АБСОРБЕНТЫ И ИХ СВОЙСТВА

Основными промышленными адсорбентами являются пористые тела, обладающие большим объемом микропор. Свойства адсорбентов определяются природой материала, из которого они изготовлены, и пористой внутренней структурой (см. гл. 19).
В промышленных адсорбентах основное количество поглощенного вещества сорбируется на стенках микропор (г < 10 9 м). Роль переходных пор (10~^< г < Ю-7 м) и макропор (г > 10"7 м) в основном сводится к транспортированию адсорбируемого вещества к млкропорам.
Адсорбенты характеризуются своей поглотительной, или ад-сорбционной, способностью, определяемой максимально возможной концентрацией адсорбтива в единице массы или объема адсорбента. Величина поглотительной способности зависит от типа адсорбента, его пористой структуры, природы поглощаемого вещества, его концентрации, температуры, а для газов и паров —от их парциального давления. Максимально возможную при данных условиях поглотительную способность адсорбента условно называют рав-новесной активностью.
По химическому составу все адсорбенты можно разделить на углеродные и неуглеродные. К углеродным адсорбентам относятся активные (активированные) угли, углеродные волокнистые мате-риалы, а также некоторые виды твердого топлива. Неуглеродные адсорбенты включают в себя си тик а гели, активный оксид алюминия, алюмогели, цеолиты и глинистые породы.

 

 

7 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЕНТОВ

 

Основными промышленными адсорбентами являются пористые тела, обладающие большим объемом микропор. Свойства адсорбентов определяются природой материала, из которого они изготовлены, и пористой внутренней структурой (см. гл. 19).
В промышленных адсорбентах основное количество поглощенного вещества сорбируется на стенках микропор (г < 10 9 м). Роль переходных пор (10~^< г < Ю-7 м) и макропор (г > 10"7 м) в основном сводится к транспортированию адсорбируемого вещества к микропорам.
Адсорбенты характеризуются своей поглотительной, или адсорбционной, способностью, определяемой максимально возможной концентрацией адсорбтива в единице массы или объема адсорбента. Величина поглотительной способности зависит от типа адсорбента, его пористой структуры, природы поглощаемого вещества, его концентрации, температуры, а для газов и паров —от их парциального давления. Максимально возможную при данных условиях поглотительную способность адсорбента условно называют равновесной активностью.
По химическому составу все адсорбенты можно разделить на углеродные и неуглеродные. К углеродным адсорбентам относятся активные (активированные) угли, углеродные волокнистые материалы, а также некоторые виды твердого топлива. Неуглеродные адсорбенты включают в себя си тик а гели, активный оксид алюминия, алюмогели, цеолиты и глинистые породы.
Адсорбционная осушка газа применяется для получения низкой "точки росы" (-20-30°С), которая необходима при транспорте газа в север­ных районах страны. Одним из важных преимуществ адсорбции является то, что не требуется предварительной осушки газа, так как твердые адсор­бенты, наряду с жидкими углеводородами, хорошо адсорбируют и влагу. В качестве адсорбента используют твердые пористые вещества, обладающие большой удельной поверхностью.

К ним относятся активированные угли (S_уд = 600-1700 м²/г); силикагели - продукты обезвоживания геля кремниевой кислоты (S_уд-320-770M /г); цеолиты - минералы, являющиеся водными алюмосиликатами натрия и кальция, а также искусственные цеолиты.

Сущность адсорбции состоит в концентрировании вещества на по­верхности или в объеме микропор твердого тела. Эффективные радиусы микропор составляют (5-10) 10'¹⁴ мкм. Максимальная активность, дости­гаемая к моменту равновесия при данных температуре и концентрации по­глощаемого вещества в газовой фазе, называется равновесной статической активностью. Активность при поглощении до появления поглощаемого компонента за слоем поглотителя называется динамической активностью.

Динамическая активность адсорбента характеризует вес улавливаемой жидкости в процентах от веса адсорбента. Обычно она равна 4-7%.

Промышленные адсорбенты должны обладать достаточно высокой ак­тивностью, обратимостью адсорбации и простотой регенерации, малым сопротивлением потоку газа и высокой механической прочностью.

Десорбция основана на том, что при повышении температуры увели­чивается энергия адсорбированных молекул и они могут освобождаться от адсорбента. Наиболее благоприятны для этого температуры 200-300°С.

Адсорбенты -- высокодисперсные природные или искусственные материалы с большой удельной поверхностью, на которой происходит адсорбция веществ из соприкасающихся с ней газов или жидкостей.

Одна из важнейших характеристик адсорбентов - пористость. Объемной пористостью щ называют отношение суммарного объема пор к общему объему дисперсной системы. Необходимо подчеркнуть, что понятие пористости, широко используемое для характеристики и классификации адсорбентов, имеет различный смысл в зависимости от применения его к отдельным частицам (зернам) адсорбента или же к образованной этими частицами структуре. Так, непористые (сплошные) частицы даже при плотнейшей их упаковке, образуют пористую структуру - порошковую мембрану, - поры которой являются промежутками между зернами. В зависимости от размера частиц эти структуры могут быть макро- или микропористыми. На практике большое значение имеет динамическая адсорбция, когда адсорбирующийся газ или смесь его с воздухом пропускают через слой адсорбента. Такие условия имеют место при работе установок, на которых проводится рекуперация паров растворителей из смеси с воздухом, при работе противогаза и т.д.

Динамическая активность адсорбента существенно отличается от его статической активности. Статическая адсорбационная активность при данной температуре и концентрации газа определяется количеством адсорбтива, поглощенного единицей массы адсорбента при установлении равновесия. Динамическая активность адсорбента характеризуется длительностью пропускания газа или его смеси с воздухом через слой адсорбента до момента обнаружения первых следов газа за слоем адсорбента. Эта величина зависит как от статической активности адсорбента, так и от другх факторов, а именно от соотношения между толщиной и площадью слоя адсорбента, диаметра зерен адсорбента, концентрации газа и скорости его протекания. Поэтому динамическую адсорбцию можно характеризовать только временем, протекающим до проскока газа через слой адсорбента при данных условиях процесса, и нельзя характеризовать количеством газа, адсорбированным единицей массы или объема адсорбента.

 

 

8 ПРИМЕНЕНИЕ НТС ДЛЯ ТОННОЙ ОТЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ВЛАГИ И ТЯЖЁЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Низкотемпературная сепарация

газa (a. low-temperature separation; н. Tieftemperaturabscheidung, Tieftemperaturseparation; ф. separationа basse temperature; и. separacion de baja temperatura) - процесс промысловой обработки природного газа cцелью извлечения из него газового конденсата и удаления влаги. Осуществляется при темп-pax от 0 до-30°C. Первая пром. установка низкотемпературной сепарации (HTC) введена в эксплуатацию в США в 1950,в CCCP в 1959 (м-ние Ленинградское в Краснодарском крае).

 

Рис. 1. Технологическая схема установки низкотемпературной сепарации газа:
I - сепаратор первойступени; II - газовый теплообменник; III - испаритель-холодильник;
IV - штуцер; V -низкотемпературный сепаратор; 1 - необработанный газ;
2 - смесь углеводородного конденсата иводы; 3 - ингибитор гидратообразования;
4 - обработанный газ; 5 -смесь углеводородного конденсата инасыщенного водой ингибитора гидратообразования. -
H. c. осуществляется по следующей схеме. Газ из скважины по шлейфу проходит (рис. 1) черезсепаратор первой ступени (для предварит. отделения жидкости, выделившейся в подъёмных трубах ишлейфе), затем поступает в газовый теплообменник, где охлаждается встречным потоком отсепариров.холодного газа. После теплообменника газ, проходя через штуцер (эжектор), редуцируется до давлениямакс. конденсации (или близкого к нему), температураpa его при этом снижается (за счёт дроссельэффекта). Bсепараторе вследствие изменения термодинамич. условий и снижения скорости газового потока выпадаютконденсат и влага, к-ырые, накапливаясь в конденсатосборнике, периодически выпускаются в промысловыйсборный коллектор-конденсатопровод и далее на узел стабилизации конденсата. C целью болеерационального использования энергии пласта в схему вместо штуцера может быть включёнТурбодетандерный агрегат. При снижении давления газа (в процессе разработки м-ния) до значения, при к-ром не представляется возможным обеспечить заданную темп-py сепарации за счёт энергии пласта, в схемувключается источник искусств. холода - Холодильный агрегат. Технол. режим установки HTC определяетсятермодинамич. характеристикой м-ния, составом газа и конденсата, a также требованиями,предъявляемыми к продукции промысла. Для предупреждения образования гидратов в схемах HTCпредусматривается ввод в газовый поток ингибитора гидратообразования. Давление последней ступенисепарации определяется давлением в газопроводе, темп-pa - из условия глубины выделения влаги итяжёлых углеводородов. Технология H. c. пригодна для любой климатической зоны, допускает наличие в газенеуглеводородных компонентов, обеспечивает степень извлечения конденсата (C_5+B) до 97%, a также темп-py точки росы, при к-рой исключается выпадение влаги и тяжёлых углеводородов при транспортированииприродного газа. Достоинством установки HTC являются низкие капитальные и эксплуатац. затраты (приналичии свободного перепада давления), недостатком - низкие степени извлечения конденсатообразующихкомпонентов из тощих газов, непрерывное снижение эффективности в процессе эксплуатации за счётоблегчения состава пластовой смеси, необходимость коренной реконструкции в период исчерпаниядроссель-эффекта.
Для повышения эффективности HTC используют сорбцию в потоке (впрыск в поток газа стабильногоконденсата или др. углеводородных жидкостей) и противоточную абсорбцию отсепарированного газа(замена низкотемпературного сепаратора на абсорбер-сепаратор - многофункциональный аппарат, в к-ромпри разл. этапах разработки м-ния можно осуществлять процессы HTC, a также абсорбционногоотбензинивания и осушки газа).