Исследование адсорбционной осушки бензола на цеолите NaA

А. А. Климов, А. Ф. Ахметов

Исследование адсорбционной осушки бензола на цеолите NaA

Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (3472) 43-19-35

Рассмотрено влияние параметров процесса адсорбционной осушки бензола с использованием гранулированного цеолита №А на его эффективность. Цеолит №А без связующего проявил высокую стабильность адсорбционных свойств в процессе адсорбция-десорбция.

Ключевые слова: адсорбция, цеолит, осушка, адсорбент, бензол, вода.

Для удаления из бензола примесей воды, которая является ядом для каталитического комплекса на основе А1С13, на установках ал-килирования вышеуказанного углеводорода пропиленом имеются узлы азеотропной ректификации. К ее недостаткам следует отнести образование загрязненных ароматическими углеводородами сточных вод.

В работе 1 показано, что адсорбционная осушка бензола на гранулированных цеолитах №А, КА и №Х позволяет достигнуть значений концентрации Н20 на выходе из адсорбера менее 0.003% мас. Там же обнаружено, что по эффективности действия исследованные цеолитсодержащие адсорбенты располагаются в ряд: №А > №Х > КА.

Настоящее сообщение посвящено изучению влияния параметров процесса адсорбционной осушки бензола с использованием гранулированного цеолита №А на его эффективность.

Экспериментальная часть

Опыты по осушке бензола проводили в проточном лабораторном адсорбере с внутренним диаметром 14 мм. Объем загрузки адсорбента составлял 60 см3. Подробное описание методик эксперимента, определения содержания Н20 в исходном и осушенном продуктах приведены в сообщении 1. Для осушки применяли гранулированный цеолит №А без связующего диаметром 2 мм и длиной 4—6 мм производства ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», из которого дроблением и отсевом были приготовлены фракции размерами 0.3—0.5; 0.7—1.0; 1.2—1.5 и 1.7—2.0 мм.

На основании результатов предварительных экспериментов выбраны условия активации и регенерации цеолитсодержащего адсорбента (температура 300 оС, расход азота 0.4 л/мин, продолжительность процесса 4—5 ч). Процесс адсорбции Н20 из бензола на цеолите №А исследовали при следующих значениях режимных параметров: температура (1) 20—60 оС; концентрация воды в бензоле, поступающем на осушку, (СН0) 0.01—0.055 % мас.; объемная скорость подачи сырья (W) 0.5—10 ч-1. При 60 оС и выше опыты не проводили, т. к. азеотроп бензол-вода начинает кипеть при 69 оС, а температура кипения бензола 80 оС.

В работе 2 показано, что при линейных скоростях потока более 0.25 м/с подвод вещества к гранулам не лимитирует скорость адсорбции, поэтому эксперименты проводили при подобных скоростях.

По результатам опытов рассчитывали полную динамическую емкость цеолита (aL) по формуле:

aL=gL 100/G , г Н20/г цеолита (1) где: gL — масса воды, адсорбированной цеолитом к моменту совпадения концентрации Н2О на входе в адсорбер (Сн 0, % мас.) и выходе из него Сн 0, % мас.), г;

О — масса цеолита, г

Некоторые опыты проводили только до достижения С“0, равной 0.006% мас. (С — предельно-допустимая концентрация воды в осушенном бензоле на установках ал-килирования бензола пропиленом).

Динамическую емкость цеолита до достижения С (аъ) рассчитывали по формуле:

аъ=дъ 100/0 , г Н20/г цеолита

где: дъ — масса воды, адсорбированной цеолитом к моменту достижения С , г

Степень осушки (X) рассчитывали по формуле:

* =

Дата поступления 12.07.06 62 Башкирский химический журнал. 2006. Том 13. .№ 4

Результаты и их обсуждение

Результаты адсорбционной осушки бензола на фракциях цеолита №А различного размера при 20 оС, С"Н0 = 0.05% мас. и Ш = 10 ч-1 приведены в табл. 1. Видно, что минимальная достигаемая концентрация Н20 в осушенном бензоле (Ст™о ) увеличивается при переходе от мелких к более крупным частицам, т. е. степень осушки уменьшается.

Аналогично изменяется аь- Такое изменение результатов адсорбции обусловлено тем, что в частицах меньших размеров диффузия адсорбата в поры цеолита происходит быстрее, чем у крупных частиц. Следовательно, при прочих равных условиях адсорбционная емкость в частицах фракции 0.3-0.5 мм должна быть выше, что и подтверждается экспериментом. Установлено, что дальнейшее уменьшение размера частиц цеолита до 0.2 мм не влияет на степень осушки.

В табл. 2 показано влияние температуры осушки на динамическую емкость цеолита №А при СНо = 0.05% мас. и Ш = 10 ч-1. Видно, что с увеличением температуры процесса от 20 до 60 оС динамическая емкость цеолита №А до насыщения уменьшается с 16.7 до 14.3 г Н20/г цеолита. На рис. 1 показано влияние продол-

Таблица 1

Влияние размеров частиц цеолита NaA на результаты процесса адсорбционной осушки бензола

Наименование показателей Значение

Размер фракций цеолита, мм 0.3—0.5 0.7—1.0 1.2—1.5 1.7—2.0

С”” , % мае. Н20 ’ 0.0028 0.0033 0.0036 0.004

Динамичеекая емкоеть цеолита, г Н20 /г ц:

аь 17.1 16.3 15.3 14.3

аь 10.3 10 9.6 9.3

Объем оеушенного бензола, л:

до наеыщения цеолита 23.2 22.1 20.7 19.5

0.006 до С ^ Н20 13.4 13 12.5 12.2

Таблица 2

Влияние температуры на результаты процесса адсорбционной осушки бензола цеолитом NaA

Наименование показателей Температура

20 °С 40 оС 60 оС

С™ , % мае. Н20 ’ 0.0035 0.0037 0.004

Динамичеекая емкоеть аь, г Н20 /г ц 16.7 15.8 14.3

Динамичеекая емкоеть аь, г Н20 /г ц 10.5 10.2 9.3

У- у- -,0.006 Объем бензола, оеушенного до Сно , л 13.35 13 12.2

жительности адсорбции на степень осушки при разных температурах. Видно, что при повышении температуры уменьшается продолжительность периода осушки, в течение которого

/''*вых

обеспечивается требуемая . Таким образом из полученных результатов (табл. 2, рис. 1) следует, что повышение температуры приводит к уменьшению эффективности адсорбционной осушки бензола.

X

Продолжительность, ч

Рис. 1. Влияние продолжительности адсорбции на степень осушки С = 0.05% мас. и Ш = 10 ч-1

Н20

1, 2 и 3 - 20, 40 и 60 оС, соответственно

Башкирский химический журнал. 2006. Том 13. №> 4

63

В табл. 3 показано влияние объемной скорости подачи сырья на степень осушки бензола и Сно при і = 20 оС и С"н2о = 0.05% мас. Видно, что с увеличением объемной скорости подачи бензола от 0.5 до 10 ч-1, степень осушки бензола падает с 0.96 до 0.92, а С увеличивается с 0.002% мас. до 0.004% мас., из-за уменьшения времени контакта сырья с адсорбентом.

Таблица 3

Влияние объемной скорости подачи сырья на степень осушки бензола

Наименование показателей

Объемная скорость подачи, ч-1 0.5 1 2 3 10

Степень осушки 0.96 0.956 0.946 0.934 0.92

С"" , % мас. И2о 0.002 0.0022 0.0027 0.0033 0.004

Для оценки стабильности эксплуатационных характеристик цеолита №А без связующего были проведены эксперименты, в которых многократно проводили осушку бензола при 20 оС, С;о = 0.05% мас. и W = 10 ч-1 до достижения С' , затем адсорбент регене-

рировали в токе азота при 300 оС в течение 4 ч. Обнаружено, что у исследуемого образца после пятнадцати циклов адсорбционная емкость уменьшилась на 10% отн.

Таким образом, в результате проведенных исследований обнаружено, что при адсорбционной осушке бензола с начальным содержанием Н20 = 0.05% мас. в интервалах изменения температур от 20 до 60 оС и объемной скорости подачи сырья от 0.5 до 10 ч-1 достигается остаточная концентрация Н20 (не выше

0.003. мас.) в течение 12 ч без регенерации адсорбента.

Установлено, что максимальная продолжительность межрегенерационного пробега цеолита №А при осушке бензола до требуемой остаточной концентрации Н20 равна 56 ч и достигается при 20 оС, объемной скорости подачи сырья 1 ч-1.

Следует отметить, что исследованный цеолит №А без связующего проявил высокую стабильность адсорбционных свойств в процессе адсорбция-десорбция и после пятнадцати циклов его адсорбционная емкость уменьшилась на 8-10 % отн.

Литература

1. Климов А. А., Ахметов А. Ф. // Баш. хим. ж.-2006.- Т. 13, № 2.- С. 26.

2. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники.- М: Химия, 1984.- 592 с.

64

Башкирский химический журнал. 2006. Том 13. .№ 4