Дешевый микропористый

Вот это сочетание — ?дешевый микропористый? — сразу наводит на размышления. В запросах клиентов оно мелькает часто, и каждый раз я мысленно вздрагиваю. Потому что знаю, что за этим обычно стоит желание получить ?просто какой-нибудь сорбент? подешевле, без понимания, что микропористость — это не абстрактный параметр, а конкретная структура пор, определяющая, какие молекулы туда вообще попадут. И дешевизна здесь почти всегда достигается за счет сырья и активации. Вспоминается случай с одним цехом по очистке газов, купившим партию такого ?бюджетного? микропористого угля — через две недели давление в системе подскочило, адсорберы просто забились пылью. Оказалось, прочность на истирание была ниже всяких норм. Вот и вся экономия.

Микропористость — это не просто ?мелкие поры?

Начнем с базового, но часто упускаемого из виду. Когда говорят ?микропористый?, многие представляют себе просто очень мелкие поры. На деле, согласно классификации IUPAC, это поры шириной менее 2 нанометров. И вот здесь ключевой момент: такая структура идеальна для адсорбции летучих органических соединений, некоторых газов. Но! Если нужна адсорбция более крупных молекул или в условиях высокой влажности, упор только на микропоры — путь в никуда. Нужен баланс с мезопорами.

Дешевые варианты часто грешат тем, что имеют высокий общий объем пор, но этот объем формируется за счет неконтролируемой активации. Получается много пор, но их размерный ряд хаотичен. В итоге — хорошие цифры в паспорте по йодному числу (которое, кстати, в основном и характеризует микропористость), но на практике — быстрое снижение динамической активности. Уголь ?выдыхается? не потому, что поры заполнились, а потому что доступ к ним заблокирован.

При производстве, например, дробленого активированного угля из каменного угля, которым занимается ООО Шэньму Тянье Экологические Технологии (их сайт — tianye-environmental-protection-technology.ru — хорошо структурирован именно под технические вопросы), контроль за фазой активации — это святое. Можно сэкономить, сократив время активации или взяв более дешевое сырье с высоким зольным остатком. Получится тот самый дешевый микропористый продукт. Но его зольность потом будет катализировать нежелательные реакции в адсорбере, а неоднородность гранул приведет к каналообразованию.

Где и почему ищут дешевый микропористый уголь?

Основной запрос идет от небольших производств, которые только внедряют системы очистки, или от тех, кто пытается снизить себестоимость существующего процесса. Часто это сфера очистки воздуха от легких растворителей, небольшие лакокрасочные участки. Им кажется, что раз загрязнитель простой (тот же толуол), то подойдет любой микропористый уголь. Логика вроде бы есть, но она не учитывает реальные условия: наличие паров воды, температуру потока, возможные примеси.

Был у меня опыт консультации для небольшого гальванического цеха. Они искали дешевый микропористый уголь для доочистки воздуха. Я настоятельно рекомендовал провести хотя бы элементарный анализ состава газовоздушной смеси. Не послушали, купили первую попавшуюся недорогую партию. Через месяц — жалобы на запах. Оказалось, в смеси была кислота, которую уголь с низким pH и высокой зольностью не просто не адсорбировал, а вступал с ней в реакцию. В итоге пришлось менять не только уголь, но и часть пластиковой обвязки, которую пары разъели.

Здесь стоит отметить, что специализированные производители, как упомянутая компания, обычно предлагают не просто уголь, а консультацию. В их описании продукции — активированный уголь из каменного угля дробленый и крупной фракции — уже заложено понимание, что фракция влияет на гидравлическое сопротивление и кинетику адсорбции. Крупная фракция — не для того, чтобы сэкономить на дроблении, а для работы с высокоскоростными потоками. Об этом в погоне за дешевизной забывают.

Подводные камни ?экономии?: прочность и регенерация

Один из главных параметров, на котором экономят, — механическая прочность. Для микропористого угля это критично. Процесс создания микропор (чаще всего паровая активация) ослабляет стенки гранул. Дешевые марки после транспортировки и засыпки дают огромное количество мелочи и пыли. Эта пыль забивает сетки, увеличивает перепад давления. В системах с принудительной тягой вентиляторы начинают работать на износ.

На своей практике сталкивался, когда клиент купил дешевый уголь для рекуперации растворителей. Адсорбер был рассчитан на несколько циклов регенерации паром. После первой же регенерации угольная пыль попала в конденсатор, а потом и в линию возврата конденсата. Получился эмульсионный кошмар. Систему пришлось останавливать на полную промывку. Экономия на загрузке обернулась недельным простоем и затратами на сервис.

Регенерация — вообще отдельная тема. Настоящий качественный микропористый уголь, особенно из каменного угля, выдерживает multiple циклы реактивации без критической потери активности. Дешевые аналоги после 2-3 циклов резко теряют емкость. И если в паспорте пишут ?пригоден для регенерации?, это еще не значит, что он сохранит свои свойства. Нужно смотреть на исходную прочность и стабильность гранулометрического состава. Информация об этом часто есть у прямых производителей, например, на сайте ООО Шэньму Тянье Экологические Технологии, где акцент делается на производственном контроле.

Сырье как основа: почему каменный уголь — не панацея и не экономия

Многие считают, что раз уголь сделан из каменного угля, то он априори дешевле и проще. Это заблуждение. Каменный уголь как сырье дает высокую плотность и, как следствие, хорошую прочность. Но чтобы развить в нем именно контролируемую микропористую структуру, нужна сложная подготовка шихты и многостадийная активация. Если это упростить, получится просто пористый, но не эффективный именно для тонкой очистки материал.

В свое время мы экспериментировали с разными поставщиками. Брали так называемый ?эконом-класс? микропористого угля на основе каменного угля. Лабораторные тесты по йодному числу показывали норму. Но когда стали снимать изотермы адсорбции по азоту, увидели, что распределение пор по размерам имеет ?провал? как раз в области 1-2 нм — то есть самых ценных микропор. Фактически, это был уголь с развитой переходной пористостью, который плохо улавливал целевые легкие молекулы. Производитель, видимо, гнался за высоким показателем по бензолу, но перестарался с активацией.

Специализированная компания, фокусирующаяся на активированном угле, обычно работает с определенными марками угля-сырца, имеющими предсказуемые свойства. Из описания ООО Шэньму Тянье Экологические Технологии понятно, что они производят и дробленый, и крупную фракцию — это говорит о наличии грохочения и контроля за гранулометрией, что уже отсекает самое дешевое кустарное производство. Для действительно эффективного микропористого продукта это необходимо.

Итог: когда ?дешевый микропористый? может быть оправдан?

Ситуации бывают разные. Иногда такой уголь можно рассматривать как одноразовую загрузку для разовой задачи — например, устранение последствий небольшой аварийной разливки. Или для процессов, где требования к степени очистки невысоки, а основной критерий — абсорбция больших объемов неагрессивных паров на коротком цикле. Но даже здесь нужно проверять его на пыление и статическую активность хотя бы по эталонному веществу.

Главный вывод, который я сделал за годы работы: запрос на дешевый микропористый активированный уголь — это почти всегда сигнал к диалогу. Нужно выяснить, что на самом деле стоит за этим запросом: желание сэкономить на капитальных затратах, неудачный предыдущий опыт с дорогими марками или просто непонимание технологии. Часто оказывается, что клиенту нужен не самый дешевый, а оптимальный по цене/качеству продукт с четкими гарантиями по ключевым для его процесса параметрам.

Поэтому сейчас, когда слышу такой запрос, первым делом спрашиваю про условия процесса и аналитику. А потом уже могу посоветовать обратиться к профильным производителям, где техподдержка понимает суть вопроса. Как, например, к тем, кто, как ООО Шэньму Тянье Экологические Технологии, прямо заявляет о специализации на активированном угле. У них на сайте видно, что продуктовая линейка сфокусирована — это обычно значит, что они глубоко знают свойства своего угля, а не торгуют всем подряд. И это уже полдела в поиске не просто дешевого, а адекватного решения.