CC BY
137
УДК 665.662.24
ВЫБОР АДСОРБЕНТА В УСЛОВИЯХ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
© 2012 Е.Г. Глуховеря, В.В. Даньшина
Омский государственный технический университет
Поступила в редакцию 04.12.2012
Рассмотрены процессы десорбции воды на разных адсорбентах. Показана степень осушки газов на силикагеле, алюмооксидном сорбенте Б-200, цеолите КА и эффективность регенерации адсорбентов. Предложено использовать в реакции получения кумола цеолит КА для тонкой очистки от следов воды.
Ключевые слова: тонкая очистка газов, адсорбенты, цеолит КА
Для повышения конкурентоспособности продукции предприятия на территории Российской Федерации вынуждены действовать в соответствии с нормами и правилами Всемирной Торговой Организации (ВТО), требующих выпускать товары в соответствии с контрактами и директивами «нового подхода», т.е. безопасными (в соответствии с техническим регламентами и другими директивными документами), качественными (производимыми в условиях внедрения на производствах систем менеджмента качества), а также экологичными при сохранении условий безопасности труда товаропроизводителей. Исполнение требований регламента Регистрации, Оценки, Разрешения и Ограничения Химических Веществ (REACH) - неотъемлемая и очень важная часть работы любого предприятия химической и нефтехимической отрасли, поставляющего свою продукцию на рынки Европейского Сообщества, обеспечивает свободный оборот химических веществ как таковых и входящих в состав смесей изделий, повышая при этом конкурентоспособность и стимулируя инновации.
ЗАО «ГК «Титан» имеет множество клиентов в ЕС и серьезно относится к данным требованиям, поэтому в установленные сроки были зарегистрированы следующие вещества, размещаемые на рынках ЕС: МТБЭ (метил-терт-бутиловый эфир), бутан нормальный, бутадиен, ацетон, фенол, пропилен, АМС (альфа-метилстирол). Однако на предприятии ОАО «Омский каучук», входящего в состав группы компаний «Титан», выпускается ещё много продукции, качество которой не отвечает
Глуховеря Евгений Григорьевич, студент. E-mail: jon31_1992@yahoo. com
Даньшина Валентина Владимировна, кандидат химических наук, доцент. E-mail: danshina_v@mail.ru
требованиям регламента REACH. Предприятие модернизирует оборудование и внедряет новые производственные схемы, что позволит в скором времени выпускать продукцию, полностью удовлетворяющую стандартам экологической безопасности ЕС, например, каучук из бесканцерогенного масла, и расширить линейку высокооктановых компонентов для автомобильного топлива. В качестве высокооктанового компонента моторных топлив на предприятии ОАО «Омский каучук» помимо МТБЭ выпускается изопропилбензол технический.
Традиционно в процессе алкилирования в качестве катализаторов применялись серная и фтористоводородная кислоты, но они обладают значительными недостатками, для устранения которых применили катализатор, содержащий литий. Эффективность и экономика алкилирования бензола во многом зависят от присутствия влаги в реакционной среде, которая в свою очередь определяется влагосодержанием перерабатываемого сырья. Это и определило цель работы: выбор максимально эффективного сорбента для осушки газов [1].
Для экспресс-измерения изобар десорбции воды на различных адсорбентах и определения режимов их регенерации была смонтирована термодесорбционная приставка к хроматографу ХРОМОС ГХ-1000 модели 3700. Хроматограф разработан и сконструирован по техническому заданию концерна ОАО «Сибур-Нефтехим». Разработка ГХ велась с учетом следующих основных требований:
- высокие технические характеристики;
- надежность в эксплуатации, простота и удобство при ремонте и обслуживании;
- снижение себестоимости при его производстве и ремонте благодаря применению современных цифровых технологий и проработанных технологических решений.
Современные технологии в промышленности, строительстве и на транспорте
Для повышения надежности, качества и снижения себестоимости прибора широко используются узлы и детали от ведущих мировых производителей в т.ч. электронные компоненты, чувствительные элементы ДТП, датчики, краны дозирующие и переключающие, пневмосопро-тивления, автосэмплеры и др.
Газовый хроматограф ХРОМОС представляет собой компактный моноблок, в котором реализована возможность легкого изменения конфигурации и комплектности. Хроматограф оснащён стандартным набором детекторов, устройств ввода пробы (краны-дозаторы и испарители) и дополнительными устройствами (термо-десорбер, дозатор равновесного пара, дозатор сжиженных газов, пробоотборники и др.), что позволяет решать большинство аналитических задач. Приставка представляла собой цилиндрический микрореактор из нержавеющей стали с внутренним диаметром 3 мм и длиной 120 мм. К верхней и нижней частям микрореактора припаяны фланцы разъемов конфлэт М8х1. Для фиксации сорбента внутри микрореактора впаян диск из пористой нержавеющей стали с каналами диаметром 7 мкм. Для обеспечения возможности использования микрореактора при температурах до 450оС все спаи выполнены латунным припоем [4]. Микрореактор устанавливался в термостат хроматографа вместо насадочной колонки, и выход его присоединялся к детектору по теплопроводности. Ко второму каналу детектора (ячейке сравнения) подключалась незаполненная насадочная колонка, через которую подавался газ-носитель, в качестве которого применялся гелий. Сорбент, используемый для проведения испытаний, предварительно измельчался в агатовой ступке и просеивался. В микрореактор загружалась фракция 0,2-0,63 мм в количестве 0,5 г.
Отладка методики измерений выполнялась с использованием мелкопористого силикагеля «Силипор-600». Измерение спектра термодесорбции воды с сорбента проводилось при различных скоростях подачи газа-носителя через микрореактор и различных скоростях подъема температуры в термостате. Изменение скорости подачи гелия в интервале 5-50 мл/мин и роста температуры от 2 до 10 К/мин показало полную идентичность спектров, т.е. десорбция в этих условиях полностью определяется лишь температурой, при которой идет процесс. В дальнейшем была выбрана скорость подачи гелия 10 мл/мин и скорость подъема температуры 10 К/мин, поскольку такие условия обеспечивают наибольшую чувствительность при минимальном времени эксперимента. Вид спектра термодесорбции показан на рис. 1. Перед запуском
температурной программы термодесорбции сорбент при температуре 50оС насыщался водой. Для этого через инжектор хроматографа при помощи микрошприца объемом 10 или 50 мкл вводилось заданное количество дистиллированной воды.
mV 1000
Рис. 1. Спектр термодесорбции воды (микропористый силикагель «Силипор-600» полностью насыщенный водой (300 мкл)
Из рис. 1 видно, что уже при 160оС сорб-ционная емкость силикагеля близка к нулю, что хорошо согласуется с литературными данными. Характер термодесорбции воды с оксида алюминия F-200 производства Alcoa существенно отличается (рис. 2).
mV - 500
- О —^ -"—-.
Температура, С
50 150 250 350 450
Рис. 2. Спектр термодесорбции воды (сорбент F-200 фирмы Alcoa)
mV
- 200
- 0
I емпература, С
50 150 250 350 450
Рис. 3. Спектры термодесорбции воды (сорбент F-200 фирмы Alcoa (0,5 г), насыщенный: 1 - 2 мкл; 2 - 5 мкл; 3 - 10 мкл и 4 - 20 мкл воды)
Для алюмооксидного сорбента F-200 помимо слабосвязанной воды, десорбирующейся при температурах до 160оС, характерно наличие существенного количества трудно десорбируе-мой воды, которая не удаляется из сорбента даже при 450оС. Результаты дозированного насыщения сорбента влагой приведены на рис. 3.
Из рис. 3 видно, что при адсорбции воды первоначально заполняются адсорбционные центры, на которых сорбат связан наиболее прочно. По мере увеличения количества сорбированной воды она занимает места с все более слабым взаимодействием сорбат - сорбент. В этой связи представлялось интересным сравнить сорбционные параметры воды на F-200 и на цеолитах. Результаты эксперимента для цеолита КА представлены на рис. 4.
тУ - 2000
Температура, С
50 150 250 350 450
Рис. 4. Спектры термодесорбции воды (цеолит КА (0,5 г), насыщенный: 1 - 5 мкл; 2 - 10 мкл и 3 - 50 мкл воды
По литературным данным известно, что изотермы адсорбции воды на цеолитах принципиально отличаются от изотерм на других сорбентах: только цеолиты способны адсорбировать значительные количества воды при малых парциальных давлениях ее, то есть при Р/Р0 менее
0.1.[1-3]. Одним из преимуществ цеолита КА перед другими осушителями является достаточно узкое распределение энергий адсорбированной воды, его способность поглощать влагу из газов с малым ее содержанием, а также при высоких температурах, процесс регенерации сорбента менее энергозатратный, маленький размер пор цеолита -0,3 нм.
Выводы: проведенный эксперимент показал, что цеолит КА наиболее подходит для тонкой очистки газов от следов воды в процессе получения кумола, непредельный углеводород не проникает в поры цеолита, и эффективность процесса сохраняется высокой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Дмитриев, В.М. Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса конвективной сушки гранулированных и пленочных полимерных материалов: автореферат / В.М. Дмитриев. - Тамбов: Издательство ТГТУ, 2003. 490 c.
2. Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники: учебное пособие / Н.В. Кельцев. - М.: Химия, 1976. 592 c.
3. Рамм, В.М. Адсорбция газов. Изд. 2-е, переработ. и доп.: учебное пособие / В.М. Рамм. - М.: Химия, 1966. 754 c.
4. Химическая энциклопедия: 1 т./ Гл. ред. И.Л. Кнунянц [до 1992 г.], Н.С. Зефиров [с 1995 г.]. - М.: Сов. энцикл.; Большая Рос. энцикл., 1988-1998, 623 c.
ADSORBENT CHOICE IN CONDITIONS OF INDUSTRIAL PRODUCTION
© 2012 E.G. Glukhoverya, V.V. Danshina Omsk State Technical University
Processes of a water desorption on different adsorbents are considered. Degree of gases drying on silicagel, on aluminium oxide sorbent F-200, on KA zeolite and efficiency of adsorbents regeneration is shown. It is offered to use in reaction of cumene receiving KA zeolite for thin cleaning of water traces.
Key words: thin gases purification, adsorbents, KA zeolite
Evgeniy Glukhoverya, Student. E-mail: jon31_1992@yahoo.com Valentina Danshina, Candidate of Chemistry, Associate Professor. E-mail: danshina_v@mail.ru
