Очистка активированным углем: не просто черный порошок 

Когда говорят про очистку активированным углем, многие представляют себе фильтр в кувшине или таблетку при отравлении. Но в промышленных масштабах — это совсем другая история. Частая ошибка — считать, что любой уголь подойдет для любой задачи. На деле, если взять не тот, можно не только деньги на ветер выбросить, но и процесс полностью угробить. У нас на объекте как-то попробовали сэкономить, закупили что подешевле для очистки газовых выбросов от растворителей. В итоге адсорбция шла в разы хуже расчетной, уголь ?отрабатывал? за пару недель вместо квартала, и пришлось срочно перезагружать всю систему. Вот с этого, пожалуй, и начну.

Что на самом деле значит ?активированный??

Здесь ключ — в пористой структуре. Не в самом угле, а в том, как его ?раскрыли?. Активация паром или химическая — это создание сети пор разного размера: макро-, мезо- и микропор. Для улавливания летучих органических соединений (ЛОС) критически важны микропоры. Если материал недожгли или пережгли — баланс нарушается, и нужные молекулы просто пролетают мимо.

Вот, к примеру, продукция ООО Шэньму Тянье Экологические Технологии — они как раз делают акцент на активированный уголь из каменного угля. Важный момент — сырье. Каменный уголь дает изначально плотную структуру, и после активации получается продукт с высокой механической прочностью и развитой поверхностью. Это не реклама, а наблюдение: для стационарных адсорберов, где идет постоянный продув газовым потоком, прочность — это вопрос срока службы. Рассыпавшийся в пыль уголь забьет систему.

Поэтому их дробленый уголь — это не просто ?куски помельче?. Фракционный состав подбирается под скорость потока и требуемое сопротивление. Мелкая фракция дает больше контакта, но и больше перепад давления. Крупная — наоборот. Нужно искать золотую середину под конкретный вентилятор и требования по очистке.

Где чаще всего ошибаются при проектировании системы

Самая распространенная ошибка — игнорирование влажности. Активированный уголь, особенно на основе каменного, хоть и гидрофобен, но при высокой относительной влажности газа (выше 70-80%) вода начинает конкурировать с целевыми загрязнителями за места в порах. Видел ситуацию на лакокрасочном производстве: выбросы после окрасочной камеры, температура нестабильная, конденсат. Уголь намокал, и эффективность падала катастрофически. Пришлось ставить предварительный охладитель и влагоотделитель.

Вторая ошибка — не считать тепловыделение. Адсорбция — экзотермический процесс. При концентрированных выбросах, скажем, паров ацетона, слой угля может ощутимо разогреваться. Если не предусмотреть достаточную теплоотводящую способность корпуса или интервалы регенерации, можно получить проблемы, вплоть до риска возгорания. Это не страшилка, а реальный инцидент, о котором в отрасли знают.

И третье — забывают про ?проскок?. Адсорбер работает не до полного насыщения, а до момента, когда на выходе концентрация достигает ПДК. Настройка системы мониторинга на этот ?проскок? — это уже высший пилотаж эксплуатации. Часто ставят датчики только на входе, экономят, а потом гадают, почему на выходе периодически ?пахнет?.

Про регенерацию и ?одноразовость?

Многие считают, что отработанный уголь — это всегда отход. Не всегда. Для некоторых применений, особенно где адсорбируются ценные компоненты (например, в химическом синтезе), уголь регенерируют. Чаще всего — перегретым паром. Но тут есть нюанс: после каждой регенерации часть пор безвозвратно теряется, уголь ?садится?. Обычно допускают 2-3 цикла, после чего активность падает ниже экономически целесообразного уровня.

Для стандартной очистки воздуха от ЛОС на средних предприятиях чаще используют одноразовые картриджи или засыпку, которую потом утилизируют как отход IV класса. Важно правильно оценить объем: если загрязнитель простой, типа углеводородов, и концентрация не зашкаливает, иногда выгоднее менять, чем городить систему регенерации с котлом, конденсатором и системой контроля.

Кстати, о концентрации. Очистка активированным углем эффективна при невысоких и средних концентрациях. Если на входе пара бензола несколько граммов на кубометр — это его история. Если десятки граммов — нужно ставить конденсатор или использовать другие методы, а уголь — на доочистку. Иначе менять его придется каждый день.

Выбор поставщика: на что смотреть кроме цены

Цена за тонну — это только вершина айсберга. Первое — паспорт качества с реальными данными по адсорбционной активности (часто по йоду или бензолу), зольности и прочности на истирание. Брали мы как-то уголь у непроверенного поставщика, дешево. В паспорте все было хорошо, а на практике зольность оказалась высокой. Эта зола потом выносилась потоком и забивала вентилятор. Мелочь, а простой на неделю.

Второе — стабильность параметров от партии к партии. Если сегодня уголь с активностью 95%, а завтра 80%, вам придется постоянно перенастраивать циклы замены. У специализированных производителей, вроде упомянутой ООО Шэньму Тянье Экологические Технологии, с этим обычно строже. Их сайт https://www.www.tianye-environmental-protection-technology.ru — это, по сути, технический портал, где можно сразу уточнить, какие именно фракции и для каких задач они рекомендуют. Это удобно, не нужно по десять раз перезванивать.

И третье — упаковка. Кажется ерундой, но если уголь поставляют в мягких контейнерах (биг-бэгах) без должного внутреннего вкладыша, он может набрать влагу при транспортировке. Приехавшая на объект партия с повышенной влажностью — это сразу минус к эффективности и лишние хлопоты.

Личный опыт и неудачи

Расскажу про один наш проект по очистке сбросных газов от сероводорода (да, углем его тоже можно улавливать, но с модификацией). Использовали импрегнированный уголь. Расчеты были, лабораторные тесты в порядке. Запустили — первые дни все отлично. Потом эффективность стала падать быстрее расчетного. Оказалось, в потоке была повышенная концентрация пыли, которую не доуловили на предыдущей ступени. Частицы пыли забивали поры на входе в гранулу, не давая газу добраться до активных центров внутри. Пришлось срочно дорабатывать предварительный фильтр. Вывод: даже самый лучший активированный уголь — не волшебная палочка. Он — последнее звено в цепочке подготовки потока.

Еще один случай — попытка использовать стандартный дробленый уголь для очистки от паров ртути в одном НИИ. Не сработало. Для ртути нужен специально подготовленный уголь, часто с добавками серы. Это к вопросу о специфике. Универсального решения нет.

Так что, мое итоговое мнение: технология очистки активированным углем — рабочая лошадка в индустрии очистки газов и жидкостей. Но ее успех на 30% зависит от качества самого сорбента (тут важно выбрать правильного производителя, того же Шэньму Тянье, например, если нужен уголь из каменного угля), а на 70% — от грамотного проектирования всей системы, учета всех параметров потока и понимания, что именно и в каких условиях нужно удалять. Без этого даже самый дорогой уголь станет просто черной пылью в аппарате.