Adsorptionsreinigung von Gasen. Merkmale der Gas- oder Dampfadsorption an einem festen Adsorptionsmittel

Adsorptionsgasreinigung

Die Methode basiert auf der Fähigkeit einiger Feststoffe, gasförmige Bestandteile aus Gasgemischen selektiv zu absorbieren. Im Gasgemisch vorhandene verunreinigte Gas- oder Dampfmoleküle sammeln sich an der Oberfläche oder in den Poren des Feststoffmaterials. Der aus der Gasphase aufgenommene Stoff wird genannt Adsorptionsmittel, und eine feste Substanz, auf deren Oberfläche oder Poren die Adsorption einer absorbierten Substanz erfolgt – Adsorptionsmittel. Die Gasphase, in der sich die extrahierte Komponente befindet, ist das Trägergas, und nachdem die extrahierte Komponente in den adsorbierten Zustand übergegangen ist, wird sie als Trägergas bezeichnet Adsorbat.

Bewerben Sie sich in diesem Fall:

1) wenn andere Methoden unwirksam sind;

2) Die Schadstoffkonzentration ist sehr gering und aufgrund der erheblichen Kosten oder Gefahren ist eine garantierte Rückgewinnung der extrahierten Verunreinigung erforderlich. Mit der Adsorptionsmethode werden SO 2, Kohlenwasserstoffe, Chlor, Schwefelwasserstoff, Schwefelkohlenstoff und andere aus Abgasen entfernt.

Das Adsorptionsphänomen ist auf das Vorhandensein anziehender Kräfte zwischen den Molekülen des Adsorptionsmittels und dem Adsorptionsmittel an der Grenzfläche zwischen den Kontaktphasen zurückzuführen. Die Übertragung von Schadstoffmolekülen vom Trägergas auf die Oberflächenschicht des Adsorbens erfolgt, wenn die Anziehungskräfte des Adsorbens größer sind als die Anziehungskräfte, die von den Trägergasmolekülen auf das Adsorbens wirken. Die Moleküle der adsorbierten Substanz, die sich an die Oberfläche des Adsorbens bewegen, verringern ihre Energie, was zur Freisetzung von Wärme führt, etwa 60 kJ/mol (klein). Die Anziehungskräfte sind unterschiedlich – physikalisch oder chemisch und werden daher unterschieden:

Physikalische Adsorption – bei der die Wechselwirkung von Schadstoffmolekülen mit der Oberfläche des Adsorbens durch schwache dispergierte induktive Kräfte (Van-der-Wals-Kräfte) bestimmt wird. In diesem Fall gehen die adsorbierten Moleküle keine chemische Wechselwirkung mit den Molekülen des Adsorbens ein und behalten ihre Individualität.

Die physikalische Adsorption zeichnet sich durch eine hohe Prozessgeschwindigkeit, geringe Bindungsfestigkeit und geringe Wärmeentwicklung aus. Mit steigender Temperatur nimmt die Menge der physikalisch adsorbierten Substanz ab und eine Erhöhung des Drucks führt zu einer Erhöhung der Adsorptionsmenge. Der Vorteil liegt in der einfachen Reversibilität des Prozesses durch:

a) Druck reduzieren

b) Temperaturanstieg. Adsorbierte Moleküle werden ohne Veränderung leicht desorbiert chemische Zusammensetzung und das regenerierte Adsorptionsmittel kann wiederholt verwendet werden. Der Prozess kann zyklisch durchgeführt werden, wobei die Phase der Absorption und Freisetzung der extrahierten Komponente abgewechselt wird.

Chemische Adsorption – basiert auf der chemischen Wechselwirkung zwischen dem Adsorbens und der adsorbierten Substanz. Die dabei wirkenden Kräfte sind viel größer und die freigesetzte Wärme stimmt mit der Wärme der chemischen Reaktion überein und beträgt 20 - 400 kJ/mol.

Hauptunterschiede:

)Adsorbensmoleküle, die leicht eine chemische Wechselwirkung eingehen, werden fest auf der Oberfläche und in den Poren des Adsorbens gehalten;

) Die Reaktionsgeschwindigkeit ist bei niedrigen Temperaturen gering, nimmt jedoch mit steigender Temperatur zu.

Beide Adsorptionsarten gehen jedoch miteinander einher. Höchster Wert zur Gasreinigung verfügt über physikalische Adsorption.

Industrielle Adsorptionsmittel

Jeder Feststoff hat eine Oberfläche und ist daher potenziell ein Adsorptionsmittel.

In der Technik werden Adsorbentien mit einer hochentwickelten inneren Oberfläche verwendet, die durch (Sintern), Synthese und spezielle Verarbeitung gewonnen werden.

Adsorbentien müssen Folgendes haben:

− große dynamische Kapazität (Schutzwirkungszeit);

− große spezifische Oberfläche;

− Selektivität;

− thermische und mechanische Stabilität;

− Regenerationsfähigkeit;

− einfache Herstellung;

− niedrige Kosten;

Dies sind Aktivkohlen, Kieselgele, Zeolithe, Tonmineralien, poröse Gläser und andere.

Adsorptionskapazität von Adsorbentien (Aktivität)

Es dient zur Bestimmung der Gerätegröße und der Effizienz der Gasreinigung.

Es gibt statische und dynamische Kapazitäten des Adsorbens. Dimension [Gramm absorbierte Substanz/pro 100g. Adsorbens oder mol/g]

Die statische Kapazität gibt an, wie viel Substanz ein Adsorbens unter Gleichgewichtsbedingungen adsorbieren kann.

Die dynamische Kapazität entspricht der von der Adsorbensschicht aufgenommenen Substanz vom Beginn des Prozesses bis zum Beginn des „Durchbruchs“ des Adsorbens, d. h. wenn Spuren von Adsorptionsmittel im Trägergas auftreten, das die Adsorptionsmittelschicht verlässt.

Die Adsorptionskapazität hängt von der Art des Stoffes ab und nimmt mit zunehmender Oberfläche, Porosität und abnehmender Porengröße zu. Sie nimmt zu: mit zunehmender Schadstoffkonzentration im Trägergas; Druck im System. Mit zunehmender Temperatur und Luftfeuchtigkeit nimmt die Adsorptionsfähigkeit ab, daher werden sie vor der Verwendung getrocknet. Ein gutes Adsorptionsmittel verliert auch bei Hunderten und Tausenden von Zyklen nicht an Aktivität.

Die Adsorptionsgasreinigung ist am effektivsten bei der Verarbeitung großer Gasmengen mit geringem Verunreinigungsgehalt, beispielsweise zur Feinreinigung von Prozessgasen von Schwefelverbindungen und Kohlendioxid sowie bei der Entfernung von Dämpfen giftige Substanzen und Karzinogene. Der Einsatz ist am sinnvollsten, wenn es darum geht, den Gehalt an Verunreinigungen auf mehrere Teile pro Million oder noch weniger zu reduzieren. Beispielsweise können Schadstoffe mit starkem Geruch erkannt werden, wenn ihr Gehalt in der Luft etwa 100 ppb beträgt notwendig, um die Konzentration noch weiter zu senken.

Die Wirksamkeit von Adsorptionssystemen wird hauptsächlich durch die Eigenschaften des Adsorptionsmittels bestimmt, das:

− eine hohe Adsorptionskapazität haben;

− eine hohe Selektivität aufweisen;

− eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen;

− regeneriert sich gut;

− niedrige Kosten haben.

Adsorbentien werden in drei Gruppen eingeteilt:

) unpolare Feststoffe, an deren Oberfläche physikalische Adsorption stattfindet.

) polar - chemische Adsorption erfolgt ohne Veränderung der Struktur der Gasmoleküle und der Oberfläche des Adsorbens.

) Stoffe, an deren Oberfläche rein chemische Adsorption stattfindet und die nach einer chemischen Reaktion Gasmoleküle desorbieren und ersetzt werden müssen.

Das gebräuchlichste unpolare Adsorptionsmittel ist Aktivkohle, die aus gleichartigen neutralen Atomen besteht und eine Oberfläche mit einer gleichmäßigen Ladungsverteilung auf molekularer Ebene aufweist.

Ausgegeben:

) für Wohnungslüftungsanlagen AG, KAU, SKT. Korngröße 1 - 6 mm, ρ n =380 - 600 kg/m3.

Rückgewinnungskohlen AR, ART, SKT - 3.

) Molekularsiebkohlen MSC.

Die von 1 g Adsorbens im Gleichgewichtszustand adsorbierte Gasmenge hängt von der Art des Adsorbens und Adsorbats sowie von Temperatur und Druck ab. Abhängigkeit der Masse (m) der adsorbierten Schadstoffe vom Adsorbat (Aktivkohle) bei t=const.

Die Adsorptionsisotherme zeigt, dass die im Gleichgewicht adsorbierte Stoffmenge mit steigender Temperatur abnimmt, da es sich bei der Adsorption um einen exothermen Prozess handelt.

Die Regeneration des Adsorbens umfasst:

Desorption, Trocknung, Kühlung

a) thermisch (160 ÷ 170°)

b) wann hohe Temperaturen(300 - 400°)

c) Verschiebung (kalt)

Berechnung von Adsorbern

Die wichtigsten zu bestimmenden Größen sind: der Durchmesser des Apparats und die Höhe des Wortes der Sorbensschicht zu einer bestimmten Prozesszeit.

)zulässige fiktive Gasgeschwindigkeit (Geschwindigkeit im freien Abschnitt)

ω 0 = (0,016 r ρ us d e g / ρ g) 0,5

d e - äquivalenter Granulatdurchmesser, m,

ρ g - Gasdichte, kg/m 3,

ω 0 ≤ 0,3 m/s.

Poröse Struktur von Adsorbentien

Die poröse Struktur hat einen erheblichen Einfluss auf die Adsorptionseigenschaften des Sorptionsmittels.

Die Sorptionsoberfläche umfasst:

äußere Oberfläche, abhängig von der Anzahl der Makroporen und beträgt 0,5 ÷ 2,0 m 2 / h, d.h. 2,0 ÷ 0,5 % der Gesamtfläche;

die innere Oberfläche, die von den Wänden der Mikroporen gebildet wird. Sie kann 500 ÷ 1000 m 2 / h betragen.

Oberfläche des porösen Körpers:

N A – Avagadros Nummer,

a m ist der Adsorptionswert, der der Bedeckung der Oberfläche mit einer kontinuierlichen Monoschicht adsorbierter Moleküle entspricht,

S m – Fläche, die von einem adsorbierten Molekül eingenommen wird,

S m = 1,53 · V 2/3, V ist das Molvolumen der adsorbierten Substanz.

S m N2 = 1,62 m 2.

Die Gesamtporosität eines Feststoffs kann durch seine Dichte bestimmt werden.

Es gibt wahre (ρ ist), scheinbare (ρ kazh) und Massendichten (ρ us) poröser Körper.

Richtig – die Masse einer Volumeneinheit eines dicht gepackten Körpers (der keine Poren enthält).

Scheinbar – Masse pro Volumeneinheit eines porösen Körpers, einschließlich Porenvolumen, jedoch ohne das Volumen der Hohlräume zwischen den Körnern.

Masse – die Masse einer Volumeneinheit eines porösen Körpers, einschließlich des Volumens einer dichten Substanz, des Porenvolumens und des Hohlraumvolumens zwischen den Körnern.

Gesamtporenvolumen:

V ∑ = 1∕ρ jeweils = - 1∕ρ Quelle, g∕cm 3 .

Aktivkohle ρ Quelle, = 1750 ÷ 2100 ρ jeweils = 500 ÷ 1000 ρ us = 200 ÷ 600

Weiches körniges Kieselgel ρ ist = 2100 ÷ 2300 ρ jeweils = 1300 ÷ 1400 ρ us = 800 ÷ 850

Grobkörniges Kieselgel ρ ist = 2100 ÷ 2300 ρ jeweils = 750 ÷ 850 ρ us = 500 ÷ 600

Zeolithe ρ Quelle = 2100 ÷ 2300 ρ jeweils = 1200 ÷ 1400 ρ us = 600 ÷ 800

Eigenschaften des Adsorbens

Aktivkohle- Sorptionsmittel organischen Ursprungs (aus Kohle, Torf, Holzmaterialien, Abfällen aus der Papierproduktion, Tierknochen, Nussschalen, Fruchtsamen usw.).

Zuerst wird das Ausgangsmaterial einer Wärmebehandlung bei t = 600 ÷ 900°C unterzogen, Feuchtigkeit und Harze verdampfen aus den Kohlen, und dann wird es aktiviert, um Porosität zu verleihen – behandelt mit Dampf, Gasen oder chemischen Reagenzien (CO, CO 2, NH 3, Wasserdampf) bei t = 800 ÷ 900°С. Durch Messung der Temperatur, der Aktivatorzufuhrrate und der Aktivierungszeit werden Marken von Aktivkohlen mit unterschiedlichen Adsorptions- und Struktureigenschaften erhalten: BAU, DAK, AR - A, AR - B, CAD, SKT - 1,2,3,4. Das Hauptmerkmal ist ρ us, und Fraktionszusammensetzung. Hergestellt in Form von Granulat mit einem Durchmesser von 2 ÷ 5 mm, H › Durchmesser. Manchmal werden sie in kleinere Fraktionen von 0,15 ÷ 2,5 mm zerkleinert und zur Gasreinigung mit stationärer Bewegung und einer Adsorptionsschicht verwendet.

Kohlenstaub d fr< 0,15 мм - для очистки веществ в жидкой фазе. БАУ - Березовский активный уголь, АГ - гранулированный активный уголь, АР - активный уголь рекуперационный. КАУ - косточковый, СКТ - уголь сернистокалиевой активации.

Für die Reinigung Gasemissionen Zum Einsatz kommen (Lüftungs-)Marken AG, KAU. SKT sowie Kohlen aus Polymermaterialien und Molekularsiebkohlen (MSC) weisen eine hohe Adsorptionsaktivität im Bereich niedriger Schadstoffkonzentrationen auf und zeichnen sich durch eine erhöhte Festigkeit aus, beispielsweise ACS (hergestellt aus Uranpolymer).

Negative Eigenschaften – Entflammbarkeit, Oxidation bei t = 250°C, um die Brandgefahr zu verringern, werden der Kohle Kieselgele zugesetzt.

Kieselgele sind hydratisierte amorphe Gele, die durch die Reaktion von flüssigem Glas und Schwefelsäure gewonnen werden. Dies ist ein mineralisches Adsorptionsmittel, ein Reaktionsprodukt (SiO 2 nH 2 O) d fr = 0,2 ÷ 7 mm in Form von Körnern,

ρ us = 0,2 ÷ 7 g∕cm 3.

Günstiges Sorptionsmittel, hohe mechanische Abriebfestigkeit, niedrige Temperatur Regeneration (110–120 °C), dient zum Trocknen von Gasen und zum Einfangen organischer Schadstoffe.

Kieselgel, das in einer sauren Umgebung gewonnen und mit angesäuertem Wasser gewaschen wird, hat kleine Poren. Im alkalischen Milieu - großporig.

Abhängig von der Kornform:

− klumpiges Kieselgel (unregelmäßig geformte Körner);

− körnig (kugelförmige oder ovale Körner).

- für Prozesse mit Wirbelschicht - 0,1 ÷ 0,25 mm

― mit einer beweglichen Schicht - 0,5 ÷ 2,0 mm

― mit einer stationären Schicht - 2,0 ÷ 7,0 mm

Nachteil - Zerstörung der Körner unter dem Einfluss von tropfender Feuchtigkeit

Aluminiumgele - Al 2 O · n · H 2 O – aktive Aluminiumoxide sind wie Kieselgele hydrophile Adsorbentien, sie haben eine entwickelte Struktur, eine große Oberfläche und eignen sich zum Trocknen von Gasen, zum Einfangen von Kohlenwasserstoffen und Fluor. Sie sind wasserbeständiger. Sie sind in der Lage, 4 bis 10 % Wasserdampf aus ihrer eigenen Masse aufzunehmen.

Zeolithe(aus dem Griechischen: kochende Steine). Alle oben besprochenen Adsorbentien haben eine unregelmäßige Struktur, sodass Moleküle unterschiedlichster Größe in ihre Poren eindringen und dort verbleiben können, d. h. Sie verfügen nicht über eine selektive Adsorption – das ist ihr Nachteil.

Adsorbentien mit einer streng regelmäßigen porösen Struktur können Moleküle gleicher Größe selektiv adsorbieren – das sind natürliche Mineralien Siderit, Faujasit, Erionit, Glabazit, Mordenit usw. Durch Wärmebehandlung werden sie in ein Adsorbens mit hoher Porosität, großer Oberfläche und Gleichmäßigkeit umgewandelt Porengrößen. In der Natur gibt es nur wenige natürliche Zeolithe, sie sind mit Verunreinigungen verunreinigt, daher wurden etwa 100 Arten von Zeolithen für den industriellen Einsatz synthetisiert.

Die am besten geeigneten Zeolithe sind KA, NaA, CaA, NaX, CaX. Der erste Buchstabe entspricht dem Kation, das die Gitterladung kompensiert (K +, Na +, Ca +), der zweite - der Art des Kristallgitters.

Zeolithe sind einzigartige Adsorptionsmittel, die Ammoniak, SO 2, Acetylen, H 2 S, CO 2 usw. entfernen.

Regeneration von Adsorbentien

Bei der Regeneration werden adsorbierte Stoffe aus den Poren entfernt. Die Wirksamkeit des Reinigungsprozesses hängt von der Qualität und Geschwindigkeit der Freisetzung des adsorbierten Stoffes aus dem Adsorbens ab.

Adsorptionsmethoden:

― thermisch (Erhöhung der Temperatur der Adsorptionsschicht auf 110 – 130 °C – bei normaler und 300 – 400 – erhöhter Temperatur);

- Verdrängungsdesorption (bei 30 - 80°C);

- Desorption mit dem Feld des akuten Wasserdampfes kommt derzeit häufiger vor.

Auslegungen von Adsorptionsanlagen

) Periodische Adsorbentien mit einer festen (stationären) Absorberschicht.

Gaszufuhr von oben nach unten (oder umgekehrt). Bei Bedarf wird das Adsorptionsmittel schichtweise mit einer Ringschicht aus Adsorptionsmittel auf die Regale gelegt.

Um einen kontinuierlichen Prozess durchzuführen, werden mindestens zwei Geräte installiert.

) Die erste Stufe ist die Adsorption

) Desorption – die Gaszufuhr wird gestoppt und Dampf zugeführt. Durch die Erwärmung des Adsorbens kommt es zur Desorption der absorbierten Bestandteile, die zusammen mit Dampf aus der Trennvorrichtung entfernt werden

) Trocknen des Adsorptionsmittels – Dampfzufuhr unterbrechen und Heißluft zuführen

) Kühlung – es wird kalte Luft zugeführt.

Adsorptionsgasreinigung

Berechnung von Adsorptionseinheiten

Es besteht darin, die Konstruktionsabmessungen (Durchmesser, Höhe), das Volumen des Adsorptionsmittels, die Zeit der Schutzwirkung des hydraulischen Widerstands und einige andere Größen zu bestimmen.

Wobei V Г der Volumenstrom des Schwellengemisches m 3 ∕s ist,

Geschwindigkeit bezogen auf den freien Abschnitt des Apparates, m ∕s.

Für Geräte mit fester Schicht = 0,25 ÷ 0,3 m ∕s.

) Volumen des Adsorbens zur einmaligen Beladung des Geräts

n y – Anzahl der Übertragungseinheiten;

ß y - volumetrischer Stoffübergangskoeffizient, kg ∕m 3 s.

oder

u n, u k – die Anfangs- und Endkonzentration des Adsorptionsmittels im Dampf-Gas-Gemisch,

x, y – aktuelle Konzentrationen von Adsorbat im Feststoff und Adsorptionsmittel in der Dampf-Gas-Phase, kg ∕m 3,

x x, y x - Gleichgewichtskonzentrationen des Adsorbats, kg∕m 3.

Die Gleichung kann durch grafische Integration gelöst werden. Bei einer Reihe von „y“-Werten erstellen wir einen Graphen in den Koordinaten 1∕(y – y *) – y und ermitteln dann durch Messung der Fläche des krummlinigen Trapezes den Wert des gewünschten Integrals unter Berücksichtigung der Skalen: M 1 = l 1 ∕h 1 und M 2 = l 2 ∕h 2 ,

l 1 - Ordinatenwert 1∕(y - y *),

h 1 - der Wert derselben Ordinate in mm,

l 2 - der Wert der Abszisse im Diagramm y,

h 2 - der Wert derselben Abszisse in mm.

Um den Graphen zu erstellen, der zur Ermittlung der Anzahl der Übertragseinheiten verwendet wird, muss der Wert von y x (x x) bestimmt werden. Dazu ist es notwendig, Adsorptionsisothermen (Linie 2) und die Betriebslinie des Prozesses (Linie 1) zu konstruieren. Adsorptionsisotherme (Gleichgewichtskurve0 bei t = const dient als Hauptcharakteristik des Prozesses und 0 = f(p),

und 0 ist statische Aktivität,

p - Partialdruck.

Es gibt eine Clapeyron-Gleichung zwischen der Konzentration der adsorbierten Substanz in der Gasphase und ihr:

Kg∕m 3 .

Die Adsorptionsisotherme wird auf der Grundlage experimenteller (oder Referenz-)Daten erstellt. Um eine Arbeitslinie zu konstruieren, müssen die Koordinaten von mindestens zwei Punkten bekannt sein, die den Betriebsbedingungen des Prozesses entsprechen.

Wenn beispielsweise y n, y k und x n angegeben sind (Anfangskonzentrationen der extrahierten Komponente in der Festphase), dann wird die Endkonzentration des Adsorptionsmittels in der Festphase x k aus der Gleichung bestimmt:

Das Volumen des mit Adsorbens gesättigten Adsorbens pro Zeiteinheit (Größe der Arbeitsschicht).

,m 3∕ s,

Aus der Adsorptionsisotherme wird der Wert x* (Gleichgewichtskonzentration des Adsorbats in der festen Phase) ermittelt, der dem angegebenen Wert „y“ entspricht. Da wir die Koordinaten (·)A (x n;y k) und (∙)B (x k;y n) kennen, tragen wir sie in das Diagramm ein und verbinden sie mit einer Geraden.

Um x *, y * zu bestimmen, setzen wir die Werte von „y“ im Intervall y n - y k. Wenn die Senkrechte vom Anfangspunkt (∙) y n bis zum Schnittpunkt mit der Gleichgewichtslinie 2 bis (∙) Г fortgesetzt wird und projiziert auf die x-Achse erhalten wir die Gleichgewichtsverbindung des Adsorbats in der festen Phase x * bei einem gegebenen Wert y n. Wenn die Adsorptionsisotherme unbekannt ist, kann sie aus der Adsorptionsisotherme der Standardsubstanz konstruiert werden. Der Wert der Adsorptionswerte wird nach folgender Formel neu berechnet:

,

Isotherme Ordinate einer Standardsubstanz (normalerweise Benzol), kg/kg,

Ordinate der ermittelten Isotherme, kg/kg,

V 1, V 2 - Molvolumina der Standard- und Testsubstanz im flüssigen Zustand,

M ist die Molmasse der Substanz, kg/mol,

Affektivitätskoeffizient,

Dichte des Stoffes im flüssigen Zustand, kg/m3.

Als Adsorptionsmittel wählen wir Aktivkohle der Sorte AR-A, d e = 1,3 ∙ 10 -3 m.

Wir akzeptieren also = 0,28 m/s ,

.

Um eine Adsorptionsisotherme zu konstruieren, verwenden wir ein Monogramm, um den Sättigungsdampfdruck einiger Stoffe zu bestimmen, anhand dessen wir den Partialdruck von Stoffen nach der Formel bestimmen:

(1)

wobei P 1, P 2 - Partialdruck der Standard- und Testsubstanz, mm Hg (Pa),

Р S,1 – gesättigter Dampfdruck einer Standardsubstanz bei absoluter Temperatur (mm Hg),

Р S,2 – gesättigter Dampfdruck der Testsubstanz.

Bei der Berechnung der Isothermenpunkte des untersuchten Stoffes werden die Koordinaten und aus der Kurve des Standardstoffes entnommen, die Werte von Р S,1, Р S,2 werden aus den Tabellen des gesättigten Dampfdrucks entnommen. P 2 - berechnet nach Formel (1).

Wenn wir den Partialdruck in Form der entsprechenden Konzentrationen ausdrücken, erhalten wir:

(2)

Affinitätskoeffizient für Diethylether (Tabelle 36, Kuznetsov).

) gemäß Tabelle 25 (Gleichgewichtsdaten zur Adsorption von Benzoldämpfen und deren Mischung mit Luft an Aktivkohlen , ,

) Bestimmen wir anhand des Diagramms (Seite 115) die Koordinaten der Punkte der Adsorptionsisotherme von Diethylether, Р S,1 - für Benzol - 75 mm Hg (9997,5 Pa), Р S, 2 - für Diethylether - 442 mm Hg (58918,6 Pa).

)Volumen-Stoffübergangskoeffizient:

Volumetrischer Stoffübergangskoeffizient in der Gas- bzw. Festphase, s -1,

m - Verteilungskoeffizient (durchschnittliche Steigung der Gleichgewichtslinie).

Da - normalerweise sehr klein ist, vernachlässigen wir den Wert.

Dabei kommt es auf die hydrodynamische Situation im Apparat und die physikalischen Eigenschaften der Strömung an.

Für orientierte Berechnungen von K y werden Kriteriumsgleichungen verwendet:

Bei Re > 30

Bei Re = 2 - 30

Bei Re< 2

Wo - Nusselt-Diffusionskriterium.

D e – äquivalenter Durchmesser der Adsorptionsmittelkörner, m

,

Gasströmungsgeschwindigkeit, m/s

Porosität der festen Adsorbensschicht,

Dichte, kg/m 3

Dynamische Viskosität, Pa s

- Prandtl-Diffusionskriterium.

)Höhe der festen Adsorptionsschicht im Gerät

,

h - Höhe der Transfereinheit,

Dabei ist G g der Gasmassendurchsatz, kg∕s

S sl - Schichtquerschnitt, m 2

Bilanzgleichungen für absorbierte Materie;

Gleichungen für die Adsorptionskinetik;

Adsorptionsisothermengleichung.

: (für Benzol),

:

Die Adsorptionsisotherme zur Lösung der Gleichungen ist in drei Bereiche unterteilt:

Region - lineare Abhängigkeit zwischen der Gaskonzentration und der Menge der absorbierten Substanz, und es wird üblicherweise angenommen, dass die Adsorptionsisotherme dem Henry-Gesetz gehorcht.

Dann ist die Dauer der Adsorption:

;

wobei y n die Anfangskonzentration der adsorbierten Substanz ist, kg∕m 3

x* – Gleichgewichtsmenge der adsorbierten Substanz, kg∕kg (aus der Adsorptionsisotherme entnommen und mit der Schüttdichte des Adsorptionsmittels multipliziert).

Fläche - krummlinig

Dabei handelt es sich um den Stoffgehalt im Gasstrom, Gleichgewicht mit einer Menge, die der Hälfte des vom Adsorbens bei einer bestimmten Temperatur maximal absorbierten Stoffes entspricht, kg/m 3 .

Bereich - die vom Adsorbens aufgenommene Stoffmenge erreicht einen Grenzwert und bleibt konstant

) Höhe der Stoffübergangszone (Höhe der Arbeitsschicht)

,

Zeit bis zur Gleichgewichtssättigung, Sek

Zeit der Schutzwirkung bei minimaler Durchbruchskonzentration,

ungenutzte Adsorptionskapazität,

) Druckabfall in der Schicht (die Formel ist anwendbar, wenn die Schichtporosität E = 0,4 ist)

∆Р – Druckabfall in der Schicht, kg/m 3

g - 9,81 m/s 2

d e - äquivalenter Korndurchmesser, m

G – Gasmassengeschwindigkeit, kg/(m 2 ∙s)

1)- bei<0,25м/с, ламинарный режим

)- Übergangsbereich

)- in einer Schicht aus Zeolithen

- für Bälle, - für Zylinder

Einsetzen der erhaltenen Werte in die Gleichung

Lassen Sie uns die Partialdrücke als volumetrische Konzentrationen gemäß der Gleichung ausdrücken

0,005125t.k. Re>30, dann 80,23

Genosse BERES beschäftigt sich intensiv mit diesem Thema. Es hat mich auch sehr interessiert, da es auf den ersten Blick schwer ist, die Auswirkungen der Einführung dieser Technologie auf die Entwicklung des Verkehrs in zu überschätzen Erdgas, insbesondere angesichts der Probleme mit flüssigen Kohlenwasserstoffen. Denn im Gastransport wird derzeit das sogenannte CNG eingesetzt.

CNG (Compressed Natural Gas) ist komprimiertes Erdgas (Methan), das als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge verwendet wird. Aufgrund der hohen Kosten oder des Mangels an flüssigen Kraftstoffen sind Autos, die mit komprimiertem Erdgas betrieben werden, derzeit auf der ganzen Welt und insbesondere in Russland immer weiter verbreitet.

Der Großteil der mit CNG betriebenen Fahrzeuge (ca. 70 %) konzentriert sich auf sechs Länder: Iran, Pakistan, Argentinien, Brasilien, China und Indien.

Beispielsweise entspricht 1 Liter flüssiger Kraftstoff energetisch 1 Kubikmeter Methan. Ein Kubikmeter Methan ist 4-7 mal günstiger als 1 Liter flüssiger Kraftstoff.

Trotz aller Vorteile eines solchen Kraftstoffs: seine geringen Kosten, seine Umweltfreundlichkeit, sein geringeres Explosionsrisiko als ein Propan-Butan-Gemisch und sogar Benzin, hat diese Technologie einen großen Nachteil, da das Gas in Flaschen gepumpt und gelagert werden muss hoher Druck(bis zu 200 Atmosphären), was seine Entwicklung einschränkt.

Um dieses Problem zu lösen, muss man entweder LNG (Flüssigerdgas) verwenden, das unter niedrigem Druck gehalten werden kann, aber dann werden alle Vorteile dadurch zunichte gemacht, dass es gekühlt und bei Temperaturen bis zu −160 °C gelagert werden muss. Was natürlich Unsinn ist, oder Sie müssen APG verwenden.

ANG (Adsorbiertes Erdgas) ist Erdgas, das bei einem relativ niedrigen Druck von 30–50 atm an einem porösen Sorptionsmittel adsorbiert wird. (4-mal weniger als CNG) und Temperatur Umfeld(Ich möchte Sie daran erinnern, dass LNG bei -160 °C gelagert wird).

Warum gibt es in dieser Technologie keinen Fortschritt?

Es lohnt sich, diese Dissertation zu lesen, die erst kürzlich im Internet erschienen ist und viele Fragen beantwortet:

www.bmstu.ru/dissertation/content/files/148/dissertation.pdf

Das schreibt BERES:

Die Pindos haben bereits einen Traktor bei APG auf den Markt gebracht, nun, DARPA hat sie zehnmal zugeteilt mehr Geld, als wir brauchen.

Genauer gesagt, ein Rasenmähertraktor. Video hier: https://www.youtube.com/watch?v=pkoEqksmys4.

Methanmoleküle befinden sich in den Poren des Verbundadsorbens bei deutlich geringerem Druck als im freien Volumen. Methan wird einfach freigesetzt, wenn der Druck abgebaut wird. Dies geschieht nicht schlagartig wie beim Pumpen, sondern schnell genug, um dem Motor keine Probleme zu bereiten; er saugt auch nicht sofort den gesamten Kraftstoff an.

Bei der Adsorption wirken Van-der-Waals-Kräfte (Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung).

44 bar (ca. 44 atm) ist der optimale Druck sowohl für die Injektion als auch für die Speicherung; mit steigendem Druck kommt die Adsorption nahezu zum Stillstand, d. h. in den APG-Zylinder passt 4,5-mal mehr Methan als in einen einfachen Zylinder. Und der Druck ist 5-mal geringer = das Gewicht des Eisens selbst ist 5-mal geringer, der Zylinder kann nicht nahtlos, sondern geschweißt und beliebig geformt sein, beispielsweise in den Hohlräumen eines Autos versteckt, ohne nutzbaren Platz einzunehmen. Und so seltsam es für den Durchschnittsmenschen auch erscheinen mag, es bietet im Vergleich zu Benzin, insbesondere Propan-Butan, eine deutlich höhere Brand- und Explosionssicherheit.

Die Dissertation gibt die optimalen Druckgrenzen von 18 bis 57 bar an.

Das Auftanken ist langsam – 20 Minuten. Es gibt jedoch mehr als ein Dutzend Lösungen, um diese Einschränkung zu beschleunigen oder zu umgehen. Zum Beispiel das Kühlen der Flasche während des Betankens – wenn die Betankung mit CNG erfolgt, ist das kein Problem. Oder für alle drei ANG-Flaschen wird eine CNG als Empfänger verwendet – die Betankung erfolgt fast augenblicklich, und dann werden die CNG-Flaschen währenddessen betankt ziehen um. Natürlich müssen Sie bald losfahren und tanken, aber die Reichweite nach zwei kurzen Tankfüllungen ist die gleiche wie mit Benzin. Und das sind die offensichtlichsten Optionen. Natürlich besteht die Gefahr, dass sich keine einzige Option durchsetzt, das ist in der Geschichte der Technik nur allzu oft bekannt.

Methan verschwindet in 20 Minuten zu 98 %, in 40 Minuten zu 100 %. Diese Geschwindigkeit und das Fehlen von Rückständen kann ich mir übrigens noch nicht erklären, aber das ist eine experimentelle Tatsache. Die für dieses Adsorptionsmittel üblichen 293 K sind der schlechteste Bereich; bei niedrigeren und, was am interessantesten ist, bei höheren Temperaturen verbessert sich die Absorption. Graphene, wissen Sie... Sehr seltsames Zeug.

Der theoretische Wert des volumetrischen Index wurde ermittelt Kohlenstoff-Nanoröhren- 161 m 3 ((tnd)/m 3, d. h. 161 Kubikmeter Gas wurden in 1 Kubikmeter Zylinder bei einem Druck von bis zu 50 bar gefüllt. Das ist ein ziemlich hoher Wert, entspricht aber ungefähr Karbid und Anthrazit-Aktivkohle, die günstiger und einfacher herzustellen ist. Es ist möglich, dass BERES einen besseren Indikator erhalten hat.

Ein Stahlzylinder ist praktisch ewig haltbar – die Wände sind dick, es gibt keine chemische Belastung, Wasser und Sauerstoff werden vom Adsorbens absorbiert und mit dem Gas an ihn abgegeben, es entstehen also keine Rostmittel.

Keine Kommentare.

Das Adsorptionsmittel wird aus natürlichen Rohstoffen hergestellt, 15.000 Rubel pro Tonne, kein Mangel. Das Adsorptionsmittel für eine 50-Liter-Flasche wiegt 5 kg.

Wenn ja, dann ist es wirklich günstig!

Die Dissertation zeigt, dass heute Sorptionsmittel entwickelt wurden, die in der APG-Technologie verwendet werden können, aber wie immer gibt es mehrere ABER!

Die Dissertation wirft zwei Hauptprobleme der APG-Technologie auf, die gerade ihrer flächendeckenden Verbreitung entgegenstehen:

1) Thermische Effekte Adsorption und Desorption, d. h. Erhitzen des Sorptionsmittels während der Adsorption von Erdgas und Abkühlen während seiner Desorption.

2) Selektivität der Adsorption, die zu einer ungleichmäßigen Absorption der Bestandteile des Gasgemisches führt, da Erdgas immer Verunreinigungen enthält, die „toxisch“ auf das Sorbens wirken und sich mit jedem Adsorptions-Desorptions-Zyklus immer mehr ansammeln und als Konkurrent dazu wirken Methan.

Und wenn das erste Problem durch technische Methoden relativ einfach gelöst werden kann: Erhöhung der Lade- und Entladezeit des Sorptionsmittels, aktive externe Heizung oder Kühlung je nach Phase des Prozesses, dann ist das zweite Problem nicht so einfach zu lösen! Sie müssen entweder das durch Verunreinigungen „vergiftete“ Sorbens häufig wechseln, was bedeutet, dass es recht günstig ist, oder in der Tankstelle hochreines Methan verwenden, was dazu führt, dass der Reinigungsgrad erhöht werden muss.

Ich denke also, dass es keine Verschwörung gegen die APG gibt. Schließlich verhindert niemand die Einführung von CNG, und das langsame Wachstum des CNG-Marktes lässt sich durch den Mangel an Technologie für seinen Einsatz erklären.

Ebenso wurde APG aufgrund noch größerer Mängel dieser Technologie noch nicht in unser Leben eingeführt.

Wenn diese technischen Mängel plötzlich beseitigt werden, wird der Übergang zu APG im Transportwesen zweifellos ebenso revolutionär sein, wie der Übergang von einer kohlebefeuerten Dampfmaschine zu einem Verbrennungsmotor mit Benzin und Diesel zu Beginn des 20. Jahrhunderts revolutionär war.

Adsorption ist der Prozess der selektiven Absorption eines Gas-, Dampf- oder Lösungsbestandteils durch die poröse Oberfläche eines Feststoffs (Adsorbens). Adsorption dient der Reinigung von Gasen mit einem geringen Gehalt an gas- oder dampfförmigen Verunreinigungen, um sehr niedrige volumetrische Konzentrationen zu erreichen. Adsorption wird verwendet, um Schwefelverbindungen, Kohlenwasserstoffe, Chlor, Stickoxide, organische Lösungsmitteldämpfe usw. aus Gasen und Lüftungsemissionen aufzufangen.

Adsorptionsprozesse sind selektiv und reversibel. Jeder Absorber hat die Fähigkeit, nur bestimmte Stoffe zu absorbieren und andere nicht. Der absorbierte Stoff kann stets durch Desorption vom Absorber abgetrennt werden.

Im Gegensatz zu Absorptionsmethoden ermöglicht die Adsorption die Gasreinigung bei erhöhten Temperaturen.

Die im zu reinigenden Gas befindliche Zielkomponente wird als Adsorbens bezeichnet, die gleiche Komponente im adsorbierten Zustand, d. h. die absorbierte Substanz im Adsorbens, wird als Adsorbat bezeichnet.

Basierend auf der Art der Wechselwirkung des Adsorbats mit der Oberfläche wird zwischen physikalischer und chemischer Adsorption unterschieden.

Die physikalische Adsorption wird durch die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung (Dispersions-, Orientierungs- und Induktionseffekte) bestimmt. Da die intermolekularen Kräfte schwach sind, kommt es bei der physikalischen Adsorption nur zu einer geringfügigen Verformung der adsorbierten Partikel. Bei dieser Art der Adsorption handelt es sich um einen rein physikalischen Vorgang mit einer Aktivierungsenergie von etwa 4,12 kJ/mol. Bei der physikalischen Adsorption werden die absorbierten Moleküle von Gasen und Dämpfen durch Van-der-Waals-Kräfte und bei der Chemisorption durch chemische Kräfte festgehalten. Bei der physikalischen Adsorption wird die Wechselwirkung von Molekülen mit der Oberfläche des Adsorbens durch relativ schwache Kräfte (dispersiv, induktiv, orientierend) bestimmt. Die physikalische Adsorption zeichnet sich durch hohe Geschwindigkeit, geringe Bindungsstärke zwischen der Oberfläche des Adsorbens und dem Adsorbens sowie eine geringe Adsorptionswärme (bis zu 60 kJ/mol) aus.

Die chemische Adsorption (Chemisorption) erfolgt aufgrund der ungesättigten Valenzkräfte der Oberflächenschicht. Dabei können oberflächenchemische Verbindungen entstehen, deren Eigenschaften und Struktur noch wenig verstanden sind. Es ist lediglich bekannt, dass sie sich in ihren Eigenschaften von Massenverbindungen unterscheiden. Bei der Bildung von Oberflächenverbindungen ist die Überwindung der Energiebarriere erforderlich, die üblicherweise bei 40.100 kJ/mol liegt. Da die Chemisorption eine erhebliche Aktivierungsenergie erfordert, wird sie manchmal als aktivierte Adsorption bezeichnet. Bei der physikalischen Adsorption wird die Wechselwirkung von Molekülen mit der Oberfläche des Adsorbens durch relativ schwache Kräfte (dispersiv, induktiv, orientierend) bestimmt. Die physikalische Adsorption zeichnet sich durch hohe Geschwindigkeit, geringe Bindungsstärke zwischen der Oberfläche des Adsorbens und dem Adsorbens sowie eine geringe Adsorptionswärme (bis zu 60 kJ/mol) aus. Die chemische Adsorption beruht auf der chemischen Wechselwirkung zwischen dem Adsorbens und dem adsorbierten Stoff. Die dabei wirkenden Kräfte sind viel größer als bei der physikalischen Adsorption und die freigesetzte Wärme fällt mit der Wärme der chemischen Reaktion zusammen (sie liegt zwischen 20.400 kJ/mol).

Das Ausmaß der physikalischen und chemischen Adsorption nimmt mit steigender Temperatur ab, jedoch kann sich die physikalische Adsorption ab einer bestimmten Temperatur abrupt in eine aktivierte Adsorption umwandeln.

Bei der Adsorption sind sehr hohe Absorptionsraten und eine vollständige Extraktion von Komponenten möglich, deren Isolierung durch Absorption aufgrund ihrer geringen Konzentration im Gemisch nicht möglich wäre.

Die Adsorption ist nach wie vor die wichtigste Methode zur Reinigung von Prozessgasemissionen. Prinzipiell kann die Adsorption genutzt werden, um beliebige Verunreinigungen aus einem Gasstrom zu entfernen. In der Praxis wird sein Anwendungsbereich durch eine Reihe betrieblicher, technischer und wirtschaftlicher Bedingungen begrenzt. Gemäß den Brand- und Explosionsschutzanforderungen dürfen Gase, die explosive Bestandteile enthalten, die 2/3 der unteren Zündkonzentrationsgrenze überschreiten, keiner Adsorptionsbehandlung unterzogen werden.

Die optimalen Schadstoffkonzentrationen in den zur Behandlung zugeführten Gasen liegen im Bereich von 0,02...0,5 % vol. (in Bezug auf Verbindungen mit einem Molekulargewicht von ~ 100). Moderne technische Möglichkeiten erlauben es nicht, die Schadstoffkonzentrationen durch Adsorption auf hygienische Standards zu reduzieren. Ungefähr die minimalen Endkonzentrationen an Schadstoffen, die den akzeptablen Eigenschaften von Adsorptionsvorrichtungen entsprechen, liegen in der Praxis bei 0,002 bis 0,004 % Vol. Daher ist die Adsorptionsreinigung von Gasen mit einem anfänglichen Schadstoffgehalt von weniger als 0,02 % sinnvoll, wenn es sich um ein teures Produkt oder einen Stoff mit hoher Gefahrenklasse handelt.

Die Behandlung von Abgasen mit hoher Anfangskonzentration des Schadstoffs (mehr als 0,2...0,4 % Vol. bezogen auf Verbindungen mit einem Molekulargewicht in der Größenordnung von 100...50) erfordert signifikante Menge Adsorbens und dementsprechend große Abmessungen des Adsorbers. Die Sperrigkeit des Geräts wird auch durch niedrige (bis zu 0,5 m/s) Werte der Strömungsgeschwindigkeit durch die Adsorptionsmittelschicht verursacht, da bei höheren Geschwindigkeiten der Abrieb und die Mitnahme des Adsorptionsmittels stark zunimmt. So können Adsorbensverluste durch Mitreißen bis zu 5 % pro Tag bei Strömungsgeschwindigkeiten von 1...1,5 m/s erreichen.

Die Möglichkeiten des Adsorptionsverfahrens sind jedoch noch lange nicht ausgeschöpft. In einigen Fällen kann damit eine neue Generation von Behandlungssystemen geschaffen werden, die nicht nur zufriedenstellen Hygienestandards, sondern auch wirtschaftliche Anforderungen. Beispielsweise kann die Adsorption in einem zweistufigen Reinigungsschema genutzt werden, um stark verdünnte organische Schadstoffe vorzukonzentrieren, die dann einer thermischen Neutralisierung zugeführt werden. Dadurch kann die Schadstoffkonzentration in Lüftungsemissionen um das Zehnfache erhöht werden.

Die Adsorption kann in einer festen Schicht, einer sich bewegenden (bewegten) Schicht oder einer siedenden (verflüssigten) Adsorptionsschicht erfolgen.

Über die Suche nach Öl und Gas durch adsorbierte Gase von Gesteinen

Zorkin Leonid Matwejewitsch,

Doktor der Geologie und Mineralogischen Wissenschaften

Buschmakin Viktor Alekseevich,

Kandidat der Geologie und Mineralogischen Wissenschaften

April 2008

Vom 25. bis 26. Mai 2005 fand in der Stadt Nowosibirsk das erste gesamtrussische Treffen des 21. Jahrhunderts statt, bei dem es um die Wirksamkeit und Durchführbarkeit des Einsatzes bodengestützter geochemischer Methoden bei der Suche nach Öl und Gas ging. Bei der Sitzung wurde festgestellt, dass in der „Verordnung über die Etappen und Phasen geologischer Erkundungsarbeiten“ keine Regelung geochemischer Methoden als zwingender Bestandteil des geologischen Erkundungsprozesses enthalten ist. Auf dem Treffen wurden eine Reihe von Maßnahmen skizziert, darunter die Entwicklung von Arbeitsvorschriften, insbesondere die Festlegung der Arten von Proben für die Forschung, Methoden und Techniken für ihre Auswahl sowie die Messung informativer Parameter.

Im Jahr 1985 wurde eine Technologie zur Suche nach Mineralien, einschließlich Öl und Gas, unter Verwendung „adsorbierter“ Gase aus Gesteinen vorgeschlagen, die mehr als 20 Jahre lang beworben wurde. „Adsorbierte“ Gase werden nach dem Verständnis der Autoren dieser Technologie aus einer bei 105 0 getrockneten gemahlenen Gesteinsprobe extrahiert, in einem Reaktor mit Argon gespült, dann auf 225 0 erhitzt und 7 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten. Im Jahr 2005 wurde die Idee einer Technologie vorgestellt, die die thermische Desorption von Untergrundsedimentproben nutzt. Der Autor gibt nicht an, bei welcher Temperatur das Gas aus dem Gestein extrahiert wird. Offenbar ist sie recht hoch, wie bei der Verwendung „adsorbierter“ Gase.

Abb.1.

1-2 – Profile verarbeitet mit der Untersuchung von: 1 – HPT-Gasen, 2 – „adsorbierten“ Gasen; 3 - Referenzbrunnen; 4 - tektonische Grenzen. Name der Bauwerke: I – Tokmovsky-Bogen, II – Rjasan-Saratow-Trog, III-Kusnezki-Graben, IV – Zhigulevsky-Pugachevsky-Bogen, V – Melekes-Senke.

Lokalisierung von Profilen und Grenzen von Bauwerken basierend auf Materialien aus dem EP „Spetsgeofizika“ des staatlichen föderalen Einheitsunternehmens „VNIIgeofizika“.

thermischer Vakuumkern mit adsorbiertem Gas

Basierend auf der Untersuchung „adsorbierter“ Gesteinsgase während der regionalen Öl- und Gasexploration in der mittleren Wolgaregion am Tokmovsky-Bogen entwickelte TELLUS CJSC im Jahr 2000 ein Breitengradprofil zwischen den Referenzbohrungen Zubovo-Polyanskaya und Streletskaya mit einer Länge von 310 km. Ein Profil zwischen den Referenzbohrungen Tengushevskaya und Streletskaya, 360 km lang, untersucht von NPP GEO-NT LLC in den Jahren 2005-06. Unter Verwendung der klassischen thermischen Vakuumentgasung (TVD) von Gesteinen, bei der das Gestein im Vakuum (-1 atm.) auf 60 0 erhitzt wird, wird es in die gleiche Richtung nördlich des ersten gestreckt. Der maximale Abstand zwischen den Profilen beträgt 75 km, der minimale mehrere hundert Meter (Abb. 1). Beide Profile befinden sich auf dem Tokmovsky-Bogen. Dadurch war es möglich, die Zusammensetzung und Konzentration dieser und anderer Gesteinsgase in einem relativ begrenzten Gebiet zu vergleichen. Die geophysikalischen Arbeiten an den Profilen wurden vom SP „Spetsgeofizika“ des staatlichen föderalen Einheitsunternehmens „VNIIGeophysics“ durchgeführt. Der Autor war 10 Jahre lang (von 1999 bis 2008) beim föderalen staatlichen Einheitsunternehmen „VNIIYAGG“ und anschließend beim Forschungs- und Produktionsunternehmen „GEO-NT“ tätig und war der verantwortliche Auftragnehmer für geochemische Arbeiten in der Region der Mittleren Wolga Kontakt mit dem OP „Spetsgeofizika“. Es wurden 7.500 km Regionalprofile erarbeitet, darunter das benannte Profil mit einer Länge von 360 km.

Auf den bearbeiteten Profilen wurden Tone der Oberkreide an die Oberfläche gebracht. Zur Untersuchung von HPT-Gasen wurden Proben aus einer Tiefe von 2-3 m entnommen, um dem Einfluss des Bodenhorizonts zu entgehen. Zu diesem Zweck wurden Schneckenbrunnen gebohrt. Zur Untersuchung „adsorbierter“ Gase wurden Proben aus Grabstätten in einer Tiefe von 40–60 cm entnommen, die fast in Kontakt mit der oberen, optisch deutlich sichtbaren Humusakkumulationsschicht des Bodenhorizonts standen.

Abb.2.

*- Durchschnitt: TVD-Gase, Tengushevo-Lada-Streletskaya-Profil – 363 Proben, „adsorbierte“ Gase, Zubov Polyana-Tokmovo-Streletskaya-Profil – 248 Proben.

In „adsorbierten“ Gasen ist die Konzentration gesättigter Kohlenwasserstoffkomponenten um ein bis zwei Größenordnungen höher und ungesättigter Komponenten um zwei bis drei Größenordnungen höher als in Hochdruckgasen. In „adsorbierten“ Gasen steigt die Konzentration der Methanhomologen von Ethan zu Pentan, während in Hochdruckgasen ein allmählicher Konzentrationsabfall von Methan zu Pentan beobachtet wird (Abb. 2A). Hochdruckgase zeichnen sich auch durch einen Konzentrationsabfall von Ethylen zu Butylen aus, während in „adsorbierten“ Gasen Propylen und Butylen den Anteil von Ethylen übersteigen. In „adsorbierten“ Gasen ist die Konzentration ungesättigter Gase um ein bis eineinhalb Größenordnungen größer als die der entsprechenden gesättigten Komponenten, während die Konzentration ungesättigter Gase sogar die Konzentration von Methan übersteigt oder dieser praktisch entspricht. was in Hochdruckgasen nicht beobachtet wird. Das Verhältnis der Kohlenwasserstoffkomponenten in HPT-Gasen ist typisch für Erdgase aus Öl- und Gasbecken, was man von „adsorbierten“ Gasen nicht sagen kann.

Wenden wir uns nun den Materialien der thermischen Laborzerstörung von OM von Sedimentgesteinen im Temperaturbereich von 30 - 230 0 zu. Das Experiment wurde an einer Probe von Quartärgesteinen mit einem OM-Gehalt von 0,02–0,08 % durchgeführt. Der Humustyp OM befindet sich im Anfangsstadium der Transformation. Bei jedem Temperaturanstieg um 10 °C wurde eine chromatographische Analyse durchgeführt. Zuvor wurde die Probe mit Argon bei 26–30 °C gespült, um von der OM-Matrix und dem Gestein sorbierte Gase zu entfernen. Die Tatsache, dass beim Erhitzen auf 26-30 0 die sorbierten Gase entfernt wurden, zeigt die Analyse der Dosis nach dem Erhitzen auf 30 0: Es wurden keine Kohlenwasserstoffbestandteile nachgewiesen. Bei 40 0 ​​​​und 50 0 erscheinen nur ungesättigte Kohlenwasserstoffe – Ethylen und Propylen in Einheiten der sechsten Ziffer. Bei 60 0 (HPT-Temperatur) wurden Methan und seine Homologen nicht identifiziert, aber zusätzlich zu Ethylen und Propylen wurde Butylen identifiziert – alles in Einheiten der sechsten Ziffer. Die Temperatur 130 0 C ist die erste Temperatur, bei der alle limitierenden Kohlenwasserstoffe im Pyrolysat identifiziert werden. Es wurde festgestellt, dass Propan höher ist als Ethan, Pentan höher ist als Butan, Butan fast auf dem gleichen Niveau wie Ethan liegt, Ethylen höher ist als Ethan, Propylen höher ist als Propan und Butylen höher ist als Butan, die Konzentration an ungesättigten Stoffen Komponenten ist größer als die Konzentration von Methan oder liegt sogar auf dem gleichen Niveau wie diese (Abb. 2B). All dies ist weitgehend charakteristisch für die „adsorbierten“ Gase in Abb. 2A.

Das beschriebene Bild für eine Temperatur von 130 0 bleibt im Allgemeinen bei einer Temperatur von 225 0 erhalten. Um eine Kurve für diese Temperatur zu erstellen, wird die durchschnittliche Konzentration der Komponenten aus den Werten bei Temperaturen von 220 0 und 230 0 berechnet. Bei einer Temperatur von 225 0 überschreiten Ethylen, Propylen und Butylen die entsprechenden Grenzwerte um eine Größenordnung oder mehr, Butan überwiegt gegenüber Propan, Pentan übertrifft Butan. Amylen, Hexan und Hexylen in „adsorbierten“ Gasen wurden nicht analysiert, daher ist es nicht möglich, das Verhältnis dieser Komponenten in diesen Gasen und Gasen der thermischen Zerstörung von OM zu vergleichen.

Daher sind die betrachteten Merkmale der Kurven für die thermische Zerstörung von OM im Labor durch HC in Abb. 2B auch in den Kurven enthalten, die „adsorbierte“ Gase in Abb. 2A charakterisieren. Es ist möglich, dass die tatsächlich adsorbierten Gase des Gesteins beim Trocknen bei 105 °C und anschließend beim Abschleifen des Gesteins und beim Blasen mit Argon aus ihm entfernt werden.

Abb. 3. Verteilung der Konzentration von Kohlenwasserstoffkomponenten in Hochdruckgasen (A) und „adsorbierten“ Gasen (B) in Kernproben. Platz 1, Madrinskaya-Platz. Kamovsky-Gewölbe, Ostsibirien. 1-6 – Abschnittsintervalle, in denen das gesamte Spektrum der limitierenden Kohlenwasserstoffkomponenten identifiziert wurde. I, II – jeweils eine Zone mit aktivem und behindertem Gasaustausch. Abkürzung der Suiten: ev – Evenki, ol – Olenchiminsk, an – Angarsk.

Die Verteilung der HPT-Gase entlang des Bohrlochabschnitts zeigt Folgendes (Abb. 4A):

Deutlich erkennbar sind Zonen mit aktivem und schwierigem Gasaustausch;

In den terrigenen Gesteinen der Evenki- und Olenchima-Formation, in den Salzen der Angara-Formation zeichnen sich Karbonatgesteinsschichten deutlich durch das gesamte Spektrum limitierender Kohlenwasserstoffkomponenten und deren erhöhte Konzentration aus;

Die Konzentration limitierender Kohlenwasserstoffe in Proben nimmt von niedermolekularen Komponenten zu hochmolekularen ab, was typisch für Kohlenwasserstoffe in produktiven und Grundwasserleitern von Öl- und Gasbecken ist;

Die Konzentration limitierender Kohlenwasserstoffkomponenten im Bohrlochabschnitt steigt um 3–4 Größenordnungen;

Die Konzentration ungesättigter Bestandteile von Kohlenwasserstoffen übersteigt mit seltenen Ausnahmen nicht die Konzentration der entsprechenden limitierenden Bestandteile.

Bei der Verteilung der „adsorbierten“ Gase ist nichts Ähnliches zu beobachten. Besonders auffällig ist die „wilde“ Konzentration ungesättigter Kohlenwasserstoffkomponenten, die in vielen Fällen die Gesamtkonzentration gesättigter Kohlenwasserstoffkomponenten, einschließlich Methan, übersteigt. Die Verhältnisse der Komponenten der limitierenden Kohlenwasserstoffe sind das Gegenteil von denen, die für die Kohlenwasserstoffe von Öl- und Gasbecken charakteristisch sind. Die Differenzierung der Kohlenwasserstoffkomponenten mit zunehmender Tiefe ist im Allgemeinen nicht erkennbar (Abb. 4B).

Somit sind die Kohlenwasserstoffbestandteile „adsorbierter“ Gase nichts anderes als Neubildungen während der thermischen Zerstörung von Gesteins-OM im Labor. Dieser Umstand erlaubt nicht die Verwendung von „adsorbierten“ Gasen und thermischen Desorptionsgasen von Gesteinen als Informationsgase bei der Suche nach Öl und Gas.

Literatur

• 1. Beschluss des Allrussischen Treffens „Effizienz und Durchführbarkeit des Einsatzes bodengestützter geochemischer Methoden bei der Durchführung regionaler Arbeiten und der Prospektion von Öl und Gas im Gebiet.“ Russische Föderation» Nowosibirsk, 25.-26. Mai 2005
• 2. Kondratov L.S., Zhuikova T.L. Einige Fragen zu Adsorptionsgasen und ihrer Anwendung bei der geochemischen Prospektion von Öl und Gas / Abt. VINITI, Nr. 2834-85.
• 3. Kondratov L.S., Ershova M.V. Kohlenwasserstoffgase Felsen im Zusammenhang mit der Verwendung bei der Mineraliensuche / Geologie und Exploration, 1986, Nr. 7, S. 123–126.
• 4. Kondratov L.S., Degtyarev M.A., Ermakov D.A. Neue Methoden zur Untersuchung von Atmosphäre, Wasser und Gesteinen / Neue Ideen in der Geologie und Geochemie von Öl und Gas: Auf dem Weg zur Schöpfung allgemeine TheorieÖl- und Gaspotenzial des Untergrunds. Tagungsband der 6. internationalen Konferenz. M.: Geos, 2002, S. 237-239.
• 5. Kondratov L.S., Voinkov D.M. Neue Ideen zu lithosphärischen Gasen und ihrer Verwendung in Sedimentbeckensystemen. Tagungsband der achten internationalen Konferenz zum 60. Jahrestag der Abteilung für Geologie und Geochemie fossiler Brennstoffe. Moskauer Staatsuniversität. M., Geos, 2005, S. 226-229.
• 6. Kondratov L.S., Muravyov V.V., Voinkov D.M., Degtyarev M.A. Tiefenatmung der Erde als Hauptfaktor bei der Bildung des Gasfeldes der Lithosphäre / Entgasung der Erde: Geofluide, Öl und Gas, Paragenesen im fossilen Brennstoffsystem. Zusammenfassungen der Berichte der Internationalen Konferenz vom 30.-31. Mai bis 1. Juni 2006. - M.: Geos, 2006, S. 128-131.
• 7. Dykhan S.V. Indikatoren für die Bildung von Gasanomalien über dem Sobinskoye-Feld (sibirische Plattform) / Neue Ideen in der Geologie und Geochemie von Öl und Gas. Öl- und gasführende Systeme von Sedimentbecken. Tagungsband der 8. internationalen Konferenz zum 60. Jahrestag der Abteilung für Geologie und Geochemie fossiler Brennstoffe der Moskauer Staatlichen Universität. M., Geos, 2005, S. 135 - 137.
• 8. Murogova R.N., Trufanova S.F., Zhukov P.D. Zhuikova T.L. Merkmale der Zusammensetzung von Kohlenwasserstoffen zur thermischen Zerstörung von OM in Sedimentgesteinen. DAN, 1993, Vers 332, Nr. 5.
• 9. Murogova R.N., Trufanova S.F., Zhuikova T.L. Merkmale der Gaskomponente bei der thermischen Zerstörung von OM in Sedimentgesteinen (Temperaturbereich 150–340 °C). DAN, 1997, Vers 352, Nr. 3, S. 392-395

Adsorption

ADSORPTION-Und; Und.[von lat. ad- – to und sorbere – absorbieren, absorbieren]. Absorption eines Stoffes aus einem Gas oder einer Lösung durch eine Oberflächenschicht eines flüssigen oder festen Adsorptionsmittels (wird in der Chemie, Technik usw. zur Trennung und Reinigung von Stoffen verwendet).

◁ Adsorption, oh, oh.

Adsorption

(von lateinisch ad – on, mit und sorbeo – absorbieren), Absorption von Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten durch die Oberflächenschicht eines Feststoffs (Adsorptionsmittels) oder einer Flüssigkeit. Adsorbentien haben normalerweise eine große spezifische Oberfläche – bis zu mehreren hundert m 2 /g. Physikalische Adsorption ist das Ergebnis von Dispersion oder elektrostatischen Kräften. Geht mit der Adsorption eine chemische Reaktion des aufgenommenen Stoffes mit dem Adsorbens einher, spricht man von Chemisorption. In der Industrie erfolgt die Adsorption in speziellen Geräten – Adsorbern; zum Trocknen verwendet Gasreinigung organische Flüssigkeiten und Wasser, wodurch wertvolle oder schädliche Produktionsabfälle aufgefangen werden.

ADSORPTION

ADSORPTION (von lateinisch ad – on, mit und sorbeo – absorbieren), Absorption einer Substanz (Adsorbat) aus einem gasförmigen Medium oder einer Lösung durch die Oberflächenschicht einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs (Adsorbens). Es gibt zwei Arten der Adsorption: physikalische und chemische (Chemisorption). (cm. CHEMISORPTATION)). Eine weniger starke physikalische Adsorption geht nicht mit signifikanten Veränderungen der Adsorbatmoleküle einher. Sie wird durch die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung verursacht (cm. INTERMOLEKULÄRE WECHSELWIRKUNG), die Moleküle in Flüssigkeiten und einigen Kristallen binden und sich im Verhalten hochkomprimierter Gase manifestieren. Ein wesentlicher Unterschied zwischen physikalischer Adsorption ist ihre Reversibilität. Bei der Chemisorption gehen Adsorbat- und Adsorbensmoleküle chemische Verbindungen ein. Adsorption wird häufig sowohl durch physikalische als auch chemische Kräfte verursacht, sodass es keine klare Grenze zwischen physikalischer Adsorption und Chemisorption gibt.
Das Adsorptionsphänomen beruht auf der Tatsache, dass die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung an der Phasengrenzfläche unkompensiert sind und die Grenzschicht daher einen Energieüberschuss aufweist – freie Oberflächenenergie (cm. OBERFLÄCHENENERGIE). Durch die Anziehung der in der Nähe befindlichen Adsorbatmoleküle durch die Grenzflächenoberfläche nimmt die freie Oberflächenenergie ab, d.h. Adsorptionsprozesse sind energetisch günstig. Die Adsorption ist immer ein exothermer Prozess, d. h. sie erfolgt unter Freisetzung von Adsorptionswärme Hs.
Enthalpiewerte (cm. ENTHALPY) Die physikalische Adsorption ist aufgrund schwacher atomarer Wechselwirkungen recht groß (ca. 10 kcal/mol). Die physikalische Adsorption ist leicht reversibel, daher kann beispielsweise bei der Gasadsorption die adsorbierte Gasschicht recht einfach durch ein anderes Gas ersetzt werden. Dieses Phänomen wird als Austauschadsorption bezeichnet.
Der Adsorptionsprozess endet mit der Einstellung des Adsorptionsgleichgewichts zwischen Adsorbens und Adsorbat. Die Gleichgewichtsbedingung ist die Gleichheit der chemischen Potentiale beider Phasen. Mit steigender Temperatur bzw. steigendem Druck des Adsorbats im Volumen nimmt die Häufigkeit des Auftreffens von Adsorbatmolekülen auf die Oberfläche des Adsorbens zu; proportional dazu erhöht sich die Adsorptionsgeschwindigkeit und die Gleichgewichtszahl der adsorbierten Moleküle nimmt zu. Die Kurven der Gleichgewichtsadsorption in Abhängigkeit von der Temperatur oder dem Druck des Adsorbats werden als Isobare bzw. Adsorptionsisotherme bezeichnet.
Adsorbierte Moleküle können sich entlang der Oberfläche bewegen und dabei oszillierende Bewegungen ausführen, indem sie sich entweder der Oberfläche nähern oder sich von ihr entfernen. Die Zeit, während der das Molekül an der Oberfläche verbleibt, wird Adsorptionszeit genannt. Mit steigender Temperatur verkürzt sich die Adsorptionszeit: Je höher die Temperatur, desto intensiver ist die Schwingungsbewegung und desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass bei solchen Schwingungen die Bindung zwischen Molekül und Oberfläche aufbricht und das Molekül die Oberfläche verlässt. Der Vorgang, bei dem adsorbierte Moleküle die Oberfläche verlassen, wird Desorption genannt (cm.(DESORPTION). Die Adsorptionsrate (Desorptionsrate) ist das Verhältnis der Anzahl der pro Zeiteinheit adsorbierten (desorbierten) Moleküle zu einer Oberflächeneinheit oder Masse des Adsorptionsmittels. Wenn die Adsorptions- und Desorptionsraten einander gleich sind, stellt sich ein Adsorptionsgleichgewicht ein. Im Gleichgewichtszustand bleibt die Anzahl der adsorbierten Moleküle unbegrenzt konstant, wenn die äußeren Bedingungen (Druck, Temperatur usw.) unverändert bleiben.
Bei Kontakt zwischen der Oberfläche eines Kristalls und einer flüssigen Lösung gelangen Moleküle in der Lösung von der Flüssigkeit auf die Oberfläche des Feststoffs. Es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen ihren Konzentrationen in der Lösung und auf der Oberfläche des Adsorbens ein. Aus der Lösung adsorbierte Stoffe werden Tenside genannt (cm. Tenside (Tenside)(Tensid). Die hohe Adsorptionsfähigkeit von Tensiden geht mit einem starken Abfall der Oberflächenspannung einher (cm. OBERFLÄCHENSPANNUNG) Lösung auf einer bestimmten Oberfläche im Vergleich zur Oberflächenspannung eines reinen Lösungsmittels auf derselben Oberfläche. Inaktive Substanzen erhöhen die Oberflächenspannung und beeinträchtigen die Adsorption.
Wenn die Adsorptionswärme mit der Oberflächenenergie des Adsorptionsmittels vergleichbar ist, kann sich während des Adsorptionsprozesses die Kristallstruktur der Oberfläche eines Festkörpers erheblich ändern, und bei der physikalischen Adsorption kommt es hauptsächlich zu einer Umstrukturierung der Oberflächen von Molekülkristallen, und zwar in der Bei der Chemisorption werden auch bei Metallen und Ionenkristallen Veränderungen in der Oberflächenstruktur beobachtet. Auf der Oberfläche adsorbierte Filme verändern die Eigenschaften der Oberfläche stark und wirken sich in einigen Fällen auf dickere oberflächennahe Schichten aus.
Adsorption spielt wichtige Rolle in vielen natürlichen Prozessen, wie der Bodenanreicherung und der Bildung sekundärer Erzlagerstätten. Dank der Adsorption findet die erste Stufe der Aufnahme verschiedener Stoffe aus der Umwelt durch Zellen und Gewebe biologischer Systeme statt, die Funktion biologischer Membranen, die ersten Stufen der Wechselwirkung von Enzymen mit dem Substrat, Schutzreaktionen dagegen giftige Substanzen. Viele Adsorbentien (Aktivkohle, Kaolin). (cm. KAOLIN), Ionenaustauscher (cm. IONITEN) usw.) dienen als Gegenmittel, indem sie Schadstoffe aus dem Körper aufnehmen und ausleiten. Adsorbentien haben normalerweise eine große spezifische Oberfläche – bis zu mehreren hundert m 2 /g. In der Industrie erfolgt die Adsorption in speziellen Geräten – Adsorbern; Wird zum Trocknen von Gasen, zur Reinigung organischer Flüssigkeiten und Wasser sowie zum Sammeln wertvoller oder schädlicher Industrieabfälle verwendet.

Enzyklopädisches Wörterbuch. 2009 .

Synonyme:

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Adsorption“ ist:

- (von lateinisch ad on, mit und sorbeo absorbiere ich), ein Prozess, der zu einer ungewöhnlich hohen Konzentration an Va (ad Sorbat) aus einem gasförmigen oder flüssigen Medium an seiner Grenzfläche zu einer Flüssigkeit oder einem Feststoff führt. Körper (Adsorptionsmittel). Ein Sonderfall... ... Physische Enzyklopädie

An der Phasengrenze auftretende Aufnahme beliebiger Stoffe (Adsorbate) aus einem angrenzenden gasförmigen oder flüssigen Medium durch die Oberfläche eines Phasenfremdkörpers (Adsorbens). A. aus der Gasphase oder aus gefundenen Lösungen... ... Geologische Enzyklopädie

- (von lateinisch ad on und sorbeo absorb), Absorption von Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten durch die Oberflächenschicht eines Feststoffs (Adsorptionsmittels) oder einer Flüssigkeit. Adsorbentien haben meist eine große spezifische Oberfläche von bis zu mehreren hundert m2/g. Physikalische Adsorption... ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch

Adsorption- Spontane Änderung der Konzentration einer Lösung oder eines Gasgemisches in der Nähe der Grenzfläche. Hinweis Der adsorbierende Feststoff wird als Adsorbens bezeichnet, der adsorbierte Stoff als Adsorbat. [GOST 17567 81] Adsorption Retention durch physikalische... ... Leitfaden für technische Übersetzer

Adsorption- – Absorption von Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten durch die Oberflächenschicht eines Feststoffs (Adsorbens) oder einer Flüssigkeit. [Terminologisches Wörterbuch für Beton und Stahlbeton. FSUE „Wissenschaftliches Forschungszentrum „Bauwesen“ NIIZhB und m. A. A. Gvozdev, Moskau, 2007 110 S.]... ... Enzyklopädie der Begriffe, Definitionen und Erklärungen Baumaterial

- (von lateinisch ad on und sorbeo absorb) Aufnahme verschiedener Stoffe aus Lösungen oder Luft durch die Oberflächen von Festkörpern. Kann physikalisch oder chemisch sein (mit der Bildung). Chemische Komponenten), meist begleitet von der Freisetzung von Wärme.… … Ökologisches Wörterbuch

Absorption eines Stoffes aus einer Lösung oder einem Gas durch die Oberflächenschicht einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs (Adsorbens); spielt eine wichtige Rolle in der Biol. Systeme werden in der Biochemie häufig zur Trennung und Reinigung von Stoffen eingesetzt. (