Отделение углеводородов от активированного угля как пористого вещества в процессе регенерации гликоля сверхкритическим диоксидом углерода

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 19910 (2022) Цитировать эту статью

1129 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Исправление издателя к этой статье было опубликовано 14 декабря 2022 г.

Эта статья обновлена

Активированный уголь используется в промышленности; их стоимость является основным препятствием для их более широкого применения. Регенерация активированного угля необходима для минимизации эксплуатационных затрат и потерь продукта. Сверхкритический диоксид углерода (SC-CO2) как зеленая технология использовался для регенерации активированного угля. В этой работе методология поверхности отклика была использована для оптимизации процесса сверхкритической регенерации и оценки влияния эксплуатационных параметров, включая давление (100–300 бар), температуру (313–333 К), скорость потока (2–6 г/мин). ) и динамическое время (30–150 мин) на выход регенерации. Максимальный выход регенерации (93,71%) был достигнут при 285 бар, 333 К, 4 г/мин и 147 мин. Математическое моделирование проведено с использованием двух однопараметрических кинетических моделей, хорошо согласующихся с экспериментальными данными. Подгоночный параметр модели был получен с использованием алгоритма дифференциальной эволюции. Химический состав веществ, выделенных из активированного угля, идентифицирован методом газовой хроматографии. Результаты показали, что регенерация активированного угля с помощью SC-CO2 может быть альтернативой традиционным методам.

Активированный уголь признан одним из широко применяемых адсорбентов для нанесения покрытий распылением1, пищевой промышленности2, биомассы3, фармацевтической промышленности4, химической промышленности5, очистки сточных вод6 нефтяной7 и атомной промышленности8, а также обработки гликолем для удаления органических и летучих органических соединений (ЛОС). загрязняющие вещества в газовой промышленности9. Активированный уголь используется в системах очистки и осушки природного газа с использованием таких жидкостей, как амины и гликоли10,11. Традиционные методы регенерации активированного угля включают термическое испарение12, химическую экстракцию13, ультразвук14, микроволновую печь15, электрохимическую16 и биорегенерацию. Эти методы имеют ряд недостатков, таких как потеря углерода, повреждение его пористой структуры, обработка выхлопных газов, химическая регенерация с использованием растворителей не обязательно приемлемы, поскольку дополнительное разделение и экологические проблемы, а также биорегенерация требуют длительного времени реакции для регенерации. В последнее время сверхкритические жидкости (СКЖ) привлекли широкое внимание во многих областях, и была изучена регенерация активированного угля как одно из применений этой технологии17. Уникальные характеристики СКФ сделали эти растворители привлекательными. В частности, плотность растворителя и, следовательно, его растворяющие свойства можно контролировать, изменяя давление и температуру. Кроме того, жидкоподобная плотность и газоподобная вязкость в сочетании с коэффициентами диффузии, которые как минимум на порядок выше, чем у жидкостей, способствуют интенсификации процессов массопереноса18,19,20,21,22,23. Среди различных веществ лучшим выбором является диоксид углерода, поскольку он является экологически чистым растворителем, обладающим такими преимуществами, как нетоксичность и высокая химическая стабильность.

Регенерация активированного угля с использованием СКФ изучалась несколькими исследователями. ДеФилиппи и др. заметили, что сверхкритическая регенерация была экономичной, даже несмотря на то, что рабочая температура и давление превышали 387 К и 150 атм соответственно. Они предложили модель локального равновесия (изотерма Фрейндлиха), хорошо согласующуюся с экспериментальными данными24. Регенерацию активированного угля, содержащего фенол, с использованием сверхкритического диоксида углерода изучали Кандер и Паулайтис25. Они обнаружили, что сверхкритический диоксид углерода не дает существенных преимуществ для регенерации углерода, содержащего фенол. Однако они предположили, что для органических соединений, которые не сильно адсорбируются активированным углем, сверхкритический диоксид углерода может быть мощным адсорбентом. Тан и Лиу исследовали десорбцию активированного угля, загруженного либо этилацетатом, либо толуолом, сверхкритическим диоксидом углерода. Они представили, что этот метод регенерации даст лучшие результаты, чем метод паровой регенерации, и, соответственно, представили модель линейной кинетики десорбции, которая, как было обнаружено, достаточно хорошо соответствует экспериментальным данным17,26.