Aplicação de Carvão Ativado na Recuperação de Vapor

Durante décadas, a recuperação de vapor de hidrocarbonetos tem sido uma parte indispensável das operações de carregamento de combustível. Desde que a instalação-em grande escala de unidades de recuperação de vapor (VRUs) começou na década de 1990, o princípio deadsorção de carvão ativado seguida de regeneração a vácuoemergiu como a melhor técnica disponível para a grande maioria das aplicações. Estima-se que mais de 95% dos VRUs recém-construídos em todo o mundo adotem este processo. Quando projetados adequadamente, os sistemas de-carvão ativado regenerado a vácuo oferecem alta eficiência,{4}}benefício, segurança e confiabilidade excepcional-mesmo com requisitos mínimos de manutenção.

 

 

Visão geral do processo

O vapor tratado em um VRU é uma mistura de ar e compostos orgânicos voláteis (VOCs), normalmente contendo 20–50% de VOC por volume. As moléculas de VOC consistem em compostos mais leves que evaporam durante o carregamento de gasolina, petróleo bruto ou substâncias semelhantes. O vapor passa por um leito de carvão ativado, que apresenta uma enorme área superficial composta por milhões de poros.Carvão ativado granular para tratamento de VOCsé amplamente utilizado aqui como um meio de adsorção clássico, onde os componentes de COV aderem às paredes dos poros através de forças intermoleculares fracas (isto é, forças de van der Waals). Nenhuma alteração química ocorre no carvão ativado ou nas moléculas de VOC durante esse processo de adsorção. Devido à sua elevada capacidade de adsorção, o carvão ativado pode reduzir as emissões de hidrocarbonetos dos VRUs para níveis extremamente baixos.

Um VRU incorpora dois ou mais leitos de carvão ativado operando em um ciclo de adsorção/regeneração, com cada ciclo durando normalmente de 10 a 15 minutos.Carvão ativado granular para tratamento de VOCsé comumente implantado em sistemas com vários-leitos para desempenho cíclico confiável. Durante a fase de regeneração, uma bomba de vácuo reduz a pressão dentro do leito de carbono para 40–80 mbar. A baixa pressão altera o equilíbrio, quebrando as ligações fracas entre os VOCs e o carvão ativado. As moléculas de COV são então removidas do leito como um fluxo de alta-concentração (95% de COV por volume, 5% de ar por volume) através da bomba de vácuo. Esta corrente flui em contracorrente através de uma torre de absorção, onde entra em contato com um absorvente (geralmente gasolina nova), e os componentes do VOC são absorvidos pelo absorvente fresco. O ar que sai da torre de absorção, ainda saturado com uma pequena quantidade de VOCs, é reciclado misturando-o com o gás de alimentação de VOC bruto que entra no leito de adsorção. Isto cria uma pequena reciclagem interna sem emissões.

 

 

Carvão Ativado

As matérias-primas comuns sãocasca de coco e carvão, que produzem carvão ativado com excelente capacidade de adsorção e resistência mecânica suficiente para evitar geração excessiva de poeira.

As matérias-primas possuem inerentemente um certo grau de porosidade e uma área superficial específica de 10–15 m²/g. No entanto, durante a ativação-geralmente realizada entre 800 e 1.100 graus em uma atmosfera de vapor oxidante-a área de superfície específica aumenta para mais de1500 m²/g.

A estrutura microporosa do carvão ativado permite uma adsorção eficaz, enquanto os mesoporos e macroporos servem como canais de fluxo. Assim, é fundamental que o carvão ativado não apenas tenha uma área de superfície interna altamente desenvolvida, mas também forneça acesso a esta superfície através de uma rede de poros de diâmetros variados.

 

Forma: GranuladoCarvão Ativadovs.ExtrudadoCarvão Ativado

O carvão ativado está disponível emCarvão Ativado Granularou Carvão Ativado Extrudado. O carvão ativado granular geralmente é mais econômico-, mas tende a se assentar e formar regiões densas. Essas regiões têm maior queda de pressão e criam zonas mortas com "canalização" de alto-fluxo dentro do leito de carbono. A adsorção e regeneração desiguais no leito impactarão negativamente o desempenho geral do VRU.

Carvão Ativado Extrudadoé amplamente reconhecido como a escolha superior para VRUs porque resiste à fixação em zonas mortas densas. Em VRUs, o carvão ativado extrudado normalmente tem um diâmetro de4mm. É importante evitar a mistura de carbonos de diâmetros diferentes, pois isso leva a um empacotamento mais denso e a uma maior queda de pressão do leito.

 

Capacidade de Adsorção e Capacidade de Adsorção Residual

Capacidade de adsorçãorefere-se à massa de COV adicionais que podem ser adsorvidos por unidade de massa de carvão ativado. O carbono fresco normalmente tem uma capacidade de30% em peso, o que significa que 1 kg de carbono pode adsorver 0,3 kg de COV antes de atingir a saturação total. Restaurar o carbono à sua capacidade original requer reativação com vapor a 1.000 graus, mas esse processo causa perda significativa de carbono-grande parte do carbono é perdida na forma de poeira. Isto é impraticável para sistemas cíclicos, portantoregeneração a vácuoé usado em seu lugar. Com a regeneração a vácuo, a capacidade-de longo prazo (também chamadacapacidade de trabalho) de carvão ativado-de base mineral normalmente fica em torno8% em peso. A diferença entre capacidade fresca e capacidade de trabalho é definida comocapacidade de adsorção residual.

 

Calor de Adsorção

A adsorção é um processo exotérmico. Durante a operação cíclica normal do leito de carbono, o calor de adsorção aumenta a temperatura em aproximadamente 10–20 graus acima da temperatura ambiente. Hidrocarbonetos mais reativos, como cetonas e aldeídos, geram temperaturas significativamente mais altas no leito. Certos carvões ativados (especialmente à base de-madeira e casca de coco-) são mais propensos afuga térmicaoupontos quentes, o que exige o desligamento do VRU, a purga com gás inerte e o resfriamento sob supervisão rigorosa. O carbono fresco exibe reatividade extremamente alta quando exposto pela primeira vez ao vapor, gerando calor substancial. As temperaturas do leito podem subir até cerca de 100 graus, então ocarregamento inicial (pré-condicionamento)de carbono novo em um VRU deve ser realizada por pessoal qualificado.

Uma preocupação fundamental a evitar épó, pois causa perdas por queda de pressão, reduz a capacidade ao bloquear os poros superficiais, acelera o desgaste das bombas de vácuo e de absorção, obstrui os filtros e se acumula nos tanques de armazenamento de gasolina.

Cada lote de carvão ativado deve ser testado quanto aos parâmetros críticos para a operação do VRU:teor de poeira, teor de umidade, densidade, tamanho de partícula, dureza e capacidade de trabalho.

 

Mantendo o Desempenho Ideal do Carbono Ativado

Em um VRU adequadamente projetado, o carvão ativado normalmente tem uma vida útil de10–20 anos. No entanto, um projeto deficiente que não consegue manter condições operacionais favoráveis ​​pode reduzir a vida útil para apenas 4 a 5 anos.

 

Movimento do leito de carbono

Nos VRUs, a pressão alterna entre a pressão atmosférica e o alto vácuo pelo menos quatro vezes por hora. No início de cada ciclo, a bomba de vácuo puxa fortemente para reduzir a pressão até o limite de dessorção. Após a regeneração, a pressão é rapidamente equalizada para preparar o leito para adsorção. A menos que sejam contidos com segurança, esse puxão e compactação repetidos fazem com que as partículas de carbono se esfreguem umas nas outras, transformando-se em pó. O carbono-de baixa resistência se degrada mais rapidamente e o carbono ativado granular se deposita em aglomerados mais densos mais rapidamente. Mesmo o carvão ativado extrudado com base em minerais-de alta resistência-se transforma gradualmente em pó. O projeto adequado do VRU deve impedir o movimento do carbono e controlar/minimizar as forças (vácuo e equalização) que atuam sobre o carbono.

A-perda de massa induzida pela poeira é o fator mais importante que limita a vida útil do carvão ativado-e pode ser quase eliminada com o projeto adequado do VRU.

 

Capacidade de adsorção residual-de longo prazo

Conforme observado anteriormente, a capacidade de adsorção residual é a porção da capacidade de adsorção inicial irrecuperável através da regeneração a vácuo. Representa poros permanentemente ocupados por moléculas de VOC que não podem ser removidas por vácuo. A capacidade de adsorção residual aumenta lentamente ao longo do tempo em qualquer sistema, reduzindo gradualmente a capacidade de trabalho. A capacidade de carbono normalmente diminui alguns pontos percentuais anualmente. VRUs-bem projetados incorporam uma margem de segurança inicial para compensar esse declínio. Um programa de manutenção robusto inclui amostragem e análise regulares de carbono para determinar antecipadamente o momento ideal de substituição.

 

Selecionando o carvão ativado ideal para VRUs

Os critérios mais críticos para selecionar o carvão ativado VRU ideal são os seguintes:

Principais critérios de seleção para carvão ativado VRU

 

 

Inundação de leito de carbono

A imersão de carvão ativado em absorvente líquido causa danos irreversíveis. Evite isso por meio de sistemas de detecção de alto-nível na entrada de vapor e na torre de absorção.

 

Arrastamento de aerossol no leito de carbono

A torre de absorção deve ser equipada com um eliminador de névoa, e as taxas de fluxo através da bomba de vácuo e da torre de absorção devem ser controladas para evitar o arrastamento de aerossóis no leito de carbono-isso causa danos irreversíveis ao carvão ativado.

 

Se você estiver interessado em Carvão Ativado Granular ou Carvão Ativado Extrudado e quiser usá-los para recuperação de vapor de óleo, podemos recomendar o carvão ativado mais adequado para você com base em suas necessidades. Fique à vontade para entrar em contato conosco a qualquer momento. Ficamos honrados em poder ajudá-lo!

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