CC BY
120
2. Клименко, Н.А. Использование активных углей для очистки промышленных сточных вод от ПАВ/ Н.А.Клименко, А.М.Когановский, Н.П.Панченко //Химия и технология воды.— 1982.—Т. 4, № 1.—С. 47—50.
3. Питьевая вода. СанПиН 2.1.4.1074-01. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора, 2002. - 103 с.
4. Федеральный закон «Об экологической экспертизе» от 15.11.1995 г.
УДК 541.183.26: 661.183.6 П.А. Рейтер, С.А. Ануров
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ЦЕОЛИТОВ НА АДСОРБЦИЮ ПАРОВ ВОДЫ
Conditions of thermal preparation of synthetic zeolites of types A and X for the subsequent gas dewatering are studied. Optimum conditions of process of the regeneration are certain, allowing to reach the maximal depths of a degree of extraction of a moisture.
Изучены условия термической подготовки синтетических цеолитов типов А и Х для последующей осушки воздуха. Определены оптимальные условия процесса регенерации, позволяющие достигать максимальные глубины степени извлечения влаги.
Индивидуальные газы (О2, N2, H2, Ar, Xe, Kr и др.), как и их различные смеси (природный газ, отходящие газы различных технологических процессов, синтез-газы, защитные атмосферы и т.п.) являются в настоящее время одними из наиболее важных продуктов и полупродуктов современной экономики. Так, например, кислород находит широкое применение в медицине и металлургии, азот используется при пожаротушении и получении синтез-газа для производства аммиака, газообразный водород лежит в основе водородной энергетики, редкие газы используют в лампах накаливания и при проведении сварочных работ. Природный газ, прежде всего, является одним из наиболее важных и технологически удобных видов топлива. Кроме того, он находит широкое применение для получения различных видов химической продукции. Отходящие газы, например, заводов цветной металлургии перед выбросом используются для получения серной кислоты. Многие процессы получения черных и цветных металлов проводятся в специально приготовленных газовых средах имеющих определенных состав. В последнее время все более широко используются защитные атмосферы при хранении сельскохозяйственной продукции, предотвращающей ее гниение и порчу.
Однако практически во всех случаях газы содержат нежелательные примеси, которые перед их применением либо дальнейшей переработкой должны быть удалены из их состава. Среди последних наиболее распространены пары воды, которые, как показывает практика, входят в состав, как индивидуальных газов, так и природных, отходящих и синтез-газов. Причем необходимо отметить, что водяные пары являются чрезвычайно нежелательной примесью, так как, с одной стороны, являясь одним из наиболее сильных окислителей, они относятся, к, так называемым, каталитическим яда. То есть, если газовая смесь подвергается дальнейшей переработке в присутствие катализаторов (синтез аммиака, окисление диоксида серы в триоксид и т.п.), то пары Н2О отравляют дорогостоящие катализаторы соответствующих процессов, приводя к сни-
жению их активности. Это явление вызывает необходимость регенерации катализаторов, что отрицательно сказывается на экономике всего процесса.
Высокие окислительные свойства влаги также не допускают ее присутствия в защитных атмосферах при производстве и переработке некоторых металлов, а также хранение сельскохозяйственной продукции. Если в первом случае наблюдается покрытие поверхности металлических изделий оксидными пленками и не достигается желаемый результат, то во втором - пары воды вызывают гниение овощей и фруктов.
Другое отрицательное действие влаги, присутствующей в газах, связано с низкотемпературными процессами, реализуемыми при температурах ниже нуля. В данном случае происходит ее кристаллизация с образованием льда, что вызывает забивку арматуры и аппаратуры производственных процессов. Это явление приводит к частым остановкам с последующим размораживанием агрегатов.
Исходя из вышеизложенного, одной из первых стадий переработки газов и их практического использования является их осушка. В последнее время адсорбционный метод в силу ряда преимуществ практически вытеснил все другие процессы осушки газов. Адсорбция влаги отличается простотой аппаратурного и технологического оформления, компактностью установок и позволяет добиться наиболее полного выделения влаги их газовых потоков. В качестве твердых поглотителей для этого процесса, как правило, используют минеральные адсорбенты, обладающие гидрофильными свойствами: силикагели, алюмогели, а также природные и синтетические цеолиты. Именно последние позволяют достигать наиболее глубоких степеней осушки.
Длительность работы цеолитов, также как и сама степень осушки определяется не только марками применяемых цеолитов, но и условиями их подготовки к процессу. Одними из наиболее важных технологических факторов их термической регенерации являются температура и длительность изотермической выдержки. Именно этим вопросам и посвящена настоящая работа, а именно влиянию продолжительности и температурных условий регенерации на адсорбционную емкость цеолитов по парам воды.
В качестве адсорбентов в работе были использованы синтетические цеолиты марок А и Х: КаЛ, КаХ, КА и СаА, основные характеристики которых приведены в работах [1 и 2]. Эксперимент заключался в термической регенерации цеолитов в электропечи марки СНОЛ при определенных температурно-временных условиях с последующим насыщением адсорбентов парами воды до равновесного состояния в эксикаторах с определенной влажностью. Дегидратация проводили в диапазоне температур 300 - 400 оС с шагом 20 оС. Продолжительность изотермической выдержки варьировали от 30 до 90 мин.
Рис. 1 демонстрирует влияние температуры на степень дегидратации цеолитов при продолжительности изотермической выдержки 30 мин. Как свидетельствуют экспериментальные данные при термической тренировке образцов в диапазоне 20 - 300 оС цеолиты теряют около 85 % адсорбированной влаги. При последующем нагреве вплоть до 500 оС дегидратация цеолитов продолжается и достигает 94 - 98 % в зависимости от природы адсорбента. (Полное удаление влаги, судя по литературным данным [3] наступает при температурах свыше 600 оС и сопровождается разрушением их кристаллической решетки.) Наиболее быстро и полно отдает влагу цеолит КаХ, обладающий наиболее крупными входными окнами (9 нм). Цеолиты марки А с диаметром входных окон от 3 до 5 нм более тяжело подвержены дегидратации, степень которой не превышает 93 % даже при температуре 500 оС. И, наконец, можно сделать заключение, что с энергетической точки зрения регенерация цеолитов целесообразна только при темпера-
туре ~400 оС. Дальнейший тренинг образцов нецелесообразен, так как степень дегидратации хотя и уменьшается, но чрезвычайно незначительно.
Влияние продолжительности регенерации при оптимальной температуре (400 оС) представлено на рис. 2. Очевидно, что длительность термической обработки цеолитов играет существенную роль на степень их дегидратации. Причем в первые 30 мин образцы теряют от 93 до 98 % влаги в зависимости от их природа. Практически полное удаление влаги наступает через 1,5 ч. Тем не менее, как свидетельствуют опытные данные, регенерация цеолитов вполне достаточна в течение 60 мин, когда степень обезвоживания достигает 98 - 99 %.
0,15 0,1 0,05 0
^ -у1
-О— NaA КА -Д— СаА -О— N0*
Я?1
&
Температура, оС Рис. 1. Влияние температуры на
степень регенерации цеолитов
1
0,8 х 0,6
* 0,4 0,2 0
NaA КА СаА в—N0*
0
Вр
90
60
{ремя, мин Рис. 2. Влияние продолжительности
на степень регенерации цеолитов
В заключение работы нами была изучена равновесная адсорбции исследуемых цеолитов по парам воды, прошедших термическую обработку при 400 оС в течение 1 ч при температуре 25 оС. Эксперимент проводили в статических условиях эксикаторным методом при периодическом взвешивании образцов при влажности воздуха в эксикаторах 11,5 и 15,3 мм. рт. ст. Полное насыщение цеолитов достигалось в течение 9 - 10 суток. Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 1.
Табл. 1. Равновесная адсорбционная емкость цеолитов па парам воды
Концентрация паров воды, мм. рт. ст. Активность, мг/г
№А СаА №Х КА
11,5 230,8 211,4 193,9 157,5
15,3 240,1 232,3 214,8 190,1
Как свидетельствуют полученные результаты, наибольшей емкостью по парам Н2О обладает цеолит №А, наименьшей - КА. Причем с увеличением концентрации влаги активность образцов резко возрастает. Так, например, в изученном диапазоне влажности активность цеолитов марок СаА и №Х увеличивается примерно на 10 %. Это свидетельствует о перспективности использования данных цеолитов, предварительно отрегенерированных при 400 оС в течение 1 ч, для осушки газов с невысоким содержанием водяных паров.
Список литературы
1. Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984. - 592 с.
2. Алехина, М.Б. Промышленные адсорбенты. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. - 115 с.
3. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита. М.: Мир, 1976. - 782 с.
