Aplikasi Karbon Teraktif dalam Pemulihan Wap

Selama beberapa dekad, pemulihan wap hidrokarbon telah menjadi proses yang sangat diperlukan dalam operasi pemuatan bahan api. Sejak pemasangan unit pemulihan wap (VRU) berskala besar-pada tahun 1990-an, teknologi berasaskan penjerapan karbon teraktif diikuti dengan penjanaan semula vakum telah muncul sebagaiteknologi terbaik tersedia (BAT)untuk sebahagian besar aplikasi. Dianggarkan lebih 95% daripada VRU yang baru dibina di seluruh dunia menggunakan proses ini. Apabila direka bentuk dengan betul, vakum-sistem karbon teraktif yang dijana semula mempunyai kecekapan tinggi, kos-keberkesanan, keselamatan dan kebolehpercayaan yang melampau-walaupun dengan keperluan penyelenggaraan yang minimum.

 

 

Penerangan Proses

Wap yang akan dirawat dalam VRU ialah campuran udara dan sebatian organik meruap (VOC), biasanya mengandungi20-50% VOC mengikut volum. Molekul VOC terdiri daripada sebatian lebih ringan yang disejat semasa pemuatan petrol, minyak mentah atau produk yang serupa. Wap itu melalui lapisan karbon teraktif, yang mempunyai kawasan permukaan yang sangat besar yang terdiri daripada berjuta-juta liang. Karbon teraktif boleh digambarkan sebagai a"span molekul", di mana komponen VOC melekat pada dinding liang melalui daya antara molekul yang lemah dikenali sebagaipasukan van der Waals. Tiada perubahan kimia berlaku sama ada pada karbon teraktif atau molekul VOC semasa proses penjerapan ini. Terima kasih kepada kapasiti penjerapan karbon teraktif yang tinggi, pelepasan hidrokarbon daripada VRU boleh dikurangkan kepada tahap yang sangat rendah.

 

VRU terdiri daripada dua atau lebih katil karbon teraktif yang beroperasi dalammod berbasikal penjerapan/penjanaan semula, dengan setiap kitaran biasanya berlangsung 10 hingga 15 minit. Semasa fasa penjanaan semula, pam vakum mengurangkan tekanan di dalam katil karbon kepada40-80 milibar. Tekanan rendah ini mengalihkan keseimbangan, mengganggu daya lemah antara VOC dan karbon teraktif, dan membenarkan molekul VOC keluar dari dasar karbon melalui pam vakum sebagai aliran gas-kepekatan tinggi (95% VOC dan 5% udara mengikut volum). Aliran gas mengalir secara berlawanan melalui anmenara serapandi mana ia bersentuhan dengan penyerap (biasanya petrol segar), dan komponen VOC dengan itu diserap ke dalam penyerap segar. Udara yang keluar dari menara serapan, masih tepu dengan jumlah surih VOC, dikitar semula dengan mencampurkan dengan gas suapan-VOC masuk yang masuk ke dalam lapisan karbon penjerapan. Ini mencipta gelung dalaman kecil dengansifar pelepasan.

Karbon Teraktif

Bahan mentah yang biasa digunakan ialah siri Yuanli GRP dan HEM. Karbon teraktif sedemikian mempamerkan kapasiti penjerapan yang sangat baik, dan kekuatan mekanikalnya mesti dipastikan untuk mengelakkan penjanaan habuk yang berlebihan.

 

Bahan mentah sudah mempunyai tahap keliangan tertentu dan luas permukaan tertentu 10–15 meter persegi setiap gram. Walau bagaimanapun, semasa proses pengaktifan-biasanya dijalankan dalam suasana wap pengoksidaan pada suhu antara 800 darjah hingga 1100 darjah -luas permukaan khusus mereka meningkat kepada lebih 1500 meter persegi setiap gram.

 

Struktur mikroporous karbon teraktif menyediakan cara yang berkesan untuk penjerapan, manakala mesopores dan makropori adalah penting untuk saluran pengangkutan molekul. Oleh itu, adalah penting bahawa karbon teraktif bukan sahaja mempunyai kawasan permukaan dalaman yang sangat maju tetapi juga mempunyai rangkaian liang dengan diameter yang berbeza-beza yang membolehkan akses ke permukaan ini.

 

Morfologi - Berbutir atau Berpelet?

Karbon teraktif boleh didapati dalam bentuk butiran atau bentuk pelet tersemperit. Karbon teraktif berbutir biasanya merupakan pilihan{1}}yang paling kos efektif, tetapi ia cenderung untuk dibungkus bersama-sama dan membentuk zon padat. Zon ini menghasilkan penurunan tekanan yang lebih tinggi dan ruang mati dalam lapisan karbon, yang membawa kepada penyaluran di mana gas mengalir secara keutamaan melalui laluan kebolehtelapan-tinggi. Penjerapan dan penjanaan semula yang tidak sekata di seluruh lapisan karbon akan memberi kesan negatif kepada prestasi keseluruhan Unit Pemulihan Wap (VRU).

 

Karbon teraktif berpelet dihasilkan dengan mengadun serbuk karbon teraktif dengan pengikat dan menyemperit campuran ke dalam bentuk silinder. Ia secara meluas dianggap sebagai pilihan terbaik untuk VRU kerana ia kurang terdedah kepada pembungkusan dan membentuk zon mati. Dalam aplikasi VRU, karbon teraktif berpelet biasanya mempunyai diameter 4 milimeter. Secara kritikal, karbon teraktif dengan diameter berbeza tidak boleh dicampur, kerana ini akan menghasilkan pembungkusan yang lebih ketat dan penurunan tekanan yang lebih tinggi di seluruh lapisan karbon.

 

Kapasiti dan Penjerapan Baki

Kapasiti penjerapan merujuk kepada jisim Sebatian Organik Meruap (VOC) yang boleh diserap tambahan bagi setiap unit jisim karbon teraktif. Karbon teraktif segar biasanya mempunyai kapasiti 30% mengikut berat, bermakna 1 kilogram karbon boleh menyerap 0.3 kilogram VOC sebelum mencapai ketepuan penuh. Untuk memulihkan sepenuhnya karbon kepada kapasiti asalnya, pengaktifan semula menggunakan stim pada 1000 darjah diperlukan. Walau bagaimanapun, proses ini menyebabkan pergeseran karbon yang ketara, dengan sebahagian besar karbon hilang sebagai habuk. Memandangkan ketidakpraktisannya dalam sistem kitaran, kaedah penjanaan semula vakum yang lebih ringan digunakan sebaliknya. Melalui penjanaan semula vakum, kapasiti jangka panjang-(juga dikenali sebagai "kapasiti kerja") bagi karbon aktif-berasaskan mineral biasanya sekitar 8% mengikut berat. Perbezaan antara kapasiti segar dan kapasiti kerja dirujuk sebagai "penjerapan sisa".

 

Haba Penjerapan

Proses penjerapan adalah eksotermik. Semasa operasi kitaran biasa katil karbon, haba yang dibebaskan meningkatkan suhu kira-kira 10–20 darjah di atas suhu ambien. Sesetengah hidrokarbon, seperti keton dan aldehid, lebih reaktif dan boleh menyebabkan kenaikan suhu yang lebih tinggi dalam lapisan karbon. Jenis karbon teraktif tertentu-terutamanya yang berasal daripada kayu dan tempurung kelapa-lebih terdedah kepada "termal lari" atau "titik panas", yang memerlukan mematikan VRU, membersihkannya dengan gas lengai dan menyejukkannya di bawah pengawasan rapi. Apabila karbon teraktif segar mula-mula terdedah kepada wap, ia menunjukkan kereaktifan yang tinggi dan menghasilkan haba yang ketara. Suhu di dalam katil karbon boleh meningkat kepada sekitar 100 darjah , jadi pentauliahan karbon segar dalam VRU (juga dikenali sebagai "pramuat") mesti dilakukan oleh profesional terlatih.

 

Kebimbangan Utama: Mengelakkan Debu

Habuk adalah isu kritikal yang perlu dielakkan, kerana ia membawa kepada kehilangan penurunan tekanan, mengurangkan kapasiti penjerapan dengan menyumbat liang permukaan, menyebabkan haus berlebihan pada pam vakum dan pam serapan, menyekat penapis dan terkumpul dalam tangki simpanan petrol.

Adalah penting bahawa setiap kelompok karbon teraktif menjalani ujian terhadap parameter yang penting untuk operasi VRU, termasuk kandungan habuk, kekeringan, ketumpatan, saiz zarah, kekerasan dan kapasiti kerja.

 

Memastikan Keadaan Operasi Optimum untuk Karbon Teraktif

Dalam VRU yang direka bentuk dengan betul, hayat perkhidmatan karbon teraktif biasanya berkisar antara 10 hingga 20 tahun. Walau bagaimanapun, jika reka bentuk VRU gagal memastikan keadaan operasi yang baik untuk karbon, hayat perkhidmatannya mungkin dipendekkan kepada seawal 4 hingga 5 tahun.

 

Pergerakan Di Dalam Katil Karbon

Dalam VRU, kitaran tekanan antara tekanan atmosfera dan vakum dalam sekurang-kurangnya empat kali sejam. Pada permulaan setiap kitaran penjanaan semula, pam vakum beroperasi pada kapasiti penuh untuk mengurangkan tekanan ke ambang desorpsi. Selepas penjanaan semula selesai, tekanan mesti disamakan dengan cepat untuk mengembalikan dasar karbon ke keadaan sedia untuk kitaran penjerapan seterusnya. Melainkan katil karbon dipasang dengan selamat, daya tarikan dan tolakan yang berterusan ini akan menyebabkan zarah karbon bergesel antara satu sama lain dan haus menjadi habuk. Jelas sekali, karbon berkekuatan rendah-akan merosot dengan lebih cepat dan karbon berbutir akan terbungkus lebih rapat menjadi rumpun. Karbon pelet berasaskan mineral-walaupun keras akan beransur-ansur haus dan menjana habuk dari semasa ke semasa. Selain daripada menghalang pergerakan karbon, VRU-yang direka dengan baik juga harus mengawal dan meminimumkan daya (penyamaan vakum dan tekanan) yang bertindak pada dasar karbon.

Lazimnya, kehilangan jisim karbon akibat penjanaan habuk adalah satu-satunya faktor terpenting yang mempengaruhi hayat perkhidmatan karbon teraktif-dan ini boleh dielakkan hampir sepenuhnya melalui reka bentuk VRU yang betul.

 

Jangka Panjang-Penjerapan Baki

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, penjerapan sisa merujuk kepada bahagian kapasiti penjerapan awal yang tidak boleh dipulihkan melalui penjanaan semula vakum. Ia boleh divisualisasikan sebagai pori-pori yang diduduki secara kekal oleh molekul VOC yang tidak boleh dibuang oleh vakum. Dalam mana-mana sistem, sisa penjerapan meningkat perlahan-lahan dari semasa ke semasa, mengakibatkan penurunan beransur-ansur dalam kapasiti kerja. Pengurangan kapasiti tahunan beberapa mata peratusan harus dijangkakan. VRU yang-reka bentuk dengan baik menggabungkan margin keselamatan awal untuk mengimbangi penurunan ini. Sebagai sebahagian daripada program penyelenggaraan VRU yang mantap, sampel karbon juga harus diekstrak dan dianalisis secara berkala untuk menentukan masa penggantian karbon yang optimum dengan lebih awal.

 

Parameter	Keperluan Sasaran	Pemilihan Optimum
Taburan Aliran Katil Karbon	Pengagihan aliran seragam memberikan hayat perkhidmatan yang paling lama, penurunan tekanan terendah, dan kapasiti keseluruhan maksimum VRU.	Karbon pelet dengan diameter 4mm
habuk	Kandungan habuk awal yang rendah	Karbon yang telah menjalani pembersihan mendalam dan ujian persampelan kelompok yang kerap
Kekuatan Mekanikal	Karbon tegar, kekerasan tinggi-menentang pemecahan menjadi habuk dan degradasi, memastikan hayat perkhidmatan yang panjang	Berasaskan mineral-, karbon berkualiti tinggi-dengan indeks kekerasan/haus yang ditentukan
Kapasiti Kerja	Cukup tinggi untuk memastikan kecekapan jangka panjang-VRU yang baik, tetapi tidak terlalu tinggi (kerana ini meningkatkan risiko pelarian haba)	Karbon berasaskan-mineral dengan rekod kapasiti kerja-panjang yang lengkap
Ketumpatan	Kuantiti karbon sentiasa ditentukan mengikut berat, tetapi variasi ketumpatan yang ketara menjadikan ini sebagai faktor utama apabila mengira dimensi kanister karbon	Kapasiti kerja mesti dikaitkan dengan ketumpatan; ketumpatan pukal kering setiap kelompok mesti disahkan
Penurunan Tekanan Rendah	Karbon yang tidak mudah dibungkus menjadi rumpun padat	Karbon pelet dengan diameter 4mm
Suhu Keselamatan/Autocucuh	Suhu autopencucuhan yang lebih tinggi memberikan margin keselamatan yang lebih besar terhadap pelarian haba dalam lapisan karbon.	Mineral-based carbon with documented autoignition temperature >450 darjah
	Gumpalan padat lebih cenderung untuk membentuk bintik panas	Karbon pelet lebih disukai berbanding karbon berbutir

 

Memilih Karbon Teraktif Optimum untuk Unit Pemulihan Wap

Apabila memilih karbon teraktif yang ideal untuk Unit Pemulihan Wap (VRU), kriteria yang paling kritikal termasuk:

Banjir Katil Karbon

Merendam karbon teraktif dalam penyerap cecair menyebabkan kerosakan yang tidak dapat dipulihkan. Perkara ini harus dielakkan dengan memasang{1}}peranti pengesanan aras tinggi yang sesuai di salur masuk wap dan menara serapan.

Kemasukan Aerosol ke dalam Katil Karbon

Menara serapan dilengkapi dengan penghapus kabus dan kadar aliran melalui pam vakum dan menara serapan dikawal untuk mengelakkan kemasukan aerosol ke dalam lapisan karbon-ini akan menyebabkan kerosakan tidak dapat dipulihkan pada karbon diaktifkan.