蒸気回収における活性炭の応用

何十年もの間、炭化水素蒸気の回収は燃料積み込み作業に不可欠な部分でした。 1990 年代に蒸気回収装置（VRU）の大規模設置が始まって以来、-活性炭吸着後の真空再生は、大部分のアプリケーションで利用可能な最良の技術として浮上しました。世界中で新しく構築される VRU の 95% 以上がこのプロセスを採用していると推定されています。真空-再生活性炭システムは、適切に設計されていれば、最小限のメンテナンス要件でも高い効率、費用対効果、安全性、優れた信頼性を実現します。{{4}

 

 

プロセスの概要

VRU で処理される蒸気は、空気と揮発性有機化合物 (VOC) の混合物であり、通常、体積で 20 ～ 50% の VOC が含まれています。 VOC 分子は、ガソリン、原油、または同様の物質の積載中に蒸発する軽い化合物で構成されています。蒸気は、数百万の細孔で構成される巨大な表面積を特徴とする活性炭の床を通過します。VOC処理用粒状活性炭ここでは古典的な吸着媒体として広く使用されており、VOC 成分は弱い分子間力 (つまり、ファンデルワールス力) を介して細孔壁に付着します。この吸着プロセス中に、活性炭や VOC 分子に化学変化は起こりません。活性炭はその高い吸着能力により、VRU からの炭化水素の排出を極めて低いレベルまで削減できます。

VRU には、吸着/再生サイクルで動作する 2 つ以上の活性炭ベッドが組み込まれており、各サイクルは通常 10 ～ 15 分間続きます。VOC処理用粒状活性炭信頼性の高い周期パフォーマンスを実現するために、このようなマルチベッド システムに導入されるのが一般的です。{0}再生段階では、真空ポンプが炭素床内の圧力を 40 ～ 80 mbar に減圧します。低圧により平衡が変化し、VOC と活性炭の間の弱い結合が破壊されます。次に、VOC 分子は、真空ポンプを介して高濃度の流れ (VOC 95 体積%、空気 5 体積%) として床から除去されます。この流れは吸収塔を向流に流れ、そこで吸収剤（通常は新しいガソリン）と接触し、VOC 成分が新しい吸収剤に吸収されます。吸収塔から出た空気は、まだ少量の VOC で飽和しており、吸着床に入る生の VOC 供給ガスと混合することによって再利用されます。これにより、排出物を出さずに小規模な内部リサイクルが行われます。

 

 

活性炭

一般的な原材料は、ココナッツの殻と石炭優れた吸着能力と、過剰な粉塵の発生を防ぐのに十分な機械的強度を備えた活性炭が得られます。

原料は本質的にある程度の多孔性と 10 ～ 15 m²/g の比表面積を持っています。ただし、活性化中は-通常、酸化性蒸気雰囲気下で 800 ～ 1100 度で実行されます-。比表面積は 200 以上に増加します。1500 m²/g.

活性炭の微細孔構造により効果的な吸着が可能となり、メソ孔とマクロ孔が流路として機能します。したがって、活性炭にとっては、高度に発達した内部表面積を有するだけでなく、さまざまな直径の細孔のネットワークを通じてこの表面へのアクセスを提供することが重要です。

 

形状: 顆粒活性炭対押し出し成形活性炭

活性炭は次のいずれかで入手できます。粒状活性炭または押出活性炭。粒状活性炭は一般にコスト効率が高くなりますが、沈降して密な領域を形成する傾向があります。-これらの領域では圧力損失が大きく、炭素床内に高流量の「チャネリング」によるデッドゾーンが形成されます。-ベッド全体での不均一な吸着と再生は、VRU の全体的なパフォーマンスに悪影響を及ぼします。

押出活性炭は、密集したデッド ゾーンに落ちにくいため、VRU の優れた選択肢として広く認識されています。 VRU では、押出活性炭の直径は通常、4mm。重要なことは、異なる直径の炭素を混合することは避けなければならないことです。これは、より高密度の充填とより高い床圧力損失につながるからです。

 

吸着容量と残留吸着容量

吸着能力活性炭の単位質量当たりに吸着できる追加の VOC の質量を指します。通常、新鮮な炭素の容量は次のとおりです。30重量%これは、1 kg の炭素が完全に飽和する前に 0.3 kg の VOC を吸着できることを意味します。炭素を元の容量に戻すには 1000 度の蒸気で再活性化する必要がありますが、このプロセスでは大幅な炭素損失が発生し、-炭素の多くは塵として失われます。これは循環システムでは現実的ではないため、よりマイルドな方法です。真空再生代わりに使用されます。真空再生により、長期的な容量（とも呼ばれます）-作業能力) の鉱物-ベースの活性炭は通常約8重量%。新鮮な能力と作業能力の差は次のように定義されます。残留吸着容量.

 

吸着熱

吸着は発熱プロセスです。炭素床の通常の周期動作中、吸着熱により温度が周囲温度より約 10 ～ 20 度上昇します。ケトンやアルデヒドなどのより反応性の高い炭化水素は、床内で著しく高い温度を生成します。特定の活性炭（特に木材-ベースとココナツ殻-ベース）は、次のような影響を受けやすいです。熱暴走またはホットスポットこれには、VRU を停止し、不活性ガスでパージし、厳重な監視の下で冷却する必要があります。新しい炭素は、最初に蒸気にさらされると非常に高い反応性を示し、かなりの熱を発生します。ベッドの温度は約 100 度まで上昇する可能性があるため、初期読み込み（プレコンディショニング）-VRU 内の新しいカーボンの取り込みは、資格のある担当者が行う必要があります。

避けるべき主な懸念事項は、ほこり、圧力損失を引き起こし、表面細孔を塞いで容量を低下させ、真空ポンプや吸収ポンプの摩耗を促進し、フィルターを詰まらせ、ガソリン貯蔵タンクに蓄積するためです。

活性炭のすべてのバッチは、VRU の動作に重要なパラメータについてテストする必要があります。粉塵量、水分率、密度、粒度、硬度、作業能力.

 

活性炭の最適な性能を維持する

適切に設計された VRU では、活性炭の耐用年数は通常、10～20年。ただし、設計が適切でなく、良好な動作条件を維持できないと、寿命が 4 ～ 5 年程度まで短くなる可能性があります。

 

カーボンベッドの動き

VRU では、大気圧と高真空の間で圧力が 1 時間に少なくとも 4 回循環します。各サイクルの開始時に、真空ポンプが強く引かれ、圧力が脱着閾値まで低下します。再生後、圧力は急速に均一化され、吸着床の準備が整います。しっかりと拘束しない限り、この繰り返しの引っ張りと圧縮により、カーボン粒子が互いに擦れ合い、磨耗して粉塵になります。低強度の炭素はより早く劣化し、粒状活性炭はより容易に高密度の塊に沈降します。高強度の-鉱物-ベースの押出活性炭であっても、徐々に磨耗して粉塵になります。適切な VRU 設計では、カーボンの移動を防止し、カーボンに作用する力 (真空と均等化) を制御/最小化する必要があります。

粉塵による質量損失は、活性炭の寿命を制限する唯一の最も重要な要因です。-これは、適切な VRU 設計によってほぼ排除できます。

 

長期残留吸着容量

前述したように、残留吸着容量は、真空再生では回復できない初期吸着容量の部分です。これは、真空では除去できない VOC 分子によって永続的に占有されている細孔を表します。どのようなシステムでも残留吸着能力は時間の経過とともにゆっくりと増加し、作業能力は徐々に低下します。通常、炭素容量は毎年数パーセントずつ減少します。 -適切に設計された VRU には、この低下を補うための初期安全マージンが組み込まれています。堅牢なメンテナンス プログラムには、定期的なカーボン サンプリングと分析が含まれており、最適な交換時期を事前に決定します。

 

VRUに最適な活性炭の選択

理想的な VRU 活性炭を選択するための最も重要な基準は次のとおりです。

VRU 活性炭の主な選択基準

 

 

炭素床の浸水

活性炭を液体吸収剤に浸漬すると、不可逆的な損傷が生じます。これを蒸気入口と吸収塔の高レベル検出システムによって防止します。-

 

カーボンベッドへのエアロゾル同伴

吸収塔にはミストエリミネーターを装備する必要があり、炭素床へのエアロゾルの同伴を避けるために真空ポンプと吸収塔を通る流量を制御する必要があります。-これにより、活性炭に不可逆的な損傷が発生します。

 

粒状活性炭や押し出し活性炭にご興味があり、油蒸気回収に使用したい場合には、お客様のご要望に応じて最適な活性炭をご提案させていただきます。いつでもお気軽にお問い合わせください。お役に立てて光栄です!

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