Адсорбционная очистка газов — одно из самых востребованных направлений промышленной газоочистки. В отличие от абсорбции, где загрязнители поглощаются жидкостью, адсорбция переводит молекулы примесей из газовой фазы на поверхность твёрдого материала. Такой подход позволяет улавливать вещества, которые плохо растворяются в воде, и достигать низких остаточных концентраций даже при невысоком содержании загрязнителей в потоке. Наибольшее распространение в промышленности получили угольные адсорберы, в которых в качестве рабочего материала используется активированный уголь и его модификации. Эти установки применяются для очистки выбросов от летучих органических соединений, растворителей, сероводорода, ароматических углеводородов и других вредных примесей. Рассмотрим, как устроены угольные адсорберы, от чего зависит их эффективность, как выполняется расчёт и какое место занимает линейка NE SORP в решении задач газоочистки.

Угольный адсорбер — это аппарат, внутри которого размещён рабочий слой на основе активированного угля или другого углеродного материала. Загрязнённый газ пропускается через этот слой, молекулы примесей закрепляются на развитой поверхности материала, а очищенный поток выходит наружу.

Активированный уголь остаётся наиболее распространённым материалом для адсорбционных аппаратов благодаря сочетанию свойств: высокой удельной поверхности, развитой пористой структуре и способности удерживать широкий спектр органических и некоторых неорганических соединений. Уголь эффективен для улавливания веществ с молекулярной массой примерно от 40 до 200 а.е.м. Помимо угля, в промышленности применяются цеолиты, силикагели, полимерные и модифицированные материалы — выбор конкретного наполнителя определяется составом выброса.

Типовые области применения угольных адсорберов:

• очистные сооружения канализации и КНС — улавливание сероводорода и меркаптанов;
• пищевые производства — удаление паров органических соединений и остаточных запахов;
• склады хранения пахнущей продукции и растворителей;
• участки нанесения покрытий, печати, склейки — улавливание паров растворителей;
• небольшие производственные участки с локальными источниками выбросов.

Адсорбция — это концентрирование молекул на поверхности твёрдого тела. Движущей силой процесса служит разница между концентрацией вещества в газовой фазе и на поверхности рабочего материала. Молекулы загрязнителя удерживаются за счёт дисперсионных, ориентационных и индукционных сил, а в некоторых случаях — за счёт химического взаимодействия с активными центрами.

Эффективность аппарата зависит от нескольких факторов.

Скорость потока. Слишком высокая скорость снижает время контакта газа с рабочим слоем и уменьшает степень улавливания. Слишком низкая скорость ведёт к неоправданному увеличению габаритов аппарата.

Температура. Адсорбция — экзотермический процесс, поэтому с ростом температуры равновесие смещается в сторону десорбции. Для угольных адсорберов оптимален умеренный температурный режим.

Влажность. Молекулы воды конкурируют с загрязнителями за активные центры. При высокой влажности эффективность улавливания органических соединений снижается, поэтому в некоторых случаях требуется предварительная осушка газа.

Состав загрязнителей. Смеси веществ с разной полярностью и молекулярной массой ведут себя по-разному. Для сложных смесей иногда подбирается комбинация материалов.

По мере накопления загрязнителей рабочий слой насыщается, и эффективность очистки падает. В этот момент проводится замена наполнителя либо его регенерация — термическая, вакуумная или паровая. Увеличенный объём загрузки в аппарате позволяет продлить срок службы до следующей замены и сократить эксплуатационные расходы.

Проектирование адсорбционной установки начинается с определения исходных параметров:

• объёмный расход газа, м³/ч;
• концентрация загрязнителей на входе, мг/м³;
• требуемая концентрация на выходе, мг/м³;
• температура и влажность потока;
• состав загрязнителей и их физико-химические свойства.

На основе этих данных рассчитывается необходимая масса наполнителя. Она зависит от динамической ёмкости материала по каждому конкретному веществу — этот параметр определяется экспериментально или берётся из справочных данных для аналогичных условий. Далее определяется площадь поперечного сечения аппарата, высота рабочего слоя и аэродинамическое сопротивление. Завершающим этапом становится подбор вентилятора, способного обеспечить требуемый расход при заданном сопротивлении системы.

Ошибки в расчёте приводят к тому, что адсорбер либо быстро насыщается, требуя частой замены наполнителя, либо имеет избыточные габариты и высокое энергопотребление. Поэтому расчёт должен выполняться специалистами, располагающими данными по сорбционным характеристикам конкретных материалов.

В линейке оборудования «НЕО Инжиниринг» адсорбционные установки представлены серией NE SORP. Это адсорбционные фильтры, предназначенные для очистки газов с невысоким содержанием газообразных примесей. Установка относится к сухим способам газоочистки и не требует применения жидкостей и образования шлама.

Конструкция и принцип работы

NE SORP монтируется под разрежением — до вытяжного вентилятора. Установка состоит из корпуса, выполненного из полипропилена, — этот материал устойчив к коррозионным компонентам выбросов. Внутри корпуса засыпаны гранулы сорбента/катализатора. Загрязнённый воздух проходит через рабочий слой, молекулы загрязнителя закрепляются на поверхности гранул, и очищенный поток выходит наружу.

Технологическая схема включает три последовательных участка: вход воздуха на очистку, блок сорбента/катализатора и выход очищенного воздуха.

Область применения и улавливаемые вещества

Газоочистные установки NE SORP применяются на очистных сооружениях, пищевых производствах, складах хранения и небольших производственных участках. В зависимости от компонентов выброса осуществляется выбор сорбента/катализатора — именно этим определяется, какие именно вещества будет улавливать конкретная модификация установки.

Установки NE SORP очищают промышленные выбросы от:

• сероводорода;
• спиртов — метанола, этанола, бутанола;
• эфиров — этилацетата, бутилацетата;
• ароматических углеводородов — бензола, ксилола, толуола.

Степень очистки и контроль эффективности

Средняя степень очистки выбросов в установках NE SORP составляет 80−90%. Контроль эффективности может выполняться с помощью индикаторных трубок, переносных газоанализаторов или с привлечением аккредитованных аналитических лабораторий.

Конструктивные особенности и соответствие требованиям

Оборудование выполняется с применением сертифицированных полностью отечественных компонентов. Производство расположено в Санкт-Петербурге. В конструкции применяется увеличенный объём сорбента/катализатора, что позволяет в разы увеличить время до его замены.

Установки NE SORP соответствуют требованиям Федерального закона РФ «Об охране атмосферного воздуха» № 96-ФЗ и изготавливаются в соответствии с патентом и техническими условиями компании. Оборудование также соответствует требованиям ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования».

К преимуществам адсорбции относятся:

• высокая степень очистки при низких концентрациях загрязнителей;
• возможность улавливания веществ, плохо растворимых в воде;
• отсутствие жидких отходов и шлама;
• компактность оборудования по сравнению с абсорбционными системами;
• возможность подбора сорбента/катализатора под конкретный состав выброса.

Ограничения метода связаны с:

• необходимостью замены или регенерации рабочего слоя;
• чувствительностью к влажности и температуре;
• ограниченной ёмкостью по высоким концентрациям загрязнителей;
• необходимостью утилизации отработанного материала.

Для потоков с высокой концентрацией загрязнителей адсорбция чаще применяется как финишная ступень, а основную нагрузку несут другие методы — абсорбция, каталитическое окисление или плазмокатализ.

Промышленные угольные адсорберы остаются востребованным инструментом в арсенале газоочистки. Они позволяют решать задачи, где требуется глубокая очистка от газообразных примесей при невысоких концентрациях, и хорошо сочетаются с другими технологиями в составе многоступенчатых систем. Установки NE SORP, разработанные «НЕО Инжиниринг», представляют собой пример современного подхода к адсорбционной очистке: сухой метод, подбор сорбента/катализатора под состав выброса, устойчивый к коррозии полипропиленовый корпус и увеличенный объём загрузки, продлевающий срок службы установки.