在天然气脱重烃(C5+烃类)工艺中,选用的活性炭需要具备特定的物理化学性质,以满足高效吸附大分子重烃的要求。以下是选择活性炭时需要重点关注的核心指标:
1. 孔径分布:
最关键指标。 重烃分子(如戊烷、己烷、苯、甲苯、二甲苯、萘等)的动力学直径较大。
需要活性炭具有发达的中孔结构
2. 孔容积:
高总孔容积 意味着活性炭可以容纳更多的吸附质。
高中孔容积 是吸附大分子重烃能力的直接体现。通常要求中孔容积达到 0.5 cm³/g 或更高。这个指标比单纯的高比表面积更能反映对重烃的吸附能力。
3. 比表面积:
虽然重要,但在脱重烃应用中,比表面积的重要性次于孔径分布和中孔容积。一个具有高比表面积但主要由微孔组成的活性炭,对重烃的吸附效果会很差。
通常,适合脱重烃的活性炭比表面积在 800 - 1200 m²/g 范围内,这个范围内的表面积通常与良好的中孔结构相关联。过高的比表面积(如>1500 m²/g)可能意味着微孔过多,反而不利。
4. 表面化学性质:
重烃主要是非极性或弱极性的有机物。
因此,疏水性、非极性或弱极性的表面更有利于通过范德华力吸附这些分子。这意味着需要低氧含量、低表面官能团的活性炭。
椰壳基或经过适当高温处理的煤质活性炭通常具有这种表面特性,比木质活性炭更适合。
5. 机械强度:
在工业固定床吸附塔中,活性炭需要承受气体流动的压力、床层自身的重力以及可能的压力波动。
高机械强度(高耐磨强度、高抗压强度) 至关重要,以防止活性炭颗粒在运行中破碎产生粉尘,导致床层压降增大、堵塞下游设备甚至污染产品气。常用的强度指标有球盘硬度或耐磨强度。
6. 灰分:
低灰分 是普遍要求。灰分是无机矿物质,不提供吸附能力,反而会占据孔道空间,降低有效吸附容量。高灰分还可能导致粉尘问题或在再生时产生烧结。
7. 水分:
新炭通常含有一定水分。低水分含量 更理想,因为水分会占据活性炭的孔隙,降低其对目标重烃的吸附容量。供应商通常会标明出厂水分含量。
8. 堆密度:
影响吸附塔的设计(装填量、尺寸)和运行成本(运输、更换费用)。在满足其他性能要求的前提下,适中或略高的堆密度 通常意味着更紧密的装填和更高的单位体积吸附容量。
总结关键指标选择要点:
核心:高中孔容积、优化的中孔孔径分布(集中在3-10 nm)。
基础:高机械强度、低灰分。
匹配:疏水性/非极性表面、适当的比表面积(800-1200 m²/g)。
辅助:低水分、合适的堆密度。
常见的适用活性炭类型:
特种煤质活性炭: 通过特定的活化工艺(如催化活化、调整活化条件)可以制造出具有发达中孔结构的煤质炭,是天然气脱重烃最常用的类型之一。
椰壳基活性炭: 天然具有相对较大的孔径和良好的中孔结构,机械强度高,灰分低,也是很好的选择,但成本通常高于煤质炭。
大孔径木质活性炭: 某些经过特殊处理的木质炭也能达到要求,但强度和耐磨性有时不如煤质或椰壳炭。
简而言之,天然气脱重烃应选用具有发达中孔结构、高机械强度、低灰分、疏水表面的特种煤质活性炭或优质椰壳活性炭,孔径分布(尤其是中孔)和强度是最核心的筛选指标。
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