증기 회수에 활성탄 응용

수십 년 동안 탄화수소 증기 회수는 연료 적재 작업에서 없어서는 안 될 과정이었습니다. 1990년대 -증기 회수 장치(VRU)의 대규모 설치 이후 활성탄 흡착에 이어 진공 재생을 기반으로 하는 기술이 대두되었습니다.최적가용기술(BAT)대부분의 애플리케이션에 사용됩니다. 전 세계적으로 새로 건설된 VRU의 95% 이상이 이 프로세스를 채택하는 것으로 추정됩니다. 적절하게 설계되면 진공-재생 활성탄 시스템은 최소한의 유지 관리 요구 사항으로도 높은 효율성, 비용{4}}효율성, 안전성 및 최고의 신뢰성-을 자랑합니다.

 

 

프로세스 설명

VRU에서 처리할 증기는 공기와 휘발성 유기 화합물(VOC)의 혼합물이며, 일반적으로 다음을 포함합니다.부피 기준 VOC 20-50%. VOC 분자는 휘발유, 원유 또는 유사한 제품을 적재하는 동안 증발되는 가벼운 화합물로 구성됩니다. 증기는 수백만 개의 기공으로 구성된 거대한 표면적을 특징으로 하는 활성탄층을 통과합니다. 활성탄은 다음과 같이 시각화될 수 있습니다."분자 스펀지", 여기서 VOC 성분은 다음과 같이 알려진 약한 분자간 힘을 통해 기공 벽에 부착됩니다.반 데르 발스 힘. 이 흡착 과정에서 활성탄이나 VOC 분자에 화학적 변화가 발생하지 않습니다. 활성탄의 높은 흡착 능력 덕분에 VRU에서 배출되는 탄화수소를 극히 낮은 수준으로 줄일 수 있습니다.

 

VRU는 다음과 같이 작동하는 두 개 이상의 활성탄 침대로 구성됩니다.흡착/재생 순환 모드, 각 주기는 일반적으로 10~15분 동안 지속됩니다. 재생 단계에서 진공 펌프는 탄소층 내부의 압력을 감소시켜40-80밀리바. 이러한 낮은 압력은 평형을 이동시켜 VOC와 활성탄 사이의 약한 힘을 방해하고 VOC 분자가 고농도 가스 흐름으로 진공 펌프를 통해 탄소층에서 빠져나가도록 합니다(부피 기준 VOC 95% 및 공기 5%). 가스 흐름은 다음을 통해 역류로 흐릅니다.흡수탑흡수제(보통 신선한 휘발유)와 접촉하게 되는 곳에서 VOC 성분은 새로운 흡수제에 흡수됩니다. 여전히 미량의 VOC로 포화된 흡수탑에서 배출되는 공기는 흡착 탄소층으로 유입되는 유입 VOC{1}}함유 공급 가스와 혼합되어 재활용됩니다. 이것은 다음과 같은 작은 내부 루프를 생성합니다.배출 제로.

활성탄

일반적으로 사용되는 원료는 Yuanli GRP 및 HEM 시리즈입니다. 이러한 활성탄은 흡착능력이 뛰어나며, 과도한 먼지 발생을 방지하기 위해서는 기계적 강도가 확보되어야 합니다.

 

원자재는 이미 어느 정도의 다공성과 그램당 10~15제곱미터의 비표면적을 갖고 있습니다. 그러나 활성화 과정에서는-일반적으로 800도에서 1,100도 사이의 온도 범위에서 산화 증기 분위기에서 수행됩니다. -비표면적은 그램당 1,500제곱미터 이상으로 증가합니다.

 

활성탄의 미세다공성 구조는 흡착을 위한 효과적인 수단을 제공하는 반면, 메조기공과 거대기공은 분자 수송 채널에 중요합니다. 따라서 활성탄은 고도로 발달된 내부 표면적을 가질 뿐만 아니라 이 표면에 접근할 수 있는 다양한 직경의 기공 네트워크를 특징으로 하는 것이 필수적입니다.

 

형태 – 과립형인가, 아니면 펠렛형인가?

활성탄은 과립 형태 또는 압출된 펠릿 형태로 제공됩니다. 입상 활성탄은 일반적으로 가장 비용 효율적인 옵션이지만{1}}뭉쳐서 조밀한 구역을 형성하는 경향이 있습니다. 이러한 구역은 탄소 베드 내에 더 높은 압력 강하와 데드 스페이스를 생성하여 가스가 우선적으로 높은 투과성 경로를 통해 흐르는 채널링으로 이어집니다.- 전체 탄소층에 걸쳐 고르지 않은 흡착 및 재생은 VRU(증기 회수 장치)의 전반적인 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.

 

펠렛화 활성탄은 활성탄 분말을 바인더와 혼합하고 혼합물을 원통형으로 압출하여 생산됩니다. 이는 패킹 및 데드존 형성 가능성이 적기 때문에 VRU에 대한 탁월한 선택으로 널리 알려져 있습니다. VRU 응용 분야에서 펠릿화된 활성탄의 직경은 일반적으로 4mm입니다. 중요한 점은 직경이 다른 활성탄을 혼합해서는 안 된다는 것입니다. 이렇게 하면 패킹이 더 단단해지고 탄소 베드 전체에 걸쳐 압력 강하가 더 높아질 수 있습니다.

 

용량 및 잔류 흡착

흡착능력이란 활성탄 단위질량당 추가적으로 흡착할 수 있는 휘발성유기화합물(VOCs)의 질량을 말합니다. 신선한 활성탄의 용량은 일반적으로 중량 기준으로 30%입니다. 즉, 1kg의 탄소는 완전 포화에 도달하기 전에 0.3kg의 VOC를 흡수할 수 있습니다. 탄소를 원래 용량으로 완전히 복원하려면 1000도의 증기를 사용한 재활성화가 필요합니다. 그러나 이 과정은 상당한 탄소 감소를 야기하며, 탄소의 상당 부분이 먼지로 손실됩니다. 순환 시스템에서의 비실용성을 고려하여 보다 온화한 진공 재생 방법이 대신 사용됩니다. 진공 재생을 통해{9}}광물 기반 활성탄의 장기 용량('작업 용량'이라고도 함)은 일반적으로 약 8%입니다. 신선 용량과 작업 용량의 차이를 "잔류 흡착"이라고 합니다.

 

흡착열

흡착 과정은 발열입니다. 탄소층의 정상적인 순환 작동 중에 방출되는 열은 주변 온도보다 약 10~20도 정도 온도를 높입니다. 케톤 및 알데히드와 같은 일부 탄화수소는 반응성이 더 높으며 탄소층 내에서 더 높은 온도 상승을 일으킬 수 있습니다. 특정 유형의 활성탄-특히 나무와 코코넛 껍질에서 추출된 활성탄-은 "열폭주" 또는 "핫스팟"에 더 취약합니다. 이로 인해 VRU를 차단하고 불활성 가스로 퍼지한 후 면밀한 감독 하에 냉각해야 합니다. 신선한 활성탄이 증기에 처음 노출되면 높은 반응성을 나타내며 상당한 열을 발생시킵니다. 카본 베드 내부 온도는 약 100도까지 올라갈 수 있으므로 VRU의 새 카본 시운전("사전 로딩"이라고도 함)은 숙련된 전문가가 수행해야 합니다.

 

주요 관심사: 먼지 방지

먼지는 압력 강하 손실을 초래하고, 표면 기공을 막아 흡착 능력을 감소시키며, 진공 펌프 및 흡수 펌프의 과도한 마모를 일으키고, 필터를 막고, 휘발유 저장 탱크에 쌓이기 때문에 피해야 할 중요한 문제입니다.

각 활성탄 배치는 먼지 함량, 건조도, 밀도, 입자 크기, 경도 및 작업 용량을 포함하여 VRU 작동에 중요한 매개변수에 대해 테스트를 거쳐야 합니다.

 

활성탄에 대한 최적의 작동 조건 보장

적절하게 설계된 VRU에서 활성탄의 사용 수명은 일반적으로 10~20년입니다. 그러나 VRU 설계가 카본에 대한 유리한 작동 조건을 보장하지 못하면 수명이 4~5년 정도로 단축될 수 있습니다.

 

카본 베드 내부의 움직임

VRU에서 압력은 시간당 최소 4회 대기압과 심층 진공 사이를 순환합니다. 각 재생 사이클이 시작될 때 진공 펌프는 최대 용량으로 작동하여 압력을 탈착 임계값으로 낮춥니다. 재생이 완료된 후 탄소층을 다음 흡착 사이클을 위한 준비 상태로 되돌리려면 압력을 신속하게 균등화해야 합니다. 카본 베드가 단단히 고정되어 있지 않으면 이러한 지속적인 당기고 미는 힘으로 인해 카본 입자가 서로 마찰되어 마모되어 먼지가 됩니다. 분명히, 강도가 낮은-탄소는 더 빨리 마모되고, 입상 탄소는 덩어리로 더 촘촘하게 쌓입니다. 단단한 광물- 기반의 펠릿화된 탄소라도 시간이 지남에 따라 점차 마모되어 먼지를 생성합니다. 탄소 이동을 방지하는 것 외에도 잘 설계된 VRU는-탄소 베드에 작용하는 힘(진공 및 압력 균등화)을 제어하고 최소화해야 합니다.

일반적으로 분진 발생으로 인한 탄소 대량 손실은 활성탄의 사용 수명에 영향을 미치는 가장 중요한 단일 요소이며{0}}이는 적절한 VRU 설계를 통해 거의 완전히 방지할 수 있습니다.

 

장기-기간 잔류 흡착

앞서 언급한 바와 같이 잔류 흡착이란 초기 흡착 용량 중 진공 재생을 통해 회복할 수 없는 부분을 의미합니다. 이는 진공으로 제거할 수 없는 VOC 분자가 영구적으로 차지하는 기공으로 시각화할 수 있습니다. 어떤 시스템에서든 잔류 흡착은 시간이 지남에 따라 천천히 증가하여 작업 능력이 점진적으로 감소합니다. 연간 몇 퍼센트 포인트의 용량 감소가 예상됩니다. 잘 설계된 VRU는 이러한 감소를 보상하기 위해 초기 안전 마진을 포함합니다. 건전한 VRU 유지 관리 프로그램의 일환으로 탄소 샘플을 주기적으로 추출하고 분석하여 최적의 탄소 교체 시기를 미리 결정해야 합니다.

 

매개변수	목표 요구사항	최적의 선택
탄소층 흐름 분포	균일한 흐름 분포는 VRU의 가장 긴 서비스 수명, 가장 낮은 압력 강하 및 최대 전체 용량을 제공합니다.	직경 4mm의 펠렛화된 탄소
먼지	낮은 초기 먼지 함량	딥 클리닝과 빈번한 배치 샘플링 테스트를 거친 카본
기계적 강도	견고한 고{0}}경도 탄소는 먼지로의 파편화 및 성능 저하를 방지하여 긴 사용 수명을 보장합니다.	경도/마모 지수가 정의된 광물{0}}기반 고품질-탄소
작업 능력	VRU의 장기적 효율성을 보장할 만큼 충분히 높지만-너무 높지는 않습니다(열폭주 위험이 증가하므로).	완전한 장기 작업 능력 기록을 갖춘 미네랄-기반 탄소-
밀도	탄소 양은 항상 중량으로 지정되지만 상당한 밀도 변화로 인해 탄소 용기 치수를 계산할 때 이것이 핵심 요소가 됩니다.	작업 능력은 밀도와 상관관계가 있어야 합니다. 각 배치의 건조 부피 밀도를 확인해야 합니다.
낮은 압력 강하	촘촘한 덩어리로 쉽게 뭉쳐지지 않는 탄소	직경 4mm의 펠렛화된 탄소
안전/자연발화 온도	자동 점화 온도가 높을수록 탄소층의 열 폭주에 대한 안전 여유가 더 커집니다.	Mineral-based carbon with documented autoignition temperature >450도
	빽빽한 덩어리는 핫스팟을 형성할 가능성이 더 높습니다.	과립형 탄소보다 펠렛화된 탄소가 선호됩니다.

 

증기 회수 장치를 위한 최적의 활성탄 선택

VRU(증기 회수 장치)에 이상적인 활성탄을 선택할 때 가장 중요한 기준은 다음과 같습니다.

탄소층 홍수

활성탄을 액체 흡수제에 담그면 회복할 수 없는 손상이 발생합니다. 이는 증기 입구와 흡수탑에 적절한 높은-수위 감지 장치를 설치하여 방지해야 합니다.

탄소층에 에어로졸 동반

흡수탑에는 미스트 제거기가 장착되어 있고 진공 펌프와 흡수탑을 통과하는 유속을 제어하여 에어로졸이 탄소층으로 유입되는 것을 방지하는 것이 중요합니다.{0}}이렇게 하면 활성탄에 돌이킬 수 없는 손상이 발생하게 됩니다.