Исследование процесса адсорбции H2S, CO2 и NO2 из природного газа цеолитами Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИИ H2S, CO2 И NO2 ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА ЦЕОЛИТАМИ Байрамова А.С. Email: [email protected]

Байрамова Айгюн Сеймур кызы - инженер, докторант, кафедра нефтехимической технологии и промышленной экологии, химико-технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика

Аннотация: очистку природного газа от H2S, CO2 и NO2 можно проводить адсорбцией или абсорбцией. Наиболее оптимальным сорбционным способом очистки природного газа от H2S, CO2 и NO2является адсорбционная очистка. Адсорбентами для С02 являются активированный уголь и цеолиты, а для H2S — только цеолиты NаX. Этот способ позволяет упростить конструкцию системы очистки, так как для регенерации адсорбента, которую можно вести очищенным природным газом, подогретым в теплообменнике, не требуется специального оборудования. Ключевые слова: адсорбция, природный газ, H2S/ CO2 /NO2, цеолит МаК.

THE STUDY OF ADSORPTION PROCESS OF H2S, CO2 AND NO2 FROM NATURAL GAS BY ZEOLITE Bayramova A.S.

Bayramova Aygun Seymur qizi - Engineer, Doctoral, DEPARTMENT OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY AND INDUSTRIAL ECOLOGY, FACULTY OF CHEMICAL TECHNOLOGY, AZERBAIJAN STATE UNIVERSITY OF OIL AND TECHNOLOGY, BAKU, REPUBLIC OF AZERBAIJAN

Abstract: purification of natural gas from H2S, CO2 and NO2 can be carried out by adsorption or absorption. The most optimal sorption method for purifying natural gas from H2S, CO2 and NO2 is adsorption purification. Adsorbents for CO2 are activated carbon and zeolites, and for H2S only NaX zeolites. This method makes it possible to simplify the design of the cleaning system, since no special equipment is required to regenerate the adsorbent that can be cleaned with natural gas heated in the heat exchanger. Keywords: adsorption, natural gas, H2S / CO2 / NO2, zeolite NaX.

УДК 66.011

DOI: 10.20861/2304-2338-2017-119-002

Как известно, очистку природного газа от H2S, CO2 и NO2 можно проводить адсорбцией или абсорбцией. Наиболее оптимальным сорбционным способом очистки природного газа от H2S, CO2 и NO2 является адсорбционная очистка. Адсорбентами для С02 являются активированный уголь и цеолиты, а для H 2S — только цеолиты. Этот способ позволяет упростить конструкцию системы очистки, так как для регенерации адсорбента, которую можно вести очищенным природным газом, подогретым в теплообменнике, не требуется специального оборудования. Недостаток этого способа состоит в дополнительном расходе природного газа на регенерацию адсорбентов [1 -3].

Подготовка газа, а также очистка газа адсорбционным способом на практике нашло широкое применение и имеет ряд преимуществ. Это высокие экологические показатели, большая глубина осушки, низкий удельный расход адсорбента, а также хорошие эксплуатационные характеристики установок.

Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;

2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство;

Применение непрерывных способов очистки в движущемся адсорбенте требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена. Поглотительная емкость адсорбента в условиях эксплуатации считается его рабочей или динамической активностью. Динамическая активность всегда ниже статической и зависит от условий работы адсорбента. Динамическая активность адсорбентов является основным показателем, определяющим размеры адсорберов и время цикла сорбции. Для очистки газов от H2S, ТО2 и NO2 применяют в основном цеолиты.

Характеристики адсорбента (образцы цеолита NaX) приведены в таблице 1.

Таблица 1. Адсорбционные свойства адсорбентов МаХ

Образцы

1 2 3

Плотность, г/см3 0,785 0,770 0,747

Зернение(в мм), %

2,7 - 2,0 33,2 34,0 31,6

2,0 - 1,5 63,7 62,8 63,8

1,5 - 1,0 3,1 3,2 4,6

Содержание, %

золы 7,4 7,1 7,9

калия 0,20 0,26 0,27

серы 0,46 0, 47 0,67

Объем пор, см3/г

Уми 0,28 0,32 0,33

Уме 0,11 0,13 0,12

V 4 ма 0,28 0,31 0,35

0,67 0,76 0, 80

Структурные константы см3 / г 0,29 0,33 0,35

В 106 (по бензолу) 0,44 0,54 0,54

Адсорбция позволяет почти полностью извлечь из газовой смеси загрязняющие компоненты и дает возможность осуществлять глубокую очистку газов. Этим объясняется все большее применение в защите окружающей среды адсорбционных методов разделения и очистки газов там, где другие методы оказываются недостаточно эффективными.

Адсорбенты, используемые в системах очистки отходящих газов, должны удовлетворять следующим требованиям: иметь большую адсорбционную способность при поглощении компонентов, имеющие небольшую концентрацию в газовых смесях, обладать высокой селективностью, иметь высокую механическую прочность, обладать способностью к регенерации и иметь низкую стоимость [4].

Опыты по адсорбции проводились по следующей методике. Навески цеолита NaX активировали в муфельной печи при 673К в течение 2 часов, затем охлаждали в эксикаторе. Процесс очистки природного газа на синтетических цеолитах изучали на модельной установке проточного типа. Природный газ из общего коллектора подавался на адсорбционную колонку, представляющую собой цилиндрический аппарат общей высотой 1250 и диаметром 100 мм (объем 10 л).

По результатам анализа рассчитывали динамическую активность адсорбента NaX по формуле (1):

Ад=^т^ (1)

где Со - начальная концентрация Н^, С02 и NO2 в растворе, г/100г; W - скорость газового потока, м/с; т - время защитного действия адсорбента, h - высота слоя адсорбента, м.

Нами изучены изотермы адсорбции СО2, Н^ и NO2 на адсорбентах -активированный уголь СКТ и цеолит NaX.

Изотермы адсорбции определены на цеолите NaX. Установлено целесообразность использования для адсорбционного выделения СО2, Н^ и NO2 цеолита NaX.

Изотермы адсорбции количественно описаны уравнениями Лэнгмюра.

Таблица 2. Величины статической и динамической активностей адсорбентов -активированный уголь СКТ и цеолит NaX

Адсорбенты Активир. уголь СКТ Цеолит NaX

компоненты ^S СО2 NO2 СО2 NO2

Статическая активность, г/100г 9.88 7.63 6.96 12.27 10.51 9.75

Динамическая активность, г/100г 7.02 5.24 4.73 9.89 8.34 7.81

Проведенный анализ различных адсорбентов для адсорбции СО2, H2S и NO2 из природного газа показал, что целесообразно использовать цеолит NaX. При компьютерном моделировании особо важное значение имеют изотермы адсорбции, а также точное численное значение динамической активности. Динамическая активность адсорбентов является основным показателем, определяющим размеры адсорберов и время цикла сорбции.

Список литературы /References

1. Heesink A.B., VanSwaij W.P.M. The adsorption H2S on Chemical Engineering Science. Col. 50/ № 22. Р. 3651-3656.

2. Honghong Yi, Zhixiang Wang, Haiyan Liu and others. Adsorption of SO2, NO and CO2 an Activited Carbons: Equilibrium and Thermodynamics // Chemical Engineering data, 2014. 59. 1556-1563.

3. Indra Perdana. Derek Creaser et al. A comparison of NOx adsorption on Na, H and BaZSM-5 films // Applied Catalysis, 2007. V. 72. P. 82-91.

4. Быстров Г.А., Гальперин В.М., Титов Б.П. Обезвреживание и утилизация отходов в производстве пластмасс. Л. Химия, 1982. С. 139.