Адсорбційне очищання викидних газів на синтетичних цеолітах. Exhaust Gases Adsorption Refining on Synthetic Zeolites

Адсорбційне очищання викидних газів на синтетичних цеолітах

Безносих Ю. О., Приміська С. О., Меренгер А. М., Національний технічний університет України, «Київський політехнічний інститут», Київ, Україна
Решетіловський В. П., Технічний університет, Дрезден, Німеччина

Оксиди азоту NО_х (NО і NО₂) та сірки SiO₂ є одними з найнебезпечніших речовин, що забруднюють атмосферне повітря. Для їх вилучення із димових газів перспективно застосовувати сорбційні методи. Синтетичні цеоліти мають дуже розвинену внутрішню поверхню і здатні вибірково сорбувати молекули з газової суміші. Адсорбування на цеолітах особливо ефективно для видалення NО_х та SiO₂ при низьких концентраціях.

Метою роботи є дослідження адсорбування на цеолітах оксидів азоту та сірки з газового потоку та визначення оптимальних параметрів процесу для подальшого використання його на практиці.

Результати математичного моделювання порівнювали з експериментальними даними, отриманими за різних умов.

Роботу виконували згідно з держбюджетним замовленням М84-2008 «Розробка технології адсорбційного очищення викидних газів на цеолітах» пріоритетного напряму «Збереження навколишнього природного середовища та сталий розвиток».

Експериментальне дослідження процесу адсорбування оксидів проводили на синтетичних цеолітах X- та А-типу (виробництва Sud Chemіe) в ізотермічних умовах за концентрації оксидів в потоці 1—5 %.

Концентрацію оксидів на виході з адсорбера фіксували методом мас-спектрометрії. На підставі отриманих даних побудовано характеристичні криві концентрації оксидів азоту на виході з адсорбера залежно від часу. Вони мають практично прямокутну форму (адсорбент насичується майже миттєво). При збільшенні витрати газу (5—20 л/год) та температури (25—50 °С) процес насичування адсорбенту прискорюється. Час насичення цеолітів Х-типу значно вищий, ніж А-типу, що свідчить про вищу адсорбційну здатність цеолітів Х-типу.

Адсорбцію оксиду сірки досліджували за температури 50—100 °С. За температури 60 °С час поглинання збільшився до 25 хвилин, а адсорбування — до 50 хвилин. Підвищення температури до 80 °С спричинило суттєве зростання часу поглинання. Однак за температури 100 °С спостерігали ранню насиченість цеоліту.

При збільшенні концентрації SO₂ на вході з 0,2 до 1 % час поглинання скорочується приблизно з 3 годин до менш ніж 1 години. Час поглинання та адсорбування зменшується інтенсивніше за концентрацій 0,75—1 %, ніж за 0,2—0,75 %, що вказує на доцільність використання цеолітів за концентрацій істотно менших ніж 1 %.

Автори запропонували математичну модель процесу адсорбування оксидів на цеолітах, побудовану на рівняннях матеріального балансу і-го шару по твердій і газовій фазах з використанням рівняння для розрахування поглинальної здатності адсорбенту, при таких припущеннях:

— процес адсорбування—десорбування ізотермічний;

— залежність ступеня адсорбції від молярної долі компонента лінійна;

— дифузія речовин незначна;

— газовий потік через усі канали однаковий;

— дезактивація адсорбенту під час експерименту відсутня.

Математична модель адсорбування SO₂ виведена, головним чином, для передбачення характеристик поглинання цеолітових матеріалів на нерухомому шарі та встановлення основних керувальних параметрів, що контролюють адсорбційний процес. За допомогою моделі динамічне адсорбування SO₂ було пояснено взаємним ефектом масообміну в газовій плівці, дифузією в макропорах та дифузією всередині кристалів цеолітових гранул.

На рис. 1 та 2 зображено залежність від часу концентрації оксидів азоту на виході з адсорбера відповідно за температур 25, 35, 45 °С і витрат газового потоку 5, 10, 15 л/год. Для порівняння наведені дані, отримані за математичною моделлю.

На рис. 3 показано експериментально отримані характеристики поглинання SO₂ на цеолітах за різних температур та відповідні їм результати моделювання.

При зростанні температури з 35 до 50 °С збільшення часу поглинання практично не спостерігали. Поглинення відбулося менше ніж за 15 хвилин. Загальний час адсорбування, за який концентрація газу на виході приблизно досягла концентрації на вході, дорівнює близько 30 хвилинам.

Вплив вхідної концентрації SO₂ на поглинання показано на рис. 4.

Час поглинання зменшується приблизно з 3 годин до менш ніж 1 години при збільшенні концентрації SO₂ з 0,2 до 1 %.

Аналіз показує, що запропоновані моделі адекватно описують процес адсорбування оксидів на цеоліті, і їх можна використовувати для удосконалення та розроблення нового обладнання з очищення газів від шкідливих речовин.

Таким чином, у результаті дослідження встановлено, що адсорбування оксидів азоту та сірки ефективно протікає на синтетичних цеолітах Х-типу (поглинення оксидів адсорбентом сягає майже 100 %). Визначено оптимальні умови проведення процесу та доведено доцільність використання математичного моделювання для проектування приладів очищання газів від шкідливих речовин.

Exhaust Gases Adsorption Refining on Synthetic Zeolites

Beznosik Yu. O., Primiska S. О., Merenger A. M., National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute*, Kyiv, Ukraine
Reshetilovskiy V. P., Technical University, Dresden, Germany

The purpose of this study is to investigate adsorption of nitrogen and sulfur oxides present in the gas flow on zeolites and determine the optimum process parameters.

Главная страница

Сведения об авторах

Безносик Юрій Олександрович, канд. техн. наук, доц., кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», пр-т Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна. Тел. (044) 406-76-12. E-mail
Приміська Світлана Олексіївна, аспірантка, кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», пр-т Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна. E-mail
Меренгер Анна Михайловна, магистр, кафедра кибернетики химико-технологических процессов, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», пр-т Победы, 37, Киев, 03056, Украина. E-mail
Pешетiловський Володимир Петрович, д-р техн. наук, проф., director, Institute of Industrial Chemistry, Dresden University of Technology, Dresden, D-01062, Germany. E-mail