Общие вопросы и ответы

Углерод является самым распространенным элементом на земле. К наиболее распространенным формам углерода относятся уголь, скорлупа кокосового ореха, древесина, торф и бурый уголь.

Тщательно отобранное сырье обрабатывается при низких температурах для удаления органических летучих компонентов и остаточной влаги. Это начальный этап карбонизации. После этого карбонизированное сырье пропускают через высокотемпературные обжиговые печи для активации в присутствии строго контролируемого потока пара, который используется в качестве окислительной среды.

Полученный продукт представляет собой мощный адсорбент, имеющий поры молекулярного размера. При помощи сканирующего электронного микроскопа можно отчетливо увидеть образовавшиеся поры, напоминающие структуру пористой губки. Такая высокая концентрация пор в пределах относительно небольшого объема позволяет получить материал с феноменальной площадью внутренней поверхности (800-1600 м2/г BET N2). Для наглядности можно представить, что площадь внутренней поверхности активированного угля объемом с чайную ложку будет равна площади футбольного поля. Именно благодаря этой огромной площади внутренней поверхности активированный уголь обладает уникальной способностью адсорбировать широкий спектр соединений как в жидком, так и в газообразном состоянии. Целевое соединение контактирует с активированным углем, а затем рассеивается во внутренней пористой структуре. Вандерваальсовы силы площади внутренней поверхности активированного угля удерживают соединения в пористой структуре.

Процесс переноса молекул из газообразного или жидкого состояния на твердую поверхность называется адсорбцией.

Существует множество способов получения активированного угля. Наиболее распространенный способ, применяемый компанией Jacobi Carbons, представляет собой паровую активацию во вращающихся обжиговых печах (при использовании скорлупы кокосового ореха) или в вертикальных шахтных печах (при использовании угля). Компания Jacobi Carbons также производит древесный уголь путем химической активации с помощью фосфорной кислоты.

Активированный уголь может быть получен из любого углеродсодержащего сырья. Материалы Jacobi Carbons изготовлены из древесных опилок, каменного угля, антрацита или скорлупы кокосового ореха. Мы выбираем наиболее подходящее сырье, позволяющее получить активированный уголь с наилучшими характеристиками для конкретного применения.

Адсорбционные поры формируют внутренний объем, где графитовые пластины расположены очень близко друг к другу, благодаря чему возникают мощные силы притяжения (вандерваальсовы силы). Эти силы удерживают загрязняющие вещества в структуре угля. Данный процесс известен как адсорбция. Согласно данным Международного союза специалистов по прикладной химии размер пор активированного угля подразделяется на три группы: микропоры (r⁣⁣⁣⁣1 нм), мезопоры (r1-25 нм) и макропоры (r⁣⁣⁣⁣ 25 нм).

Удаление загрязнений может быть осуществлено путем физической адсорбции (физосорбции) или химической реакции (хемосорбции), либо с помощью сочетания этих процессов. При физосорбции загрязняющее вещество попадает на угольные гранулы через транспортировочные поры (мезо- и макропоры) и рассеивается в углеродной матрице, пока не достигнет пор меньшего размера (микропор), где начинают действовать адсорбционные силы. После того, как оно достигает высокоактивной области, адсорбционные силы становятся больше, чем силы диффузии, и загрязняющее вещество улавливается в микропорах. В процессе физосорбции не происходит реакции, поэтому загрязняющее вещество остается неизменным. Оно может быть выделено и восстановлено с помощью основных процессов регенерации растворителей — повышения температуры или снижения давления. При хемосорбции загрязняющее вещество попадает в уголь благодаря диффузии, как описано выше, однако адсорбент специально подготовлен для ускорения химических реакций, при которых поглощаются посторонние примеси. Компания Jacobi Carbons предлагает специальные угли, на поверхность которых нанесены дополнительные реагенты, вступающие в реакцию с определенным видом посторонних примесей, например, с ртутью, или с группой загрязняющих веществ, например, с кислыми газами. Загрязняющее вещество вступает в реакцию с этими реагентами, видоизменяется и удерживается в адсорбенте.

Единственным реальным способом, позволяющим определить, что активированный уголь утратил свои свойства, является проверка выпуска угольного адсорбера на наличие загрязнений. Как только концентрация загрязняющего вещества начинает превышать допустимые пределы выбросов, активированный уголь считается отработанным и должен быть заменен. В случаях, когда измерение выбросов затруднено или невозможно, образец угля, взятый из соответствующей зоны адсорбера, может быть отправлен в Jacobi Carbons для анализа остаточного ресурса. Остаточный ресурс может быть теоретически предсказан на основе прогнозов и сравнений с изначальным уровнем активности исходного материала.

Компания Jacobi Carbons может оценить интенсивность расхода активированного угля с помощью данных, собранных в течение многих лет практического опыта. Если вы предоставите данные о скорости потока, загрязняющих веществах и концентрациях на входе, мы сможем оценить интенсивность расхода активированного угля.

Физосорбция загрязняющих веществ может быть предпочтительной за счет низких температур, однако ее скорость снижается при повышении температуры технологического потока. Хемосорбция загрязняющих веществ может быть выбрана благодаря более высокой температуре, отражающей увеличение скорости реакции при повышенных температурах.. Однако этот эффект может быть утрачен из-за возникшей нестабильности веществ, участвующих в процессе хемосорбции на угле и потенциальной десорбции продуктов реакции. Для получения дополнительных сведений о воздействии температуры и т. д.. вы можете обратиться в компанию Jacobi Carbons.

Время контакта (или время контакта среды и адсорбента, EBCT) — это время, необходимое для прохождения жидкости или паров через угольную колонну, исходя из того, что скорость прохождения жидкости или паров одинакова. Оно равно объему пустого наполнителя, разделенному на скорость потока.

Пример: скорость потока жидкости равна 60 м³ в час, а угольный наполнитель содержит 9000 кг активированного угля с плотностью 0,45 м³ на 1000 кг.

Для 9000 кг активированного угля потребуется объем, равный 20 м³.

Время контакта составит 20/60 ч, т. е. 0,33 ч или 20 мин.

Время контакта должно быть настолько продолжительным, насколько это экономически возможно с целью обеспечения насыщаемости угля загрязняющими веществами при различных концентрациях. Однако в Jacobi Carbons признают целесообразность наличия у клиентов некоего общего определения «типичного» времени контакта на этапе предварительного проектирования адсорберов. Для жидких загрязняющих веществ типичное временя контакта среды и адсорбента составляет 10-20 минут, но при их низких концентрациях может потребоваться более длительное время. Для газообразных загрязняющих веществ, отличающихся более быстрой диффузией в частицах угля, типичное время контакта сокращается до нескольких секунд. Рекомендуемое время контакта для адсорбции загрязняющих веществ в газообразном состоянии составляет, как правило, 0,1-1 с при использовании физосорбции и 1–4 с при использовании хемосорбции. Для получения более подробной информации о времени контакта и т. д. вы можете обратиться в компанию Jacobi Carbons.