Исследование процесса адсорбционной очистки природных газов на цеолите СаХ

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Исследование процесса адсорбционной очистки природных газов

на цеолите СаХ Юсубов Ф. В.1, Байрамова А. С.2

'Юсубов Фахраддин Вали оглы / Yusubov Fakhraddin Vali oglu - доктор технических наук,

профессор;

2Байрамова Айгюн Сеймур кызы / Bayramova Aygun Seymur qizi - докторант, инженер, кафедра нефтехимической технологии и промышленной экологии, химико-технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика

Аннотация: исследованы коэффициенты диффузии О; при различных значениях высоты слоя адсорбента СаХ. С увеличением высоты слоя адсорбента значение коэффициента диффузии О; существенно возрастает. По высоте адсорбера изменяются также значения технологических параметров адсорбционной очистки природных газов, определяющих оптимальный режим процесса. Ключевые слова: природные газы, адсорбция, цеолит СаХ, тонкая очистка, модель, высота работающего слоя, коэффициенты диффузии.

В01: '0.2086'/23'2-8267-20'6-24-002

Как известно, представители 195 стран поддержали новое рамочное климатическое соглашение ООН, которое закрепляет основные принципы и архитектуру глобальных действий на период с 2020 года. Правила выполнения соглашения предстоит разработать в течение нескольких лет.

Это начало нового этапа глобальных действий по выбросам парниковых газов и адаптации к изменениям климата. Согласно климатическому соглашению ООН требует в промышленных предприятиях внедрения. Сначала отчетность о выбросах парниковых газов и стимулирующее внедрение наилучших доступных технологий [1].

В свете сказанного особую роль играют процессы очистки природных газов, в частности адсорбционных процессов в неподвижном слое адсорбента СаХ. Высота работающего слоя является важным показателем адсорбционного процесса, определяющим степень обработки емкости слоя адсорбента. Увеличение скорости потока, исходной концентрации адсорбтива, температуры процесса и диаметра зерна сопровождается возрастанием высоты работающего слоя [2]. Высота слоя адсорбента лимитируется прочностью гранул и сопротивлением слоя адсорбента [3 - 6].

Увеличение высоты слоя адсорбента улучшает показатели установки. Однако при увеличении высоты слоя адсорбента более 10 м, растет гидравлическое сопротивление.

Данная статья посвящена математическому моделированию адсорбционной очистки природных газов на цеолите СаХ.

При проведении практических расчетов, оптимизации и проектировании адсорбционных процессов важную роль играет расчет значения коэффициентов диффузии. Расчет значения

дХ

коэффициента диффузии определяется по закону Фика: т = — О;  F  р —

ОТ

где, р- плотность, X - концентрация адсорбата, F - поверхность пор адсорбента СаХ.

Таблица 1. Зависимость коэффициента диффузии от времени

№ I, мин Ы28 СО2 | N0*

Коэф< шциент диффузии .10-15, см2/мин

1 20 196 162 28

2 40 152 135 21

3 60 124 101 17

4 80 105 82 15

5 100 87 74 13

6 120 76 43 11

7 140 57 36 9

8 160 33 21 6

9 180 18 10 3

10 200 8 3 1

Таблица 2. Численные значения коэффициента диффузии при различных значениях высоты слоя адсорбента

№ T, мин 50 100 150

Высота работающего слоя, см

1 20 122 196 302

2 40 106 152 291

3 60 87 124 274

4 80 74 105 233

5 100 58 87 199

6 120 47 76 174

7 140 29 57 139

8 160 12 33 96

9 180 5 18 49

10 200 1 8 18

Численные значения коэффициента диффузии Dj в зависимости от времени приведены в таблице 1. Видно, что в зависимости от времени значения коэффициента диффузии D j изменяются в широких пределах. Исследованы такжекоэффициенты диффузии D j при трех значениях высоты слоя адсорбента 50, 100, 150 см. Численные значения коэффициента диффузии D j при трех значениях высоты слоя адсорбента приведены в таблице 2.

Из данных таблицы 2 видно, что с увеличением высоты слоя адсорбента значение коэффициента диффузии D j существенно возрастает. Численные значения коэффициента диффузии Dj увеличиваются в следующих последовательностях по компонентам: NOx, СО2, H2S. Самое высокое численное значение коэффициента диффузии Dj имеет H2S^ самый низкий NOx. Следовательно, по высоте адсорбера также изменяются значения технологических параметров адсорбционной очистки природных газов, определяющих оптимальный режим процесса. Это, безусловно, необходимо учитывать при проектировании и оптимизации самого процесса.

Литература

1. Конференция ООН по проблемам климата. Париж, 12.12.2015.

2. Владимиров А. И., Молоканов Ю. К., Скобло А. И., Щелкунов В. А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. Москва: Недра, 2000. 677 с.

3. Горбатенко Ю. А. Адсорбция примесей токсичного газа из загрязненного воздуха. Екатеринбург, 2014. 47 с.

4. Chunfeng Song, Yasuki Kausha, Masanori Oshizuka, Qian Fu, Atsushi Tsutsuni. Chemical Engineering and Processing. Process Intensification, 2015.

5. Benjamin S. F., Roberts C. A. Three-dimensional modeling of NOx and particulate traps using CFD: A porous medium approach Applied Mathematical Modeling 31 (2007) 2446-2460. [Электронный ресурс]. URL: http: //dx, doi, org/ 10.1016/j.cep 2015.03.008.

6. Max Hefti, Dorian Marx, Lisa Joss, Marco Massotti. Adsorption equilibrium of binary mixtures of Carbon dioxide and nitrogen on zeolites ZSM-5 and 13X Microporous and Mesoporous Materials, 6 june 2015-11-11.