Anwendung von Aktivkohle bei der Dampfrückgewinnung

Seit Jahrzehnten ist die Rückgewinnung von Kohlenwasserstoffdämpfen ein unverzichtbarer Bestandteil der Kraftstoffverladung. Seit Beginn der groß angelegten Installation von Dampfrückgewinnungsanlagen (VRUs) in den 1990er Jahren gilt das Prinzip vonAktivkohleadsorption, gefolgt von Vakuumregenerationhat sich für die überwiegende Mehrheit der Anwendungen als die beste verfügbare Technik herausgestellt. Es wird geschätzt, dass über 95 % der neu gebauten VRUs weltweit diesen Prozess anwenden. Bei richtiger Auslegung bieten vakuumregenerierte Aktivkohlesysteme hohe Effizienz, Kosten-effektivität, Sicherheit und außergewöhnliche Zuverlässigkeit-selbst bei minimalem Wartungsaufwand.

 

 

Prozessübersicht

Der in einer VRU behandelte Dampf ist eine Mischung aus Luft und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), die typischerweise 20–50 Vol.-% VOC enthält. VOC-Moleküle bestehen aus leichteren Verbindungen, die beim Beladen von Benzin, Rohöl oder ähnlichen Stoffen verdampfen. Der Dampf strömt durch ein Bett aus Aktivkohle, das über eine enorme Oberfläche aus Millionen von Poren verfügt.Aktivkohlegranulat zur VOC-Behandlungwird hier häufig als klassisches Adsorptionsmedium eingesetzt, bei dem VOC-Komponenten über schwache intermolekulare Kräfte (z. B. Van-der-Waals-Kräfte) an den Porenwänden haften. Bei diesem Adsorptionsprozess treten weder an der Aktivkohle noch an den VOC-Molekülen chemische Veränderungen auf. Aufgrund seiner hohen Adsorptionskapazität kann Aktivkohle die Kohlenwasserstoffemissionen von VRUs auf extrem niedrige Werte reduzieren.

Eine VRU umfasst zwei oder mehr Aktivkohlebetten, die in einem Adsorptions-/Regenerationszyklus arbeiten, wobei jeder Zyklus typischerweise 10–15 Minuten dauert.Aktivkohlegranulat zur VOC-Behandlungwird häufig in solchen Mehrbettsystemen eingesetzt, um eine zuverlässige zyklische Leistung zu gewährleisten. Während der Regenerationsphase reduziert eine Vakuumpumpe den Druck im Kohlenstoffbett auf 40–80 mbar. Der niedrige Druck verschiebt das Gleichgewicht und bricht die schwachen Bindungen zwischen VOCs und Aktivkohle. Anschließend werden die VOC-Moleküle als hochkonzentrierter Strom (95 % VOC, 5 % Luft) über die Vakuumpumpe aus dem Bett entfernt. Dieser Strom fließt im Gegenstrom durch einen Absorptionsturm, wo er mit einem Absorptionsmittel (normalerweise Frischbenzin) in Kontakt kommt und die VOC-Komponenten vom frischen Absorptionsmittel absorbiert werden. Die aus dem Absorptionsturm austretende Luft, die noch mit einer geringen Menge an VOCs gesättigt ist, wird recycelt, indem sie mit dem rohen VOC-Zufuhrgas gemischt wird, das in das Adsorptionsbett gelangt. Dadurch entsteht ein kleiner interner Recyclingkreislauf ohne Emissionen.

 

 

Aktivkohle

Gängige Rohstoffe sindKokosnussschale und Kohle, die Aktivkohle mit hervorragender Adsorptionsfähigkeit und ausreichender mechanischer Festigkeit liefern, um eine übermäßige Staubentwicklung zu vermeiden.

Rohstoffe weisen von Natur aus einen gewissen Grad an Porosität und eine spezifische Oberfläche von 10–15 m²/g auf. Während der Aktivierung-typischerweise bei 800–1100 Grad in einer oxidierenden Dampfatmosphäre-vergrößert sich die spezifische Oberfläche jedoch auf über1500 m²/g.

Die mikroporöse Struktur der Aktivkohle ermöglicht eine effektive Adsorption, während Mesoporen und Makroporen als Strömungskanäle dienen. Daher ist es für Aktivkohle von entscheidender Bedeutung, nicht nur über eine hochentwickelte innere Oberfläche zu verfügen, sondern auch über ein Netzwerk von Poren mit unterschiedlichen Durchmessern Zugang zu dieser Oberfläche zu ermöglichen.

 

Form: GranulatAktivkohlevs.ExtrudiertAktivkohle

Aktivkohle ist in beiden Varianten erhältlichGranulat-Aktivkohleoder extrudierte Aktivkohle. Aktivkohlegranulat ist im Allgemeinen kostengünstiger-, neigt aber dazu, sich abzusetzen und dichte Regionen zu bilden. Diese Regionen weisen einen höheren Druckabfall auf und erzeugen Totzonen mit hoher -Strömungskanalisierung innerhalb des Kohlenstoffbetts. Eine ungleichmäßige Adsorption und Regeneration im gesamten Bett wirkt sich negativ auf die Gesamtleistung des VRU aus.

Extrudierte Aktivkohlegilt weithin als die bessere Wahl für VRUs, da es sich nicht in dichten Totzonen festsetzt. In VRUs hat extrudierte Aktivkohle typischerweise einen Durchmesser von4 mm. Wichtig ist, dass das Mischen von Kohlenstoffen mit unterschiedlichen Durchmessern vermieden wird, da dies zu einer dichteren Packung und einem höheren Druckabfall im Bett führt.

 

Adsorptionskapazität und Restadsorptionskapazität

Adsorptionskapazitätbezieht sich auf die Masse zusätzlicher VOCs, die pro Masseneinheit Aktivkohle adsorbiert werden können. Frischer Kohlenstoff hat typischerweise eine Kapazität von30 Gew.-%Das bedeutet, dass 1 kg Kohlenstoff 0,3 kg VOCs adsorbieren kann, bevor die volle Sättigung erreicht wird. Um die ursprüngliche Kapazität des Kohlenstoffs wiederherzustellen, ist eine Reaktivierung mit Dampf bei 1000 Grad erforderlich. Dieser Prozess führt jedoch zu erheblichen Kohlenstoffverlusten. -Ein großer Teil des Kohlenstoffs geht als Staub verloren. Dies ist für zyklische Systeme unpraktisch, daher milderVakuumregenerationwird stattdessen verwendet. Bei der Vakuumregeneration wird die Langzeitkapazität (auch genanntArbeitsfähigkeit) von mineralischer -Aktivkohle liegt typischerweise bei ca8 Gew.-%. Der Unterschied zwischen Frischkapazität und Arbeitskapazität wird definiert alsRestadsorptionskapazität.

 

Adsorptionswärme

Adsorption ist ein exothermer Prozess. Während des normalen zyklischen Betriebs des Kohlenstoffbetts erhöht die Adsorptionswärme die Temperatur um etwa 10–20 Grad über der Umgebungstemperatur. Reaktivere Kohlenwasserstoffe wie Ketone und Aldehyde erzeugen deutlich höhere Temperaturen im Bett. Bestimmte Aktivkohlen (insbesondere auf Holz-- und Kokosnussschalenbasis-) sind anfälliger dafürthermisches DurchgehenoderHotspotsDies erfordert das Abschalten der VRU, das Spülen mit Inertgas und das Kühlen unter strenger Aufsicht. Frischer Kohlenstoff weist eine extrem hohe Reaktivität auf, wenn er zum ersten Mal Dampf ausgesetzt wird, wodurch erhebliche Wärme entsteht. Die Betttemperaturen können bis auf etwa 100 Grad ansteigenErstbeladung (Vor-Konditionierung)Die Entnahme von frischem Kohlenstoff in einer VRU muss von qualifiziertem Personal durchgeführt werden.

Ein wichtiges Problem, das es zu vermeiden gilt, istStaub, da es Druckabfallverluste verursacht, die Kapazität durch Verstopfung von Oberflächenporen verringert, den Verschleiß von Vakuum- und Absorptionspumpen beschleunigt, Filter verstopft und sich in Benzinlagertanks ansammelt.

Jede Charge Aktivkohle sollte auf Parameter getestet werden, die für den VRU-Betrieb entscheidend sind:Staubgehalt, Feuchtigkeitsgehalt, Dichte, Partikelgröße, Härte und Arbeitskapazität.

 

Aufrechterhaltung einer optimalen Aktivkohleleistung

In einer ordnungsgemäß ausgelegten VRU hat Aktivkohle typischerweise eine Lebensdauer von10–20 Jahre. Allerdings kann eine schlechte Konstruktion, die keine günstigen Betriebsbedingungen gewährleistet, die Lebensdauer auf nur 4–5 Jahre verkürzen.

 

Kohlenstoffbettbewegung

In VRUs wechselt der Druck mindestens viermal pro Stunde zwischen Atmosphärendruck und Hochvakuum. Zu Beginn jedes Zyklus zieht die Vakuumpumpe stark an, um den Druck auf die Desorptionsschwelle zu senken. Nach der Regeneration wird der Druck schnell ausgeglichen, um das Bett für die Adsorption vorzubereiten. Wenn es nicht sicher festgehalten wird, führt dieses wiederholte Ziehen und Verdichten dazu, dass Kohlenstoffpartikel aneinander reiben und zu Staub zerfallen. Kohlenstoff geringer-Stärke wird schneller abgebaut und körnige Aktivkohle setzt sich leichter zu dichteren Klumpen ab. Sogar extrudierte Aktivkohle auf -starker Mineralbasis- zersetzt sich allmählich zu Staub. Das richtige VRU-Design muss die Bewegung des Kohlenstoffs verhindern und die auf den Kohlenstoff wirkenden Kräfte (Vakuum und Ausgleich) kontrollieren/minimieren.

Der durch Staub verursachte -Massenverlust ist der wichtigste Faktor, der die Lebensdauer von Aktivkohle begrenzt-und kann durch die richtige VRU-Konstruktion nahezu eliminiert werden.

 

Langfristige Restadsorptionskapazität

Wie bereits erwähnt, ist die verbleibende Adsorptionskapazität der Teil der anfänglichen Adsorptionskapazität, der durch Vakuumregeneration nicht wiederhergestellt werden kann. Es handelt sich um Poren, die dauerhaft mit VOC-Molekülen besetzt sind und nicht durch Vakuum entfernt werden können. Die verbleibende Adsorptionskapazität nimmt in jedem System mit der Zeit langsam zu, wodurch die Arbeitskapazität allmählich abnimmt. Die Kohlenstoffkapazität nimmt in der Regel jährlich um einige Prozentpunkte ab. Gut konzipierte VRUs verfügen über eine anfängliche Sicherheitsmarge, um diesen Rückgang auszugleichen. Zu einem umfassenden Wartungsprogramm gehören regelmäßige Kohlenstoffproben und -analysen, um den optimalen Austauschzeitpunkt im Voraus zu bestimmen.

 

Auswahl der optimalen Aktivkohle für VRUs

Die wichtigsten Kriterien für die Auswahl der idealen VRU-Aktivkohle sind folgende:

Wichtige Auswahlkriterien für VRU-Aktivkohle

 

 

Kohlenstoffbettüberschwemmung

Das Eintauchen von Aktivkohle in flüssiges Absorptionsmittel führt zu irreversiblen Schäden. Verhindern Sie dies durch Hochpegelerkennungssysteme am Dampfeinlass und am Absorptionsturm.

 

Aerosoleintrag in das Kohlenstoffbett

Der Absorptionsturm muss mit einem Tropfenabscheider ausgestattet sein und die Durchflussraten durch die Vakuumpumpe und den Absorptionsturm müssen kontrolliert werden, um das Mitreißen von Aerosolen in das Kohlenstoffbett zu vermeiden. -Dies führt zu irreversiblen Schäden an der Aktivkohle.

 

Wenn Sie sich für granulierte Aktivkohle oder extrudierte Aktivkohle interessieren und diese zur Öldampfrückgewinnung verwenden möchten, können wir Ihnen basierend auf Ihren Anforderungen die am besten geeignete Aktivkohle empfehlen. Nehmen Sie gerne jederzeit Kontakt zu uns auf. Es ist uns eine Ehre, Ihnen behilflich sein zu dürfen!

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