वाष्प पुनर्प्राप्ति में सक्रिय कार्बन का अनुप्रयोग

दशकों से, हाइड्रोकार्बन वाष्प पुनर्प्राप्ति ईंधन लोडिंग कार्यों का एक अनिवार्य हिस्सा रहा है। चूंकि 1990 के दशक में वाष्प पुनर्प्राप्ति इकाइयों (वीआरयू) की बड़े पैमाने पर स्थापना शुरू हुई, इसलिए इसका सिद्धांतसक्रिय कार्बन सोखना और उसके बाद वैक्यूम पुनर्जननअधिकांश अनुप्रयोगों के लिए सर्वोत्तम उपलब्ध तकनीक के रूप में उभरी है। अनुमान है कि दुनिया भर में 95% से अधिक नवनिर्मित वीआरयू इस प्रक्रिया को अपनाते हैं। उचित ढंग से डिज़ाइन किए जाने पर, वैक्यूम {{3}पुनर्जीवित सक्रिय कार्बन सिस्टम न्यूनतम रखरखाव आवश्यकताओं के साथ भी उच्च दक्षता, लागत {4}प्रभावशीलता, सुरक्षा और असाधारण विश्वसनीयता प्रदान करते हैं।

 

 

प्रक्रिया अवलोकन

वीआरयू में उपचारित वाष्प हवा और वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (वीओसी) का मिश्रण है, जिसमें आमतौर पर मात्रा के हिसाब से 20-50% वीओसी होता है। वीओसी अणुओं में हल्के यौगिक होते हैं जो गैसोलीन, कच्चे तेल या इसी तरह के पदार्थों की लोडिंग के दौरान वाष्पित हो जाते हैं। वाष्प सक्रिय कार्बन के एक बिस्तर से होकर गुजरता है, जिसमें लाखों छिद्रों से बना एक विशाल सतह क्षेत्र होता है।वीओसी उपचार के लिए दानेदार सक्रिय कार्बनयहां व्यापक रूप से एक क्लासिक सोखना माध्यम के रूप में उपयोग किया जाता है, जहां वीओसी घटक कमजोर अंतर-आणविक बलों (यानी, वैन डेर वाल्स बलों) के माध्यम से छिद्र की दीवारों का पालन करते हैं। इस सोखने की प्रक्रिया के दौरान सक्रिय कार्बन या वीओसी अणुओं में कोई रासायनिक परिवर्तन नहीं होता है। अपनी उच्च सोखने की क्षमता के कारण, सक्रिय कार्बन वीआरयू से हाइड्रोकार्बन उत्सर्जन को बेहद निम्न स्तर तक कम कर सकता है।

एक वीआरयू में दो या अधिक सक्रिय कार्बन बेड शामिल होते हैं जो सोखना/पुनर्जनन चक्र में काम करते हैं, प्रत्येक चक्र आमतौर पर 10-15 मिनट तक चलता है।वीओसी उपचार के लिए दानेदार सक्रिय कार्बनविश्वसनीय चक्रीय प्रदर्शन के लिए आमतौर पर ऐसी बहु-बिस्तर प्रणालियों में तैनात किया जाता है। पुनर्जनन चरण के दौरान, एक वैक्यूम पंप कार्बन बिस्तर के अंदर दबाव को 40-80 एमबार तक कम कर देता है। कम दबाव संतुलन को बदल देता है, जिससे वीओसी और सक्रिय कार्बन के बीच कमजोर बंधन टूट जाते हैं। फिर VOC अणुओं को वैक्यूम पंप के माध्यम से उच्च सांद्रता धारा (मात्रा के अनुसार 95% VOC, आयतन के अनुसार 5% हवा) के रूप में बिस्तर से हटा दिया जाता है। यह धारा एक अवशोषण टॉवर के माध्यम से विपरीत दिशा में बहती है, जहां यह एक अवशोषक (आमतौर पर ताजा गैसोलीन) से संपर्क करती है, और वीओसी घटक ताजा अवशोषक में अवशोषित हो जाते हैं। अवशोषण टावर से बाहर निकलने वाली हवा, जो अभी भी थोड़ी मात्रा में वीओसी से संतृप्त है, को सोखना बिस्तर में प्रवेश करने वाली कच्ची वीओसी फ़ीड गैस के साथ मिलाकर पुनर्नवीनीकरण किया जाता है। यह बिना किसी उत्सर्जन के एक छोटा आंतरिक पुनर्चक्रण बनाता है।

 

 

सक्रिय कार्बन

सामान्य कच्चे माल हैंनारियल का खोल और कोयला, जो अत्यधिक धूल उत्पादन से बचने के लिए उत्कृष्ट सोखने की क्षमता और पर्याप्त यांत्रिक शक्ति के साथ सक्रिय कार्बन उत्पन्न करता है।

कच्चे माल में स्वाभाविक रूप से एक निश्चित डिग्री की सरंध्रता और 10-15 वर्ग मीटर/ग्राम का विशिष्ट सतह क्षेत्र होता है। हालाँकि, सक्रियण के दौरान {{3}आम तौर पर ऑक्सीकरण भाप वातावरण में 800-1100 डिग्री पर किया जाता है {{6}विशिष्ट सतह क्षेत्र बढ़ जाता है1500 m²/g.

सक्रिय कार्बन की सूक्ष्म छिद्रपूर्ण संरचना प्रभावी सोखना सक्षम बनाती है, जबकि मेसोपोर और मैक्रोपोर प्रवाह चैनल के रूप में काम करते हैं। इस प्रकार, सक्रिय कार्बन के लिए न केवल अत्यधिक विकसित आंतरिक सतह क्षेत्र होना महत्वपूर्ण है, बल्कि विभिन्न व्यास के छिद्रों के नेटवर्क के माध्यम से इस सतह तक पहुंच प्रदान करना भी महत्वपूर्ण है।

 

रूप: दानेदारसक्रिय कार्बनबनामनिकला हुआसक्रिय कार्बन

सक्रिय कार्बन दोनों में से एक में उपलब्ध हैदानेदार सक्रिय कार्बनया एक्सट्रूडेड सक्रिय कार्बन। दानेदार सक्रिय कार्बन आम तौर पर अधिक लागत प्रभावी होता है, लेकिन जम जाता है और सघन क्षेत्र बनाता है। इन क्षेत्रों में दबाव में गिरावट अधिक होती है और कार्बन बिस्तर के भीतर उच्च प्रवाह "चैनलिंग" के साथ मृत क्षेत्र बनते हैं। पूरे बिस्तर में असमान सोखना और पुनर्जनन वीआरयू के समग्र प्रदर्शन पर नकारात्मक प्रभाव डालेगा।

एक्सट्रूडेड सक्रिय कार्बनइसे व्यापक रूप से वीआरयू के लिए बेहतर विकल्प के रूप में मान्यता प्राप्त है क्योंकि यह घने मृत क्षेत्रों में बसने का प्रतिरोध करता है। वीआरयू में, एक्सट्रूडेड एक्टिवेटेड कार्बन का व्यास आमतौर पर होता है4 मिमी. महत्वपूर्ण बात यह है कि अलग-अलग व्यास के कार्बन को मिलाने से बचना चाहिए, क्योंकि इससे सघन पैकिंग होती है और बिस्तर का दबाव अधिक गिरता है।

 

सोखना क्षमता और अवशिष्ट सोखना क्षमता

सोखने की क्षमताअतिरिक्त वीओसी के द्रव्यमान को संदर्भित करता है जिसे सक्रिय कार्बन के प्रति इकाई द्रव्यमान में अधिशोषित किया जा सकता है। ताजा कार्बन में आमतौर पर क्षमता होती है30 wt%, जिसका अर्थ है कि 1 किलोग्राम कार्बन पूर्ण संतृप्ति तक पहुंचने से पहले 0.3 किलोग्राम वीओसी को सोख सकता है। कार्बन को उसकी मूल क्षमता में पुनर्स्थापित करने के लिए 1000 डिग्री पर भाप के साथ पुनर्सक्रियन की आवश्यकता होती है, लेकिन इस प्रक्रिया से महत्वपूर्ण कार्बन हानि होती है {{4}कार्बन का अधिकांश भाग धूल के रूप में नष्ट हो जाता है। यह चक्रीय प्रणालियों के लिए अव्यावहारिक है, इसलिए हल्का हैनिर्वात पुनर्जननइसके स्थान पर प्रयोग किया जाता है। वैक्यूम पुनर्जनन के साथ, दीर्घकालिक क्षमता (जिसे भी कहा जाता हैकार्यक्षमता) खनिज का - आधारित सक्रिय कार्बन आम तौर पर आसपास होता है8 वजन%. ताज़ा क्षमता और कार्यशील क्षमता के बीच अंतर को इस प्रकार परिभाषित किया गया हैअवशिष्ट सोखने की क्षमता.

 

सोखने की गर्मी

अधिशोषण एक ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया है। कार्बन बिस्तर के सामान्य चक्रीय संचालन के दौरान, सोखने की गर्मी तापमान को परिवेश से लगभग 10-20 डिग्री तक बढ़ा देती है। अधिक प्रतिक्रियाशील हाइड्रोकार्बन जैसे किटोन और एल्डिहाइड, बिस्तर में काफी अधिक तापमान उत्पन्न करते हैं। कुछ सक्रिय कार्बन (विशेष रूप से लकड़ी आधारित और नारियल खोल आधारित) का खतरा अधिक होता हैबेलगाम उष्म वायु प्रवाहयागर्म स्थान, जिसके लिए वीआरयू को बंद करना, अक्रिय गैस से शुद्ध करना और कड़ी निगरानी में ठंडा करना आवश्यक है। ताजा कार्बन पहली बार वाष्प के संपर्क में आने पर अत्यधिक उच्च प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित करता है, जिससे पर्याप्त गर्मी पैदा होती है। बिस्तर का तापमान लगभग 100 डिग्री तक बढ़ सकता है, इसलिएआरंभिक लोडिंग (पूर्व-कंडीशनिंग)वीआरयू में ताज़ा कार्बन का कार्य योग्य कर्मियों द्वारा किया जाना चाहिए।

बचना एक प्रमुख चिंता का विषय हैधूल, क्योंकि यह दबाव में कमी का कारण बनता है, सतह के छिद्रों को अवरुद्ध करके क्षमता को कम करता है, वैक्यूम और अवशोषण पंपों पर घिसाव को तेज करता है, फिल्टर को रोकता है, और गैसोलीन भंडारण टैंकों में जमा होता है।

वीआरयू संचालन के लिए महत्वपूर्ण मापदंडों के लिए सक्रिय कार्बन के प्रत्येक बैच का परीक्षण किया जाना चाहिए:धूल की मात्रा, नमी की मात्रा, घनत्व, कण आकार, कठोरता और कार्य क्षमता.

 

इष्टतम सक्रिय कार्बन प्रदर्शन को बनाए रखना

उचित रूप से डिज़ाइन किए गए वीआरयू में, सक्रिय कार्बन का आमतौर पर सेवा जीवन होता है10-20 वर्ष. हालाँकि, खराब डिज़ाइन जो अनुकूल परिचालन स्थितियों को बनाए रखने में विफल रहता है, जीवन काल को कम से कम 4-5 साल तक छोटा कर सकता है।

 

कार्बन बेड मूवमेंट

वीआरयू में, वायुमंडलीय दबाव और उच्च वैक्यूम के बीच प्रति घंटे कम से कम चार बार दबाव चक्र होता है। प्रत्येक चक्र की शुरुआत में, वैक्यूम पंप विशोषण सीमा तक दबाव को कम करने के लिए जोर से खींचता है। पुनर्जनन के बाद, बिस्तर को सोखने के लिए तैयार करने के लिए दबाव तेजी से बराबर हो जाता है। जब तक सुरक्षित रूप से नियंत्रित नहीं किया जाता, बार-बार खींचने और संघनन के कारण कार्बन कण एक-दूसरे के खिलाफ रगड़ने लगते हैं और धूल में तब्दील हो जाते हैं। कम - शक्ति वाला कार्बन तेजी से नष्ट होता है, और दानेदार सक्रिय कार्बन अधिक आसानी से सघन गुच्छों में बस जाता है। यहां तक ​​कि उच्च शक्ति वाले खनिज - आधारित एक्सट्रूडेड सक्रिय कार्बन भी धीरे-धीरे धूल में बदल जाता है। उचित वीआरयू डिज़ाइन को कार्बन की गति को रोकना चाहिए और कार्बन पर कार्य करने वाले बलों (वैक्यूम और इक्वलाइज़ेशन) को नियंत्रित/न्यूनतम करना चाहिए।

धूल से प्रेरित द्रव्यमान हानि सक्रिय कार्बन जीवनकाल को सीमित करने वाला एकमात्र सबसे महत्वपूर्ण कारक है और इसे उचित वीआरयू डिज़ाइन के साथ लगभग समाप्त किया जा सकता है।

 

दीर्घकालिक अवशिष्ट सोखना क्षमता

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, अवशिष्ट सोखना क्षमता प्रारंभिक सोखना क्षमता का वह हिस्सा है जिसे वैक्यूम पुनर्जनन के माध्यम से पुनर्प्राप्त नहीं किया जा सकता है। यह वीओसी अणुओं द्वारा स्थायी रूप से कब्जा किए गए छिद्रों का प्रतिनिधित्व करता है जिन्हें वैक्यूम द्वारा हटाया नहीं जा सकता है। किसी भी प्रणाली में समय के साथ अवशिष्ट सोखने की क्षमता धीरे-धीरे बढ़ती है, जिससे कार्य क्षमता धीरे-धीरे कम हो जाती है। कार्बन क्षमता में आम तौर पर सालाना कुछ प्रतिशत अंक की गिरावट आती है। अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए वीआरयू में इस गिरावट की भरपाई के लिए प्रारंभिक सुरक्षा मार्जिन शामिल होता है। एक मजबूत रखरखाव कार्यक्रम में इष्टतम प्रतिस्थापन समय को पहले से निर्धारित करने के लिए नियमित कार्बन नमूनाकरण और विश्लेषण शामिल है।

 

वीआरयू के लिए इष्टतम सक्रिय कार्बन का चयन करना

आदर्श वीआरयू सक्रिय कार्बन के चयन के लिए सबसे महत्वपूर्ण मानदंड इस प्रकार हैं:

वीआरयू सक्रिय कार्बन के लिए मुख्य चयन मानदंड

 

 

कार्बन बेड बाढ़

तरल अवशोषक में सक्रिय कार्बन के विसर्जन से अपरिवर्तनीय क्षति होती है। वाष्प इनलेट और अवशोषण टॉवर पर उच्च-स्तरीय पहचान प्रणालियों के माध्यम से इसे रोकें।

 

कार्बन बेड में एरोसोल प्रवेश

अवशोषण टावर को धुंध एलिमिनेटर से सुसज्जित किया जाना चाहिए, और कार्बन बिस्तर में एयरोसोल के प्रवेश से बचने के लिए वैक्यूम पंप और अवशोषण टावर के माध्यम से प्रवाह दर को नियंत्रित किया जाना चाहिए, इससे सक्रिय कार्बन को अपरिवर्तनीय क्षति होती है।

 

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