрометром. Применение этого гигрометра позволило исследовать рабочий цикл адсорбера и выбрать оптимальное время регенерации. В результате налицо – снижение энергозатрат и эффективность качества очистки воздуха от вредных примесей. Еще лучше применить газоанализаторы и отслеживать постоянно содержание СО2 в конце рабочего цикла адсорбера. Таким образом, в высоком качестве адсорбента NaX- БКО с диаметром гранул 3,2 мм (размер согласно ТУ 2163-004-21742510-2004 2,9+0,3 мм) азотно-кислородный завод убедился сам. В дальнейшем были испытаны цеолиты с размером гранул 2,4+0,3 и 2,0+0,2 мм. В результате испытаний выяснилось, что гранулы меньшего диаметра обладают так же повышенной механической прочностью и практически не увеличивают сопротивление потоку воздуха. Динамическая емкость по СО2 у гранул 2,0 мм в была выше, чем у гранул 3,2 мм. Факт роста динамической емкости объясняется увеличением поверхности контакта у гранул 2,0 мм в 1,7 раза по сравнению с гранулой, имеющей диаметр 3,2 мм.

Особенно важно применять гранулы наименьшего размера 2,0 мм по ТУ 2163-004-21742510-2004 в БКО воздухоразделительных установок низкого и среднего давлений. Так, в ОАО «Криогенмаш» в установках с рабочим давлением 0,62 МПа как раз и используют цеолиты с размером гранул не более 2,0 мм. Научно-производственный центр «РеалСорб» также рекомендует применять в БКО специальный сорбент NaX-БКО с гранулами 2,0 мм как наиболее эффективный при удалении вредных примесей из воздуха. Показатели динамической емкости по СО2 цеолита NaX-БКО в зависимости от размера гранул приведены в табл. № 2.
Таблица № 2. Влияние размера гранул на динамическую емкость по СО2 цеолита NaX-БКО

Размер гранул по диаметру, мм

Динамическая емкость по СО2 по ТУ 2163-004-21742510-2004 для гранул различных размеров, cм3/ г, не менее

Динамическая емкость по СО2 образцов цеолита по результатам аттестации, см3

4,5

3,6


2,9

2,4


2,0

3,4

3,6


3,8

4,0


4,2

3,7

4,0


4,7

5,0


6,2

Из табл. 2 следует, что согласно результатам аттестации динамическая активность по СО2 при атмосферном давлении у гранул цеолита NaX-БКО с диаметром 2,0 мм на 55 % выше, чем у гранул диаметром 3,6 мм.

НПЦ «РеалСорб» в качестве основных критериев, по которым можно достоверно судить о качестве цеолита NaX, предлагает использовать следующие:

- динамическая емкость по СО2 (не менее 4,2 см3/г при атмосферном давлении);

- индекс механической прочности на раздавливание при динамической нагрузке (не менее 70 %, ипытания проводят по ГОСТ 16188);

- влагоёмкость цеолита при сушке воздуха в статических условиях при относительной влажности воздуха менее 1 % (не менее 200 мг/г).

Вышеприведенные показатели качества отражены в ТУ 2163-004-21742510-2004, которые согласованы с ОАО «Криогенмаш». Анализ работы блоков очистки воздуха показывает, что если основные показатели качества цеолита NaX-БКО удовлетворяют этим требованиям, то и эксплуатационные характеристики цеолита находятся на достаточно высоком уровне.

В дополнении могу сказать, что за последнее время синтетический цеолит NaX-БКО торговой марки РеалСорб® получил реальный опыт промышленного применения. Увеличено в 2 раза время адсорбции на установках среднего и высокого давления производства ОАО «Кислородмаш» (г. Одесса):

А-0,6 «Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез» (г. Ярославль);

ААж-0,06 «Славнефть нефтеперерабатывающий завод им Д.И. Менделеева» (пос. Константиновский, Яросл. обл.);

КЖ-2 Сибтехгаз им. Кима Ф.И. (г. Новосибирск).

Потребителями цеолита NaX-БКО являются крупнейшие предприятия России и Украины: ОАО «Кислородмаш», ОАО «Криогенмаш», ОАО «Донецкий металлургический завод», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», Линде Газ Украина, ОАО «Алчевский металлургический завод», ОАО «Уралтехгаз», ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат", ОАО «Нижнекамскнефтехим», ЗАО "Самарский Кислородный Завод", ОАО "Волгоградский кислородный завод" и др.


4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Применение синтетических цеолитов NaX-БКО в блоках комплексной очистки воздуха обеспечивает экономичную и безопасную работу воздухоразделительных установок.

Анализ существующих способов получения синтетических гранулированных цеолитов указывает на перспективность технологии получения цеолитов NaX без связующих веществ, так как они обладают лучшими эксплуатационными показателями по сравнению с цеолитами, полученными традиционными способами.

Это подтверждается результатами эффективного применения NaX-БКО на установке АК-1,5. Эти исследования, а также работа со специалистами ОАО «Кислородмаш» и ОАО «Криогенмаш» позволили сформировать основные критерии качества при выборе цеолита NaX для блоков комплексной очистки ВРУ.

Приведенные данные помогут специалистам криогенной отрасли промышленности в выборе адсорбентов, обеспечивающих безопасную и эффективную эксплуатацию ВРУ, и оценить возможности снижения себестоимости продуктов разделения воздуха.


ЛИТЕРАТУРА
1. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. - М.:Химия, 1976. – 512 с.

2. Блазнин Ю. П., Максимова Л. В., Файнштейн В. И. Оценка адсорбционных свойств цеолитов, предназначенных для блоков комплексной очистки воздуха./ Технические газы. – 2004. – № 2. – С. 37-39




Жизнь — это по большей части то, что происходит где-то в другом месте. Алан Беннет
ещё >>