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      精制無煙煤濾料
       
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      無煙煤濾料的基本吸附技術原理

      • 吸附分離操作是通過多孔固體物料與某一混合組分體系接觸,有選擇地使體系中的一種或多種組分附著于固體表面,從而實現特定組分分離的操作過程。其中被吸附到固體表面的組分成為吸附質,吸附吸附質的多孔固體稱為吸附劑。無煙煤濾料吸附質附著到吸附荊表面的過程稱為吸附,而吸附質從吸附劑表面逃逸到另一相中的過程成為解吸。通過解吸,吸附劑的吸附能力得到恢復,故解吸也稱為無煙煤濾料吸附劑的再生。作為被分離對象的體系可以是氣相,也可以是液相,因此吸附過程是發生在“氣一固”或“液一固”休系的非均相界面上。
      • 無煙煤濾料吸附技術的基本概念吸附分離操作的分類
        ①按作用力性質分類根據吸附劑和吸附質之間作用力性質的不同,吸附過程可以分為物理吸附和化學吸附。物理吸附時由于吸附質分子與吸附劑表面分子間存在的范德華力所引起的,當吸附劑表面分子與吸附質分子間的引力大于流體相內部分子間的引力時,吸附質分子就被吸附在固體表面上,這種吸附也成為范德華吸附;瘜W吸附又稱活性吸附,它是由于吸附劑和吸附質之間發生化學反應而引起的,化學吸附的強弱取決于兩種分子之間化學鍵力的大小。吸附過程是放熱過程,由于通;瘜W鍵力大大超過范德華力,所以化學吸附的吸附熱比物理吸附的吸附熱大得多,物理吸附的吸附熱在數值上與吸附質的冷凝熱相當,而化學吸附的吸附熱在數值上相當于化學反應熱。
        ②按吸附荊再生方法分類吸附過程還可以根據吸附劑的再生方法分為變溫吸附(temperature swing adsorption, TSA)和變壓吸附(pressure swing adsorption. PSA).在TSA循環中,吸附劑主要靠加熱法得到再生。一般加熱時借助預熱清洗氣體來實現,每個加熱一冷卻循環通常需要數小時乃至數十小時。因此,'TSA幾乎專門用于處理量較小的物料的分離。PSA循環過程是通過改變系統的壓力來實現的。系統加壓時,吸附質被吸附劑吸附,系統降低壓力,則吸附劑發生解吸,再通過惰性氣體的清洗.吸附劑得到再生。由于壓力的改變可以在極短時間內完成,所以PSA循環過程通常只需要數分鐘乃泵數秒鐘。PAS循環過程被廣泛用于大通量氣體混合物的分離。
        ③按原料組成分類分離過程也可以根據吸附質組分的濃度分為大吸附量分離和雜質去除。兩者之間并沒有明確的分界線,通常當被吸附組分的質最分數超過10%時,成為大吸附最分離,當被吸附組分的質量分數低于10%時,稱為雜質去除。
        ④按分離機理分類吸附分離是借助三種機理之間來實現的.即位阻效應、動力學效應和平衡效應。位阻效應是由沸石的分子篩分性質產生的。當流體通過吸附劑時,只有足夠小且形狀適當的分子才能擴散進入吸附劑微孔,而其他分子則被Ni擋在外。動力學分離是借助不同分子的擴散速率之差來實現的。大部分吸附過程都是通過流體的平衡吸附來完成的,故稱之為平衡分離過程。
      • 無煙煤濾料吸附劑
        工業上常采用天然礦物,如硅藻土、白土、天然沸石等作為吸附劑,級然其吸附能力較弱.選擇吸附分離能力較差。但價廉易得,主要用于產品的簡易加工硅藻土在80-110°的溫度下,經硫酸處理活化后得到活性白土,在煉袖工業上作為脫色、脫硫劑應用。此外,常用的吸附劑還有活性炭、硅膠、活性氧化鋁、沸石分子篩、炭分子篩、活性炭纖維、金屬吸附劑和各種專用吸附劑等。
        ①常用吸附劑的主要特性:一般而言,任何固體物質的表面都對流體分子具有一定的物理吸附作用,但作為工業應用的吸附劑應具有以下特性.
        1. 吸附容量大。由于吸附過程發牛在吸附劑表面,所以吸附容量取決于吸附劑表面積的大小.吸附表而積包括吸附劑的內表面積和外表面積,通常吸附劑的總表面積主要由顆?障秲缺砻娣e提供,外表面積只占總表面積的極小部分。吸附劑的總表面積與顆粒微孔的尺寸、數材以及排列有關,一般孔徑為20--100A,比表面積可達數百至數千平方米每克。
        2. 選擇性強。為r實現對目的組分的分離,吸附劑對要分離的日的組分應有較大的選擇性,吸附劉的選擇性越高,一次吸附操作的分離就越完全.因此,對于不同的混合體系應選擇適合的吸附劑。例如,活性炭對so2和NH3的吸附能力遠遠人于空氣,通常被用來分離空氣中的S02和NH3,達到凈化空氣的目的。吸附劑對吸附質的吸附能力隨吸附質沸點的升高而增大,當吸附劑與流體混合物接觸時,首先吸附高沸點的組分。
        3. 穩定性好。吸附劑應具有較好的熱穩定性,在較高溫度下解吸再生其結構不會發生太大的變化。間時,還應具有耐酸耐堿的良好化學穩定性。
        4. 適當的物理特性。吸附劑應具有良好的流動性和適當的堆積密度,對流體的阻力較
          小。另外,還應具備一定的機械強度,以防在運輸和操作過程中發生過多的破碎,造成設備堵塞或組分污染。吸附劑破碎還是造成吸附劑損失的直接原因。
        5. 價廉易得。工業七常用的吸附劑的種類、性質及用途見表4.1。

        ②幾種常用的吸附劑目前常用的吸附劑主要有活性炭、活性炭纖維、炭分子無煙煤濾料、硅膠、活性氧化鋁、沸石分子篩等。

        1. 活性炭:果殼活性炭是由煤或木質原料加工得到的產品,通常一切含碳的物料,如煤、重油、木材、果核、桔稈等都可以加工成黑炭,經活化后制成活性炭。常用的活性炭活化方法有藥劑活化法和水蒸氣活化法兩種。前者是將含碳原材料炭化后,用氯化鋅、硫化鉀和磷酸等藥劑進一步活化。目前多采用將氯化鋅直接與原材料混合,同時進行炭化和活化的方法。這種方法主要用于制粉炭.后者是將炭化和活化分別進行,即將干燥的物料經破碎、混合、成型后,送入炭化爐內,在200-600℃下炭化以去除大部分揮發性物質,炭化溫度取決于原料的水分及揮發性物質含量。然后在800--1000℃下部分氣化形成孔道結構高度發達的活性炭。氣化過程中使用的氣體除了水蒸氣外,還可以使用空氣、煙道氣或CO2。果殼活性炭具有大比表面積的特征,其值可達數百甚至上千平方米每克,居各種吸附劑之首;钚蕴烤哂蟹菢O性表面,屬疏水和親有機物的吸附劑;钚蕴康奶攸c是吸附容量大,熱穩定性高、化學穩定性好,解吸容易。
        2. 活性炭纖維:活性炭纖維是將活性炭編織成各種織物的一種吸附劑形式。由于其對流體的阻力較小,因此其裝置更加緊湊;钚蕴坷w維的吸附能力比一般活性炭要高1--10倍,對惡臭的脫除最為有效,特別是對丁硫醇的吸附量比顆;钚蕴扛叱鰝虮。在廢水處理中,活性炭纖維也比顆;钚蕴咳コ廴疚锏哪芰;钚蕴坷w維分為兩種:一種是將超細活性炭微粒加入增稠劑后與纖維混紡制成單絲,或用熱熔法將活性炭吸附于有機纖維或玻璃纖維匕,也可以與紙漿混鉆成活性炭紙;另一種是以人造絲或合成纖維為原料,與制備活性炭一樣經過炭化和活化兩個階段,加T成具有一定比表面積和一定孔分布結構的活性炭纖維。
        3. 無煙煤濾料分子篩:炭分子篩類似沸石分子篩具有接近分子大小的超微孔,由于孔徑分布均一,無煙煤濾料在吸附過程中起到分子篩的作用,故稱之為炭分子篩,但其孔隙形狀與沸石分子篩完全不同。無煙煤濾料炭分子篩與活性炭同樣由微晶炭構成碑具有表面疏水的特性,耐酸堿性、耐熱性和化學穩定性較好,但不耐燃燒。
          由于活性炭的孔徑分布較廣,故對同系化合物或有機異構體的選擇系數較低,選擇分離能力較弱。而經過嚴格加工的炭分子篩孔徑分布較窄,孔徑大小均一,能選擇性地讓尺寸小于孔徑的分子進入微孔,而尺寸大于孔徑的分子則被阻隔在微孔外,從而起到篩選分子的作用。炭分子篩的制備方法有熱分解法、熱收縮法、氣體活化法、蒸汽吸附法等。許多組分在炭分子篩L的平衡吸附常數接近,但在常溫下的擴散系數差別較大,如氧和氮的擴散系數相差2--3倍,乙烷和乙烯的擴散系數相差3倍,丙烷與丙烯的擴散系數相差5倍。在這種情況下炭分子篩可以利用不同組分擴散系數的差別完成分離.在氧和氮分離過程中,當微孔孔徑控制在0.3-0.4nm時,氧在孔隙中的擴散速度比氮快,因而在短期內主要吸附氧,氮則從床層中流出。相反,采用沸石分子篩作為吸附劑時,由于其表面靜電場與氮分子的四極矩之間的較強作用對氮產生強吸附,氮的吸附量比氧多,氧從床層中通過。
        4. 硅膠。硅膠是一種堅硬無定形鏈狀或網狀結構的硅酸聚合物顆粒,由水玻璃溶液加酸得到的凝膠經老化、水洗、千燥后制成,屬親水性的極性吸附劑。硅膠的化學式為Si02·nH20。與活性炭相比,硅膠的孔徑分布單一且窄小,其孔徑約為數十埃。由于硅膠表面羥基產生一定的極性,使硅膠對極性分子和非飽和烴具有明顯的選擇性。硅膠作為極性吸附劑能吸附大量的水分,當其吸附氣體中的水分時.可達自身重量的50%,因此常被用于高濕度氣體的下燥。硅膠吸附水分時的放熱覺很大,可使自身溫度高達100℃,并伴隨顆粒破碎。而活性炭的吸附熱較小,吸濕后僅升溫10--20℃左右。硅膠除作為催化劉載體外,主要用于各種氣體的干燥脫水。
        5. 活性氧化鋁:活性氧化鋁是由含水氧化鋁加熱脫水制成的種極性吸附劑;钚匝趸X與硅膠不同,不僅含有無定形凝膠,還含有氫氧化物晶體形成的剛性骨架結構。話性氧化鋁無毒、堅硬,對多數氣體和蒸汽穩定,在水或液體中浸泡不會軟化、膨脹或破碎,具有良好的機械強度;钚匝趸X的比表面積約為200--3002/g,對水分有極張的吸附能力,主要用于氣體和掖休的干燥、石油氣的濃縮與脫硫。同時也是常用的催化劑載體。
        6. 沸石:沸石分子篩是硅鋁四面體形成的三維硅錯酸鹽金屬結構的晶體,是一種具有均一孔徑的強極性吸附劑。每一種沸石分子篩郁具有相對均一的孔徑,其大小隨分子篩種類的不同而異,大致相當于分子的大小。天然沸石的種類很多,但并非所有的天然沸石都具有工業價值。天然沸石雖然具有種類多、分布廣、儲量大、價格低廉等優點,但由于天然沸石雜質多、純度低,在許多性能上不如合成沸石,所以人工合成沸石在工業生產中占有相當重要的地位。目前人工合成的沸石分廠篩已有100多種,工業上最常用的合成分子篩有A型、X型、Y型、L型、絲光沸石和ZSM系列沸石。
          沸石分子篩的吸附特性、孔徑大小以及物化性質均隨硅鋁比的變化而改變。按硅鋁比的大小沸石分子篩可以分為低硅鋁比沸石(硅鋁比約為1-1.5)、中硅鋁比沸石(硅鋁比約為2-5)、高硅沸石(硅鋁比約為10--100)和硅分子篩。沸石分子篩的極性隨著硅鋁比的增加而逐漸減弱。低硅鋁比的沸石能對氣體或液體進行脫水和深度干燥,而且在較高的溫度和相對濕度下仍具有較強的吸附能力。此外,隨著硅鋁比的增加,沸石分子篩的“酸性”提高,陽離子含最減少,熱穩定性從低于700℃升高至約1300℃,表面選擇性從親水變為憎水,抗酸性能提高,按照A型<X型<Y型<L型<絲光沸石的次序增強,在堿性介質中的穩定性則相應降低。如果恁覺的此文不錯、或對您有價值不要忘記分享至您的微博。
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