Buhar Geri Kazanımında Aktif Karbon Uygulamaları

Onlarca yıldır hidrokarbon buharının geri kazanımı, yakıt yükleme operasyonlarında vazgeçilmez bir süreç olmuştur. 1990'larda buhar geri kazanım ünitelerinin (VRU'lar) büyük-ölçekli kurulumundan bu yana, aktif karbon adsorpsiyonunu ve ardından vakum rejenerasyonunu temel alan teknoloji, şu şekilde ortaya çıktı:mevcut en iyi teknoloji (BAT)uygulamaların büyük çoğunluğu için. Dünya çapında yeni inşa edilen VRU'ların %95'inden fazlasının bu süreci benimsediği tahmin edilmektedir. Uygun şekilde tasarlandığında, vakumla-rejenere edilmiş aktif karbon sistemi, minimum bakım gereksinimleriyle bile yüksek verimlilik, maliyet-etkinliği, güvenlik ve olağanüstü güvenilirliğe{- sahiptir.

 

 

Süreç Açıklaması

Bir VRU'da işlenecek buhar, hava ve uçucu organik bileşiklerin (VOC'ler) bir karışımıdır ve tipik olarak aşağıdakileri içerir:Hacimce %20-50 VOC. VOC molekülleri benzin, ham petrol veya benzeri ürünlerin yüklenmesi sırasında buharlaşan daha hafif bileşiklerden oluşur. Buhar, milyonlarca gözenekten oluşan muazzam bir yüzey alanına sahip aktif karbon yatağından geçer. Aktif karbon şu şekilde görselleştirilebilir:"moleküler sünger"VOC bileşenleri gözenek duvarlarına zayıf moleküller arası kuvvetler yoluyla yapışır.van der Waals kuvvetleri. Bu adsorpsiyon işlemi sırasında aktif karbonda veya VOC moleküllerinde herhangi bir kimyasal değişiklik meydana gelmez. Aktif karbonun yüksek adsorbsiyon kapasitesi sayesinde VRU'lardan kaynaklanan hidrokarbon emisyonları son derece düşük seviyelere indirilebilir.

 

Bir VRU, bir ortamda çalışan iki veya daha fazla aktif karbon yatağından oluşur.adsorpsiyon/rejenerasyon bisiklet moduHer döngü tipik olarak 10 ila 15 dakika sürer. Rejenerasyon aşamasında, bir vakum pompası karbon yatağının içindeki basıncı azaltır.40-80 milibar. Bu düşük basınç dengeyi değiştirir, VOC'ler ve aktif karbon arasındaki zayıf kuvvetleri bozar ve VOC moleküllerinin vakum pompası yoluyla karbon yatağından yüksek-konsantrasyonlu bir gaz akışı olarak çıkmasına izin verir (Hacimce %95 VOC ve %5 hava). Gaz akışı ters akıntılı bir şekilde akaremme kulesibir emiciyle (genellikle taze benzin) temas ettiğinde VOC bileşenleri böylece taze emici tarafından emilir. Absorbsiyon kulesinden çıkan ve hala eser miktarda VOC ile doymuş olan hava, adsorpsiyon karbon yatağına giren gelen VOC-yüklü besleme gazıyla karıştırılarak geri dönüştürülür. Bu, küçük bir iç döngü oluşturur.sıfır emisyon.

Aktif Karbon

Yaygın olarak kullanılan hammaddeler Yuanli GRP ve HEM serisidir. Bu tür aktif karbon mükemmel adsorpsiyon kapasitesi sergiler ve aşırı toz oluşumunu önlemek için mekanik mukavemetinin sağlanması gerekir.

 

Hammaddeler halihazırda belirli bir derecede gözenekliliğe ve gram başına 10-15 metrekarelik spesifik bir yüzey alanına sahiptir. Bununla birlikte,-tipik olarak 800 derece ila 1100 derece arasındaki sıcaklıklarda oksitleyici bir buhar atmosferinde gerçekleştirilen aktivasyon işlemi sırasında -özel yüzey alanları gram başına 1500 metrekarenin üzerine çıkar.

 

Aktif karbonun mikro gözenekli yapısı adsorpsiyon için etkili bir araç sağlarken, mezo gözenekler ve makro gözenekler moleküler taşıma kanalları için çok önemlidir. Bu nedenle, aktif karbonun yalnızca son derece gelişmiş bir iç yüzey alanına sahip olması değil, aynı zamanda bu yüzeye erişimi sağlayan farklı çaplarda bir gözenek ağına sahip olması da zorunludur.

 

Morfoloji – Granüler mi, Peletlenmiş mi?

Aktif karbon, granüler formda veya ekstrüde edilmiş peletlenmiş formda mevcuttur. Granül aktif karbon genellikle en uygun maliyetli-seçenektir, ancak bir araya toplanıp yoğun bölgeler oluşturma eğilimindedir. Bu bölgeler karbon yatağı içinde daha yüksek basınç düşüşleri ve ölü boşluklar yaratarak gazın tercihen yüksek-geçirgenlikli yollardan aktığı kanallara yol açar. Karbon yatağının tamamında eşit olmayan adsorpsiyon ve rejenerasyon, Buhar Geri Kazanım Ünitesinin (VRU) genel performansını olumsuz yönde etkileyecektir.

 

Peletlenmiş aktif karbon, aktif karbon tozunun bir bağlayıcıyla harmanlanması ve karışımın silindirik şekiller halinde ekstrüde edilmesiyle üretilir. Sıkışmaya ve ölü bölgeler oluşturmaya daha az eğilimli olduğundan VRU'lar için yaygın olarak üstün bir seçim olarak kabul edilir. VRU uygulamalarında peletlenmiş aktif karbonun çapı genellikle 4 milimetredir. Kritik olarak, farklı çaplardaki aktif karbon karıştırılmamalıdır çünkü bu, daha sıkı paketlemeye ve karbon yatağı boyunca daha yüksek basınç düşüşüne neden olacaktır.

 

Kapasite ve Artık Adsorpsiyon

Adsorpsiyon kapasitesi, aktif karbonun birim kütlesi başına ek olarak adsorbe edilebilen Uçucu Organik Bileşiklerin (VOC'ler) kütlesini ifade eder. Taze aktif karbon tipik olarak ağırlıkça %30 kapasiteye sahiptir; bu, 1 kilogram karbonun, tam doygunluğa ulaşmadan önce 0,3 kilogram VOC adsorbe edebileceği anlamına gelir. Karbonu tamamen orijinal kapasitesine geri döndürmek için 1000 derecede buhar kullanılarak yeniden aktivasyon gereklidir. Ancak bu süreç, karbonun önemli bir kısmının toz olarak kaybolmasıyla önemli miktarda karbon yıpranmasına neden olur. Döngüsel sistemlerde pratik olmadığı göz önüne alındığında, bunun yerine daha hafif bir vakumlu rejenerasyon yöntemi kullanılır. Vakumlu rejenerasyon yoluyla, mineral-bazlı aktif karbonun uzun-vadeli kapasitesi ("çalışma kapasitesi" olarak da bilinir) genellikle ağırlıkça %8 civarındadır. Taze kapasite ile çalışma kapasitesi arasındaki farka "artık adsorpsiyon" adı verilir.

 

Adsorpsiyon Isısı

Adsorpsiyon süreci ekzotermiktir. Karbon yatağının normal döngüsel çalışması sırasında açığa çıkan ısı, sıcaklığı ortam sıcaklığının yaklaşık 10-20 derece üzerine çıkarır. Ketonlar ve aldehitler gibi bazı hidrokarbonlar daha reaktiftir ve karbon yatağında daha yüksek sıcaklık artışlarına neden olabilir. Belirli aktif karbon türleri (özellikle ahşap ve hindistancevizi kabuklarından elde edilenler-"termal kaçak" veya "sıcak noktalara" karşı daha hassastır; bu durum VRU'nun kapatılmasını, inert gazla temizlenmesini ve yakın gözetim altında soğutulmasını gerektirir. Taze aktif karbon ilk kez buharlara maruz kaldığında yüksek reaktivite gösterir ve önemli miktarda ısı üretir. Karbon yatağının içindeki sıcaklık yaklaşık 100 dereceye kadar yükselebilir, bu nedenle VRU'larda taze karbonun devreye alınması ("ön yükleme" olarak da bilinir) eğitimli profesyoneller tarafından gerçekleştirilmelidir.

 

Temel Konu: Tozdan Kaçınma

Toz, basınç kaybı kayıplarına neden olması, yüzey gözeneklerini tıkayarak adsorpsiyon kapasitesini azaltması, vakum pompaları ve emme pompalarında aşırı aşınmaya neden olması, filtreleri tıkaması ve benzin depolama tanklarında birikmesi nedeniyle kaçınılması gereken kritik bir konudur.

Her bir aktif karbon grubunun, toz içeriği, kuruluk, yoğunluk, parçacık boyutu, sertlik ve çalışma kapasitesi dahil olmak üzere VRU'nun çalışması için kritik olan parametrelere göre teste tabi tutulması önemlidir.

 

Aktif Karbon için Optimum Çalışma Koşullarının Sağlanması

Düzgün tasarlanmış bir VRU'da aktif karbonun hizmet ömrü tipik olarak 10 ila 20 yıl arasında değişir. Ancak VRU tasarımı karbon için uygun çalışma koşullarını sağlayamazsa hizmet ömrü 4 ila 5 yıla kadar kısalabilir.

 

Karbon Yatağının İçinde Hareket

VRU'larda basınç, atmosferik basınç ile derin vakum arasında saatte en az dört kez geçiş yapar. Her rejenerasyon döngüsünün başlangıcında vakum pompası, basıncı desorpsiyon eşiğine düşürmek için tam kapasiteyle çalışır. Rejenerasyon tamamlandıktan sonra, karbon yatağını bir sonraki adsorpsiyon döngüsüne hazır duruma getirmek için basıncın hızla eşitlenmesi gerekir. Karbon yatağı güvenli bir şekilde sabitlenmediği sürece, bu sürekli çekme ve itme kuvveti, karbon parçacıklarının birbirine sürtünmesine ve aşınarak toza dönüşmesine neden olacaktır. Açıkça görülüyor ki, düşük-kuvvetli karbon daha çabuk aşındırılacak ve granüler karbon, yığınlar halinde daha sıkı bir şekilde toplanacak. Sert, mineral-bazlı peletlenmiş karbon bile zamanla yavaş yavaş aşınacak ve toz üretecektir. İyi tasarlanmış bir VRU, karbon hareketini önlemenin ötesinde, karbon yatağına etki eden kuvvetleri (vakum ve basınç dengeleme) de kontrol etmeli ve en aza indirmelidir.

Tipik olarak, toz oluşumundan kaynaklanan kütlesel karbon kaybı, aktif karbonun hizmet ömrünü etkileyen tek ve en önemli faktördür-ve bu, uygun VRU tasarımıyla neredeyse tamamen önlenebilir.

 

Uzun-Dönemli Artık Adsorpsiyon

Daha önce belirtildiği gibi, artık adsorpsiyon, başlangıç ​​adsorpsiyon kapasitesinin vakum rejenerasyonu yoluyla geri kazanılamayan kısmını ifade eder. Vakumla giderilemeyen VOC molekülleri tarafından kalıcı olarak işgal edilen gözenekler olarak görselleştirilebilir. Herhangi bir sistemde, artık adsorpsiyon zamanla yavaş yavaş artar ve bu da çalışma kapasitesinde kademeli bir düşüşe neden olur. Yıllık kapasitede birkaç puanlık bir azalma beklenmelidir. İyi-tasarlanmış VRU'lar, bu düşüşü telafi etmek için bir başlangıç ​​güvenlik marjına sahiptir. Sağlam bir VRU bakım programının bir parçası olarak, optimum karbon değiştirme süresini önceden belirlemek için karbon örnekleri de periyodik olarak çıkarılmalı ve analiz edilmelidir.

 

Parametre	Hedef Gereksinimi	Optimum Seçim
Karbon Yatağı Akış Dağılımı	Düzgün akış dağıtımı, VRU'nun en uzun hizmet ömrünü, en düşük basınç düşüşünü ve maksimum genel kapasitesini sağlar.	4 mm çapında peletlenmiş karbon
Toz	Düşük başlangıç ​​toz içeriği	Derinlemesine temizliğe ve sık toplu numune alma testlerine tabi tutulan karbon
Mekanik Dayanım	Sert, yüksek-sertlikteki karbon, toz halinde parçalanmaya ve bozulmaya karşı direnç göstererek uzun hizmet ömrü sağlar	Tanımlanmış sertlik/aşınma indeksine sahip mineral-bazlı, yüksek-kaliteli karbon
Çalışma Kapasitesi	VRU'nun uzun vadeli iyi{0}}verimliliğini sağlamaya yetecek kadar yüksek, ancak aşırı yüksek değil (bu, termal kaçak riskini artırdığı için)	Tam uzun vadeli-çalışma kapasitesi kayıtlarına sahip mineral-bazlı karbon
Yoğunluk	Karbon miktarı her zaman ağırlığa göre belirtilir, ancak önemli yoğunluk değişiklikleri, karbon kutusu boyutlarının hesaplanmasında bunu önemli bir faktör haline getirir	Çalışma kapasitesi yoğunlukla ilişkilendirilmelidir; Her partinin kuru kütle yoğunluğu doğrulanmalıdır
Düşük Basınç Düşüşü	Kolayca yoğun kümeler halinde toplanmayan karbon	4 mm çapında peletlenmiş karbon
Güvenlik/Kendiliğinden Tutuşma Sıcaklığı	Daha yüksek kendiliğinden tutuşma sıcaklığı, karbon yatağındaki termal kaçaklara karşı daha büyük bir güvenlik marjı sağlar.	Mineral-based carbon with documented autoignition temperature >450 derece
	Yoğun kümelerin sıcak noktalar oluşturma olasılığı daha yüksektir	Granüler karbon yerine peletlenmiş karbon tercih edilir

 

Buhar Geri Kazanım Üniteleri için Optimum Aktif Karbonun Seçilmesi

Buhar Geri Kazanım Üniteleri (VRU'lar) için ideal aktif karbonu seçerken en kritik kriterler şunları içerir:

Karbon Yatak Taşması

Aktif karbonun sıvı emiciye batırılması geri dönüşü olmayan hasara neden olur. Buhar girişine ve emme kulesine uygun yüksek-seviyeli algılama cihazları kurularak bu durum önlenmelidir.

Karbon Yatağı İçine Aerosol Girişi

Emme kulesinin bir buğu giderici ile donatılması ve vakum pompası ile emme kulesindeki akış hızlarının, aerosolün karbon yatağına sürüklenmesini önleyecek şekilde kontrol edilmesi kritik öneme sahiptir-bu, aktif karbonda geri dönüşü olmayan bir hasara neden olacaktır.