Какими свойствами должен обладать адсорбент

К адсорбентам предъявляются следующие требования:

1. Высокая стабильность — способность сохранять достаточно высокую активность после многократной регенерации

2. Высокая механическая прочность на сжатие и истирание. Адсорбен­ты не должны крошиться и разбухать при насыщении водой. В про­тивном случае происходит резкое увеличение перепада давления в системе

3. Адсорбенты должны обладать не только высокой поглощающей способностью, но и иметь большую скорость адсорбции. Это позволяет пропускать газ с высокой скоростью и, следовательно, использовать небольшие, компактные установки

4. Адсорбенты должны быть дешевыми и недефицитными

В последние годы наиболее широкое применение находят синтетиче­ские цеолиты или молекулярные сита. Поры цеолитов — это сферические по­лости диаметром ~ 11,4 — 11,9 ангстрем, соединенные друг с другом узкими отверстиями, которые принято называть окнами. Основное различие между цеолитами А и X заключается в размерах этих окон.

В поры цеолитов проникают только те молекулы, диаметр которых меньше диаметра окон. Таким образом, цеолиты как бы отсеивают молекулы различных размеров. Для осушки используют цеолиты типа А в калиевой и натриевой форме. Они избирательно адсорбирую воду, а молекулы газов в полости цеолитов не проникают.

Влажный газ после редуктора подается наверх десорбера. Осушенный газ снизу адсорбера выводится в систему назначения. Продолжительность работы адсорбера определяется по «проскоку влаги» (резкое возрастание точ­ки росы выходящего газа). Переключаются на другой адсорбер, а в первом адсорбере начинают регенерацию адсорбента.

По данной схеме газ для регенерации адсорбента отбирается от главно­го потока влажного газа до редукционного клапана, вследствие чего поддер­живается достаточное давление для движения регенерирующего газа через подогреватель, адсорбер, холодильник и сепаратор, после чего этот газ воз­вращается в линию влажного газа.

После завершения регенерации, что обнаруживается по повышению температуры выходящего газа приблизительно до температуры поступающе­го газа, подачу водяного пара в нагреватель прекращают и от газа отбирают небольшой поток для охлаждения регенерированного адсорбента.

Во время осушки газа скорость самая высокая, поэтому газ пропускают сверху, чтобы предотвратить взрыхление слоя.

При регенерации газ движется восходящим потоком до полной регене­рации нижних зон слоя, т.к. именно в этих зонах происходит последний кон­такт адсорбента с осушаемым газом.

В период охлаждения снова применяется нисходящий поток газа, что­бы выделяющаяся из охлаждающего газа вода находилась в верхней зоне слоя. Это предотвращает повторное испарение её в осушенный газовый по­ток, выходящий из адсорбера.

Полный цикл процесса осушки составляет 17-28 ч. При насыщении адсорбента наблюдается «проскок» в.п., сопровождаю­щийся резким повышением точки росы осушенного газа.

Адсорбционная емкость адсорбентов постепенно снижается и, в конце концов, адсорбент необходимо заменить свежим.

Чем выше температура регенерации, тем дольше поддерживается адсорбционная емкость адсорбента, однако, при этом существует опасность разрушения пористой структуры (спекания) адсорбента.

Наконец, для более полного удаления влаги из адсорбента регенерацию следует вести сухим газом.

9. Классификация газов по содержанию кислых примесей. Технологическая схема очистки газов моноэтаноламином.

Попутные и некоторые природные газы содержат H2S и CO2. При химической переработке таких газов H2S отравляет катализаторы. Кроме того, H2S и CO2 вызывают коррозию оборудования, трубопроводов и арматуры в присутствии воды. Поэтому газы, содержащие кислые компоненты, подвергают очистке перед переработкой или перед подачей потребителю.

Согласно общепринятой классификации газы делятся на:

1.Слабосернистые – с содержанием сероводорода и тиоловой серы менее 20 и 36 мг/м3 соответственно, которые не подвергаются специальной сероочистке.

2.Сернистые – содержащие сероводород и тиоловую серу более 20 и 36 мг/м3 соответственно

а)малосернистые – утилизация сероводорода из газов регенерации не производится (экономич. нецелесообразно). Кислые газы регенерации сжигаются на факелах.

б)сернистые – строительство установок получения газовой серы экономически целесообразно

в)высокосернистые – при переработке которых сера дает прибыль, окупающая все затраты на очистку газа и даже более.

Очистка газов жидкими поглотителями

Из всех способов выделения H2S и CO2 моноэтаноламиновый способ находит наиболее широкое применение.

Преимущества его в следующем:

1. Установки МЭА-очистки компактны и их легко автоматизировать

2. Достигается при сравнительно благоприятных показателях необходимая глубина очистки от H2S (не более 0,02 г/м3 газа)

3. Этот способ можно применять при высоком давлении (5 МПа и выше), под которым газ поступает из месторождения в магистральный газопровод.

Недостатками МЭА-очистки являются:

1. В присутствии некоторых примесей, например, сероуглерода (CS2) и сероокиси углерода (COS) МЭА разлагается.

2. При наличии в газе небольшого количества О2 протекает необратимая реакция МЭА с H2S с образованием тиосульфитов.

3. Сравнительно большой расход водяного пара

Основные параметры процесса:

1. Давление (чем выше, тем лучше)

2. Температура 25-400С (чем ниже, тем лучше)

3. Концентрация растворов амина обычно колеблется в пределах 15-20%. При концентрации ниже 15% снижается коррозия стальной аппаратуры, однако, в этом случае необходимо повышать количество циркулирующего раствора. При концентрации выше 20% казалось бы можно существенно снизить количество циркулирующего раствора. Но оказывается, что абсорбция малым количеством раствора одного и того же количества газа приводит к повышению температуры за счет выделяющегося тепла реакции. При этом возрастает упругость паров кислого газа над раствором и, следовательно, уменьшается глубина извлечения. При увеличении концентрации выше 30% резко возрастает коррозия оборудования.

4. Количество циркулирующего раствора 1,5-5 л/м3 газа (чем больше содержание кислых компонентов в исходном газе, тем выше количество циркулирующего раствора)

5. Число тарелок в абсорбере до 24 (в десорбере до 20) (с увеличением числа тарелок требуемая глубина очистки достигается при меньшем количестве циркулирующего раствора МЭА).

Основными промышленными адсорбентами являются пористые тела, обладающие большим объемом микропор. Свойства адсорбентов определяются природой материала, из которого они изготовлены, и пористой внутренней структурой.

В промышленных адсорбентах основное количество поглощенного вещества сорбируется на стенках микропор (r < 109 м). Роль переходных пор (10-9 < r < 10-7 м) и макропор (r < 10-7 м) в основном сводится к транспортированию адсорбируемого вещества к микропорам.

Адсорбенты характеризуются своей поглотительной, или адсорбционной способностью, определяемой максимально возможной концентрацией адсорбтива в единице массы или объема адсорбента, его пористой структуры, природы поглощаемого вещества, его концентрации, температуры, а для газов и паров — от их парциального давления. Максимально возможную при данных условиях поглотительную способность адсорбента условно называют равновесной активностью.

По химическому составу все адсорбенты можно разделить на углеродные и неуглеродные. К углеродным адсорбентам относятся активные (активированные угли), углеродные волокнистые материалы, а также некоторые виды твердого топлива. Неуглеродные адсорбенты включают в себя силикагели, активный оксид алюминия, алюмагели, цеолиты и глинистые породы.

Активные угли, состоящие из множества беспорядочно расположенных микрокристаллов графита, обычно используют для поглощения органических веществ в процессах очистки и разделения жидкостей и газов (паров). Эти адсорбенты получают сухой перегонкой ряда углеродсодержащих веществ (древесины, каменного угля, костей животных, косточек плодов и др.). После этого уголь активируют, например прокаливают его при температуре 850-900о С, что приводит к освобождению пор от смолистых веществ и образованию новых микропор. Активацию проводят также экстрагированием смол из пор органическими растворителями, окислением кислородом воздуха и др. Более однородная структура углей получается при их активации химическими методами: путем их обработки горячими растворами солей (сульфатами, нитратами и др.) или минеральными кислотами (серной, азотной и др.)

Качество активированных углей зависит от свойств исходных углеродсодержащих материалов и от условий активации. Характеристикой степени активации активированного угля является обгар, т. е. сгоревшая часть угля, выраженная в процентах от количества исходного материала.

Активированный уголь применяется при адсорбции либо в виде зерен величиной от 1 до 7 мм, либо в виде порошка. Зерна и порошок получают путем измельчения и классификации. Удельная активная поверхность активных углей выражается величиной от 600 до 1700 м2 на один грамм. Применяются активированные угли главным образом для поглощения паров органических жидкостей, находящихся в газовых смесях, и для очистки различных растворов от примесей.

Серьезным недостатком этих углей является горючесть, и применять их можно при температурах не выше 200°. Для уменьшения горючести к ним подмешивают силикагель, однако такая добавка приводит к понижению активности адсорбента, поэтому активированные угли с добавкой к ним силикагеля практически применяют сравнительно редко.

Силикагелем называют продукт обезвоживания геля кремневой кислоты, получаемого действием серной или соляной кислот или растворов кислых солей на раствор силиката натрия. Выпавший гель кремневой кислоты после промывки высушивается при температуре 115-130° до влажности 5-7%.

Силикагель отличается однородностью пор как по величине, так и распределению. Применяется силикагель в виде зерен диаметром от 0,2 до 7 мм главным образом для поглощения паров воды, т. е. для сушки газов. Удельная активная поверхность силикагеля выражается величиной порядка 600 м2 на один грамм.

К достоинствам силикагелей относятся их негорючесть и большая механическая прочность. Недостатком относится резкое снижение поглотительной способности по отношению к парам органических веществ в присутствии влаги.

По сорбционным свойствам к силикагелю близко примыкают алюмагели, получаемые термической обработкой гидроксида алюминия при температурах 600-1000оС. Поры полученного сорбента имеют диаметр 1-3 нм, удельную поверхность 2·10 5 — 4·10 5 м2/кг; насыпная плотность такого сорбента 1600 кг/м3. Алюмагели используют для осушки газов, очистки водных растворов и минеральных масел.

Цеолиты представляют собой природные или синтетические минералы, которые являются водными алюмосиликатами, содержащими оксиды щелочных щелочноземельных металлов. Эти адсорбенты отличаются регулярной структурой пор, размеры которых соизмеримы с размерами поглощаемых молекул. Особенность цеолитов состоит в том, что адсорбционные поверхности соединены между собой окнами определенного диаметра, через которые могут проникать только молекулы меньшего размера. На этом основано разделение смесей с разными по размеру молекулами, что послужило причиной называть цеолиты молекулярными ситами.

Для разделения газовых смесей применяют цеолиты в виде шариков или гранул размером от 1 до 5 мм, а для разделения жидких смесей — в виде мелкозернистого порошка.

Особенно широко цеолиты используют для глубокой осушки газов и жидкостей, в процессах очистки и разделения смесей веществ с близкой молекулярной массой, а также в качестве в качестве катализаторов и их носителей.

Для очистки жидкостей от различных примесей в качестве адсорбентов применяют природные глинистые породы. Эти глины для их активации обрабатывают серной или хлороводородной кислотами и получают адсорбент с удельной поверхностью пор порядка (1,0 ч1,5)·105 м2/кг.

Адсорбенты — высокодисперсные природные или искусственные материалы с большой удельной поверхностью, на которой происходит адсорбция веществ из соприкасающихся с ней газов или жидкостей. Наиболее важные адсорбенты:

· активированный уголь,

· цеолиты,

· силикагели,

· алюмосиликагели,

· сажа,

· оксиды и гидроксиды некоторых металлов (главным образом алюминия),

· губчатые металлы,

· природные минералы,

· глины (бентонит).

4. Экономический и финансовый механизмы. Основными недостатками экономического механизма охраны окружающей среды и природопользования являются отсутствие действенных стимулов снижения негативного воздействия на окружающую среду, рационального использования природных ресурсов и применения ресурсо- и энергосберегающих технологий, а также явную недостаточность объемов платежей за выбросы, сбросы, размещение отходов и использование природных ресурсов, для финансирования природоохранной деятельности и воспроизводства возобновимых природных ресурсов в требуемых масштабах. Ставки платы за загрязнение окружающей среды, как правило, не позволяют ни предотвратить, ни компенсировать экологический ущерб. Применение принципа «загрязнитель платит» направлено на создание механизма экономической ответственности субъекта хозяйственной деятельности за негативное воздействие на окружающую среду и заинтересованности в осуществлении природоохранной деятельности. Помимо этого решается важная задача — создание дополнительного источника финансирования мероприятий в области охраны окружающей среды. Этот принцип реализуется через взимание платы за загрязнение окружающей среды, величина и эффективность которой во многом определяются уровнем нормативов (ставок) платы за загрязнение. Действующие нормативы платы за загрязнение окружающей среды были утверждены в 1992 г. и рассчитывались для экономических условий, стоимостных (ценовых) показателей и пропорций, существовавших в народном хозяйстве на 1990 — 1991 г.г. За прошедший период они резко изменились, что не нашло адекватного отражения в нормативах платы за загрязнение. Нормативы платы за загрязнение как ценовые показатели подлежат государственному регулированию, в т. ч. посредством установлении коэффициента индексации. Элементом экономического механизма охраны окружающей среды являются экологические фонды, средства которых формируются за счет платы за загрязнение и служат дополнительным источником финансового обеспечения экологических программ и природоохранных мероприятий. Несмотря на относительно низкий объем платы за загрязнение, экологические фонды играют важную роль. В условиях неудовлетворительного состояния бюджетов всех уровней для ряда субъектов Российской Федерации их средства являются практически единственным источником финансового обеспечения экологических программ и природоохранных мероприятий.

Таким образом, решение проблемы повышения эффективности платы за загрязнение как экономического стимула одновременно позволяет улучшить условия финансировании природоохранной деятельности.

Платежи за природопользование не базируются на экономической оценке природных ресурсов (объектов) и воздействий на окружающую среду не по причине отсутствия или несовершенства самой экономической оценки, а из-за несовершенства налоговой системы, без изменения которой невозможно существенно повысить платежи как за воздействие на окружающую среду, так и за использование природных ресурсов, пока не удается в полной мере обеспечить важнейшей, с экономической точки зрения, функции собственника природных ресурсов, которая заключается в присвоении дохода от использования принадлежащих ему природных ресурсов, соответствующих их экономической оценке выбросы и сбросы загрязняющих веществ целесообразно рассматривать в качестве формы использования такого специфического природного ресурса как ассимиляционный потенциал. Развитие методологии экономической оценки природных объектов и экологических воздействий и разработки по внедрению: экономических оценок оказываются невостребованными. Не разработаны методы оценки стоимости объектов живой природы — почвенно-земельных ресурсов, естественного растительного покрова, в т.ч. лесов, объектов и ресурсов животного и растительного мира и их сообществ в составе национального богатства. В системе национальных счетов не производится корректировка основных экономических показателей с учетом экономических оценок последствий экологических воздействий. Эта проблема тем более актуальна, чем больше расхождения между платой за природные ресурсы и экологические воздействия, с одной стороны, и их экономической оценкой, с другой. Практически не применяются широко и успешно используемые в зарубежной практике экологические налоги, такие как налоги на потребление экологически вредной продукции: например, на некоторые виды упаковки, удобрений, автомобильные аккумуляторы, шины, топливо и техническое масло. Не применяются залогово-возвратные инструменты эффективные в тех случаях, когда упаковка, тара или другая продукция может быть повторно использована или вторично переработана, а также, если продукция содержит вещества, особенно вредные для окружающей среды (люминесцентные лампы, автомобильные шины и аккумуляторы). Не находит применения такой действенный инструмент как ускоренная амортизация оборудования природоохранного назначения, что также препятствует увеличению возможностей финансирования оснащения предприятий природоохранным оборудованием.

Недостаточно активно и широко внедряется экологическое страхование, которое могло бы позволить аккумулировать значительные финансовые средства целевым образом для преодоления негативных экологически последствий техногенных аварий.

Только государственное управление из всех возможных является реальным инструментом, осуществляющим реализацию правоустанавливающих, правореализующих и контролирующих функций в области охраны окружающей среды на территории РФ.

Государственное управление в области охраны окружающей среды выражается в следующих функциях:

1) установление правовых норм, регламентирующих вопросы в области охраны окружающей среды, природоохранительного, природоресурсного законодательства, законодательства об административных правонарушений в области охраны окружающей среды и природопользования, уголовного законодательства в области экологических преступлений;

2) принятие основ государственной политики в области охраны окружающей среды, экологической безопасности;

3) осуществление контроля в области охраны окружающей среды (государственного экологического контроля);

4) установление нормативов, государственных стандартов в области охраны окружающей среды;

5) государственный учет природных ресурсов и объектов, организация ведения государственных кадастров и мониторинга объектов окружающей среды;

6) экологическая оценка состояния окружающей среды.

5. Измерения ЭРОА торона проводятся не менее чем в 30% обследуемых помещений. Если по результатам этих измерений выполняется условие:

, (20)

то в остальных выбранных для обследования помещениях измерения ЭРОАTn не проводятся, а проверка выполнения условия (18) осуществляется с использованием среднего значения ЭРОА торона, вычисленного из сделанных измерений.

Если условие (20) не выполняется, то во всех выбранных для обследования помещениях следует проводить измерения ЭРОА торона, а результаты этих измерений использовать при проверке выполнения условия (18).

3.6. В качестве средств контроля ЭРОА радона и торона принимаются инспекционные и интегральные радиометры альфа-активных аэрозолей. Для контроля ЭРОА радона по величине объемной активности радона используются интегральные радиометры радона или мониторы объемной активности радона. При этом следует применять методы и средства измерений, позволяющие определять средние значения объемной активности радона за периоды времени не менее 3 суток. Технические и метрологические характеристики рекомендуемых типов приборов приведены в Приложении 3.

3.7. Общий объем контроля ЭРОА радона и торона должен быть достаточным. Число и расположение подлежащих обследованию помещений выбирают с учетом категории потенциальной радоноопасности территории застройки вблизи обследуемого здания, удельной активности радия-226 в использованных строительных материалах и засыпке под зданием, конструкции и назначения здания.

3.7.1. Число и расположение подлежащих обследованию помещений выбирают исходя из того, что обследоваться должны, во-первых, все типы помещений, имеющие различное функциональное назначение, и, во-вторых, помещения, расположенные на каждом этаже многоэтажного здания, включая подвал, а при двух и более подъездах — и в каждом подъезде. При этом наибольшую долю от всех выбранных для обследования помещений должны составлять те, в которых люди проводят наибольшее количество времени. В жилых помещениях, если нет на то особых оснований, не обследуются ванные и туалетные комнаты, кухни, кладовые. Объем контроля должен быть согласован с территориальным центром госсанэпиднадзора.

3.7.2. В случае затруднений при выборе объема радиационного контроля рекомендуется использовать категории, приведенные в Приложении 4.

3.8. Измерения в выбранных для обследования помещениях вновь строящихся и реконструированных зданий проводятся после их предварительной выдержки (не менее 12 — 24 часов) при закрытых окнах и дверях (как в помещениях, так и в подъездах) и штатном режиме принудительной вентиляции (при ее наличии). Измерения рекомендуется проводить при наиболее высоком для данной местности барометрическом давлении и слабом ветре.

Измерения с использованием интегральных средств измерений и мониторов радона допускается начинать одновременной с закрытием окон и дверей и запуском вентиляции в штатном режиме.

Установку пассивных интегральных средств измерений ОА радона, мониторов радона и отбор проб воздуха при инспекционных измерениях следует производить в местах с минимальной скоростью воздухообмена, чтобы полученные результаты, по возможности, характеризовали максимальные значения ОА или ЭРОА радона и торона в данном помещении. При измерениях приборы следует располагать: не ниже 50 см от пола, не ближе 25 см от стен и 50 см от нагревательных элементов, кондиционеров, окон и дверей.

В каждом обследуемом помещении (квартире) проводится, как правило, одно измерение ЭРОА изотопов радона. При больших размерах обследуемого помещения количество измерений увеличивается из расчета: одно измерение на каждые 50 квадратных метров.

Аэрозольный альфа-радиометр РАА-20П2 «ПОИСК»