Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Адсорбционная очистка газов активированным углём — массообменный процесс, при котором вредные компоненты газовой фазы (пары летучих органических соединений, дурнопахнущие вещества, отдельные неорганические примеси) поглощаются поверхностью твёрдого пористого сорбента. Метод применяется в системах вентиляции производственных помещений, окрасочных и сушильных камер, лабораторных вытяжных шкафов, в установках газоочистки химических, гальванических и нефтехимических производств. Эффективность процесса определяется маркой активированного угля, его сорбционной ёмкостью, временем защитного действия слоя, режимом регенерации или своевременной заменой адсорбента. Ниже разобраны физический принцип адсорбции, классификация пор и марок углей по действующим ГОСТ, что улавливают разные марки, понятия динамической ёмкости и проскока, способы регенерации и типовые области применения.
Адсорбция — самопроизвольное концентрирование вещества из газовой или жидкой фазы на поверхности твёрдого тела (адсорбента). В адсорбционной очистке газов поглощаемое вещество называется адсорбатом, поглощающее — адсорбентом, а движущая сила процесса связана с разностью концентраций целевого компонента в газовом потоке и в равновесном состоянии с поверхностью сорбента.
По природе сил, удерживающих молекулы на поверхности, различают два вида адсорбции:
В адсорбционной очистке газов активированным углём основным механизмом является физическая адсорбция. Хемосорбция используется для специальных целей — например, при улавливании сероводорода, хлора, оксидов азота, паров ртути на специально импрегнированных углях.
Эффективность адсорбционной очистки выше при низких температурах и высоких концентрациях поглощаемого компонента; с ростом температуры и снижением парциального давления адсорбата ёмкость угля уменьшается.
Активированный уголь — углеродный материал с высокоразвитой пористой структурой; на 87–97 % по массе состоит из углерода, содержит также водород, кислород и зольные компоненты. Зольность товарных углей составляет от 1 до 15 %, у обеззоленных марок — до 0,1–0,2 %. Получают активацией углеродных материалов (древесного угля, каменноугольного полукокса, скорлупы кокосового ореха и других) перегретым водяным паром или химическими реагентами.
По классификации Дубинина, принятой в отечественной школе физической химии, поры в активированном угле различают по линейным размерам (полуширина для щелевидной модели или радиус для цилиндрической):
Основная адсорбционная ёмкость угля приходится на микропоры — именно их объём в значительной мере определяет сорбционные свойства марки. Удельная поверхность некоторых активированных углей достигает значений порядка тысячи квадратных метров на грамм, при том что у одних только мезопор она составляет от 20 до 70 м²/г.
В отечественной практике для газоочистки применяют углей нескольких базовых марок, регламентированных действующими стандартами.
Уголь активный древесный дроблёный. Согласно тексту стандарта, изготавливается из древесного угля марки А (по ГОСТ 7657, как правило, на берёзовой основе) обработкой перегретым водяным паром при температуре выше 800 °C с предварительным или последующим дроблением. Имеет сильно развитую общую пористость, широкий диапазон пор и высокую удельную адсорбционную поверхность (по данным производителей — порядка 700–800 м²/г). По формулировке самого стандарта, активный древесный дроблёный уголь предназначается для адсорбции из жидких сред и других целей; для газоочистки применяется в задачах с относительно низкими концентрациями целевых веществ.
Уголь активный, изготовляемый из пыли каменноугольного полукокса, каменного угля и смолы методом грануляции с последующей парогазовой активацией. Представляет собой гранулы от тёмно-серого до чёрного цвета. Предназначается для адсорбции из газообразных и жидких сред, в том числе для очистки питьевой воды. По физико-химическим показателям соответствует требованиям ГОСТ 20464-75.
Уголь активный рекуперационный, изготовляемый из каменноугольной пыли и связующих веществ грануляцией и последующей парогазовой активацией. Предназначается для улавливания паров органических летучих растворителей с возвратом их в производство (рекуперацией). По ГОСТ 8703-74 различают три марки в зависимости от температуры кипения улавливаемого растворителя:
Помимо перечисленных марок, в отрасли применяют целый ряд углей других назначений (осветляющих, медицинских, импрегнированных), однако их рассмотрение выходит за рамки задачи газоочистки.
Сорбционные характеристики разных марок угля методически определяются по ГОСТ 33622-2015 «Уголь активированный. Стандартный метод определения сорбционных характеристик абсорбентов» и сопутствующим стандартам. При выборе марки руководствуются паспортными данными производителя и протоколами испытаний.
Активированный уголь эффективно поглощает широкий класс летучих органических соединений (ЛОС, VOC) и значительную часть веществ, формирующих неприятные запахи. В первую очередь это органические вещества с массой больше воды и относительно низкой полярностью.
Высокая относительная влажность газа резко снижает эффективность адсорбции органических паров. При повышенной влажности на входе в адсорбер предусматривают осушку газового потока или применяют гидрофобные марки угля; конкретный пороговый уровень определяется характеристиками сорбента, типом адсорбата и условиями процесса.
Различают два понятия сорбционной ёмкости:
Проскок (breakthrough) — момент, в который концентрация улавливаемого вещества на выходе из адсорбера достигает заданного предельного значения. Это значение определяется требованиями к остаточному содержанию в очищенном газе (часто — на уровне ПДК рабочей зоны или ПДК атмосферного воздуха населённых мест).
Время защитного действия слоя — время с начала работы свежего слоя угля до момента проскока. Это ключевой эксплуатационный параметр, определяющий межрегенерационный (межзаменный) интервал.
Графически процесс описывается кривой проскока: до определённого момента концентрация на выходе близка к нулю (свежие слои угля поглощают весь адсорбат), затем фронт адсорбции достигает выходной поверхности и концентрация на выходе нарастает.
Отработавший адсорбент либо подвергают регенерации (восстановлению сорбционных свойств), либо заменяют свежим. Выбор зависит от типа улавливаемого вещества, экономики процесса и наличия инфраструктуры для регенерации.
Основной способ регенерации в системах рекуперации растворителей. Через слой отработавшего угля пропускают перегретый водяной пар, который десорбирует уловленные органические вещества; затем смесь конденсируют и разделяют на воду и регенерированный растворитель. Температура пара зависит от свойств улавливаемого вещества: для большинства лёгких ЛОС достаточно умеренного температурного диапазона (порядка 110–160 °C), для тяжёлых компонентов и более глубокой регенерации применяют пар с более высокими параметрами.
Применяется в системах, где недопустим контакт улавливаемого вещества с водой или где собранный продукт должен оставаться сухим. Через слой пропускают нагретый азот или другой инертный газ; десорбированный компонент улавливается на последующих стадиях.
При насыщении угля высокомолекулярными или термостойкими соединениями паровая регенерация не возвращает первоначальную ёмкость. Тогда применяют реактивацию при существенно более высоких температурах (порядка 700–850 °C) в бескислородной атмосфере с водяным паром. Это уже самостоятельный технологический процесс, который проводят на специализированных установках; потери массы угля при глубокой реактивации составляют единицы — десятки процентов.
В системах малой и средней мощности (фильтры в вытяжных шкафах, поглотители запахов, отдельные блоки вентиляции) экономически целесообразна не регенерация на месте, а периодическая замена отработавшего слоя на свежий. Отработавший уголь утилизируется в установленном порядке: при насыщении опасными веществами он сам становится отходом соответствующего класса опасности.
Отработавший активированный уголь, насыщенный летучими органическими веществами, способен к самонагреванию и возгоранию при контакте с кислородом воздуха, особенно если в адсорбате присутствуют легкоокисляющиеся соединения. Снятый из аппарата уголь до утилизации хранят в герметичной таре, исключая контакт с воздухом и источниками тепла.
Для каждой задачи характерен свой типовой ряд температур, концентраций, влажности и расходов газа, по которым ведётся технологический расчёт адсорбера: расчёт объёма слоя, высоты слоя, гидравлического сопротивления и времени защитного действия.
Газовый поток с целевым загрязнителем пропускают через слой активированного угля. Молекулы загрязнителя задерживаются в порах сорбента за счёт сил Ван-дер-Ваальса (физическая адсорбция). На выходе получается очищенный газ; концентрация загрязнителя на выходе остаётся низкой до момента проскока — насыщения слоя. После проскока уголь либо регенерируют, либо заменяют на свежий.
Базовые марки по ГОСТ: БАУ-А (древесный дроблёный, ГОСТ 6217-74) — широкий круг задач, включая очистку жидкостей и воздуха при низких концентрациях; АГ-3 (гранулированный из каменноугольного полукокса, ГОСТ 20464-75) — адсорбция из газообразных и жидких сред, в том числе очистка питьевой воды; рекуперационные АР-А, АР-Б, АР-В (ГОСТ 8703-74) — улавливание паров растворителей с возвратом в производство: АР-А для растворителей с температурой кипения выше 100 °C, АР-Б — 60–100 °C, АР-В — ниже 60 °C.
Проскок — момент, когда концентрация загрязнителя на выходе из адсорбера превысит установленный порог (как правило — ПДК или иной критерий очистки). Время защитного действия — интервал с начала работы свежего слоя угля до проскока. Это ключевой эксплуатационный параметр: эксплуатация дольше времени защитного действия эквивалентна выбросу неочищенного газа.
Статическая (равновесная) ёмкость — максимум, который может поглотить уголь при заданных температуре и парциальном давлении адсорбата, определяется по изотермам адсорбции. Динамическая ёмкость — количество, фактически уловленное в потоке газа до проскока. Динамическая ёмкость всегда ниже статической и зависит от скорости газа, размера гранул, высоты слоя и температуры.
В системах рекуперации растворителей основной способ — продувка слоя перегретым водяным паром с последующей конденсацией и разделением. Для случаев, когда контакт с водой нежелателен, применяют продувку нагретым инертным газом (азотом). При насыщении тяжёлыми или термостойкими соединениями применяют глубокую термическую реактивацию при высоких температурах в бескислородной среде. Для систем малой и средней мощности экономически целесообразна простая замена отработавшего угля.
Исходные данные: природа улавливаемого вещества и его температура кипения, концентрация на входе, требуемая остаточная концентрация на выходе, расход и температура газа, влажность. Для рекуперации растворителей выбор марки АР-А/Б/В определяется температурой кипения растворителя. Для общей газоочистки и систем вентиляции с низкими концентрациями применяют БАУ-А и АГ-3. Для специфических веществ (сероводород, аммиак, оксиды азота, ртуть, кислотные пары) применяют импрегнированные угли с соответствующими пропитками.
Молекулы воды (полярные, малого размера) конкурируют за адсорбционные центры с молекулами органики. При высокой относительной влажности значительная часть микропор занята водой, и динамическая ёмкость по ЛОС резко падает. Для таких условий применяют гидрофобные марки угля или предусматривают осушку газа перед адсорбером.
Сам по себе уголь — инертный твёрдый материал, но насыщенный летучими горючими соединениями, он становится пожароопасным и при контакте с воздухом склонен к самонагреванию и самовозгоранию, особенно если в адсорбате есть легкоокисляющиеся вещества. Снятый из аппарата уголь до утилизации хранят в герметичной таре, защищённой от нагрева и попадания воздуха. Класс опасности отхода определяется по составу удержанных веществ.
Обычный активированный уголь оксид углерода CO практически не адсорбирует — молекула слишком мала и слабо взаимодействует с поверхностью углерода при обычных условиях. Для защиты от CO применяют специальные катализаторы (например, гопкалит) или совершенно другие технологии очистки. Адсорбция активированным углём — это метод улавливания паров и относительно крупных молекул, а не лёгких неорганических газов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.