Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší
Technická 5, 166 28 Praha 6 Adsorpční sušení zemního plynu za zvýšeného tlaku
Semestrální projekt Vypracoval: Alice Procházková Školitel: Doc. Ing. Karel Ciahotný, CSc.
Praha, duben 2006
Souhrn
Zemní plyn obsahuje kromě methanu také řadu dalších hořlavých (především vyšší
uhlovodíky) i nehořlavých složek (především dusík, CO2, vodní páru), z nichž některé mohou
působit za určitých situací problémy. Pro použití v motorových vozidlech se zemní plyn
stlačuje na tlak kolem 20 MPa. Stlačením plynu dojde ke zvýšení parciálního tlaku všech
složek, z nichž některé mohou dosáhnout tlaku sytých par a začít se z plynu vylučovat
v podobě kondenzátu. Týká se to především vodní páry, methanolu a některých vyšších
uhlovodíků, které mohou být přítomny v zemním plynu. Je proto nutné stlačený zemní plyn
pro pohon motorových vozidel před použitím vyčistit.
Cílem práce bylo testování různých adsorpčních materiálů využitelných při tlakovém
adsorpčním čištění zemního plynu používaného pro pohon motorových vozidel. K testování
adsorpce vody a představitele organických látek (v tomto případě methanolu) z plynných
směsí za zvýšeného tlaku bylo použito 6 komerčně vyráběných adsorbentů.
Práce byla prováděna na tlakové adsorpční aparatuře používané pro testování adsorbentů
za normální teploty pracující s recirkulací nosného plynu. Jako nosný plyn byl
z bezpečnostních důvodů používán dusík.
1
Obsah 1 Úvod ...................................................................................................................................2
2 Teoretická část ..................................................................................................................3
2.1 Zemní plyn..................................................................................................................3 2.1.1 Vznik zemního plynu .........................................................................................3 2.1.2 Druhy zemního plynu .........................................................................................4 2.1.3 Zemní plyn v dopravě.........................................................................................4
2.1.3.1 Plnící stanice CNG a její technické uspořádání..............................................5 2.1.3.2 Bezpečnost......................................................................................................7 2.1.3.3 Ekologické aspekty.........................................................................................7
2.2 Vyjadřování vlhkosti v plynech..................................................................................7 2.2.1 Parciální tlak .......................................................................................................7 2.2.2 Absolutní vlhkost................................................................................................8 2.2.3 Relativní vlhkost.................................................................................................9 2.2.4 Rosný bod...........................................................................................................9
2.3 Sušení zemního plynu.................................................................................................9 2.3.1 Absorpční metody sušení .................................................................................10
2.3.1.1 Použití ethylenglykolů..................................................................................11 2.3.1.2 Použití CaCl2 a LiCl .....................................................................................11
2.3.2 Chlazení ............................................................................................................11 2.3.3 Adsorpční metody sušení .................................................................................12
2.3.3.1 Adsorpční materiály .....................................................................................14 2.3.3.2 Základní druhy adsorpčních materiálů .........................................................15
3 Cíle práce.........................................................................................................................18
4 Experimentální část........................................................................................................19
4.1 Použité adsorbenty....................................................................................................19 4.2 Použité přístroje........................................................................................................22 4.3 Testování adsorpce vody ..........................................................................................23 4.4 Testování adsorpce organických látek......................................................................24
5 Výsledky a diskuze .........................................................................................................26
5.1 Výsledky měření.......................................................................................................26 5.1.1 Adsorpce vody..................................................................................................26 5.1.2 Adsorpce methanolu.........................................................................................28
5.2 Diskuze výsledků......................................................................................................29 5.2.1 Adsorpce vody..................................................................................................29 5.2.2 Adsorpce methanolu.........................................................................................30
6 Závěr ................................................................................................................................31
Seznam symbolů .....................................................................................................................33
Seznam obrázků......................................................................................................................34
Seznam tabulek.......................................................................................................................35
Přílohy .....................................................................................................................................36
2
1 Úvod
Adsorpce z plynné fáze má v posledních letech rostoucí význam. Používá se
k oddělování, čištění a sušení různých plynných směsí a stojí přitom v konkurenci ostatním,
již osvědčeným a vyzkoušeným separačním postupům. Nejdůležitějším kritériem při
prosazování mezi ostatními separačními postupy jsou v případě adsorpce především příznivé
provozní náklady a vysoká účinnost separačního procesu.
Stlačený zemní plyn těžený z ložiska nebo podzemního zásobníku plynu je nasycený
vodou, proto musí být před dalším transportem vysušen, protože jinak může dojít k vytvoření
hydrátů, které ucpávají plynovodní potrubí. Proto je plyn před vstupem do dálkovodu
většinou nákladně sušen absorpčním procesem používajícím k odstranění vody její absorpce
do roztoků glykolů (nejčastěji triethylenglykol). Někdy se od nákladného sušení plynu upouští
a do dálkovodního potrubí používaného pro přepravu stlačeného plynu se dávkuje methanol,
který zabraňuje tvorbě hydrátů. Přitom ale vzniká velké množství toxických kondenzátů. které
se musí likvidovat jako nebezpečný odpad.
V posledních letech byla zahájena průmyslová výroba nových typů adsorpčních
materiálů schopných účinně vázat vodní páru a po změně fyzikálních podmínek adsorbovanou
vodu opět uvolňovat. Na výzkumných pracovištích zabývajících se vývojem nových
technologií čištění plynu proto v současné době probíhá intenzivní výzkum adsorpčních
technologií čištění a sušení plynu, které by v budoucnu mohly nahradit současně používané
absorpční technologie.
Zemní plyn patří mezi nejvíce používané alternativní pohonné hmoty současnosti. Ve
světě jezdí na zemní plyn asi 4,6 milionu vozidel ve více než 50 zemích. Zemní plyn je jako
pohonná hmota používán převážně stlačený (CNG), ale i v menší míře se objevují projekty
na využití zkapalněného zemního plynu (LNG). Vozidla na zemní plyn produkují výrazně
méně škodlivin než vozidla s pohonem používajícím klasické pohonné hmoty na bázi ropy
[1].
3
2 Teoretická část
Zemní plyn znečištěný vodní parou a vyššími uhlovodíky způsobuje problémy při
přepravě vysokotlakými plynovody. Kapalná fáze může kondenzovat a vytvářet hydráty.
Další problémy se mohou objevit při redukci tlaku plynu, kdy vlivem nadměrného chlazení
způsobeného negativním Joule-Thompsonovým efektem může docházet ke kondenzaci vody
a vyšších uhlovodíků, které se vylučují v potrubí za regulátorem tlaku a způsobují jeho
zamrzání.
V zásobnících plynu vybudovaných v bývalých ložiscích zemního plynu, případně
ropně-plynových ložiscích dochází i k obohacování plynu o vyšší uhlovodíky (tzv. gasolin),
který musí být z plynu rovněž odstraňován. Z těchto důvodů je proto nutné v zemním plynu
před vstupem do dopravního vysokotlakého systému snížit obsah vlhkosti a eventuálně i
vyšších uhlovodíků. K sušení zemního plynu se většinou používají absorpční sušící
technologie. Absorpční roztoky jsou schopny absorbovat vodní páru a tím snižovat rosný bod
plynu. Regenerace sušících médií se provádí oddestilováním vody za vysoké teploty.
Současné technologie sušení zemního plynu za tlaku pomocí glykolů však vykazují řadu
technických potíží. Jsou to především velké ztráty glykolu způsobené jeho tepelnou degradací
během regenerace, únosem zemním plynem a dále malá účinnost pro současné odstraňování
vyšších uhlovodíků často přítomných v zemním plynu.
V posledních letech se do popředí dostávají nové typy adsorpčních materiálů, které
jsou schopny účinně vázat vodní páru a po změně podmínek adsorbovanou vodu opět
uvolňovat [2].
2.1 Zemní plyn
Zemní plyn patří mezi nejvíce používané alternativní pohonné hmoty současnosti.
2.1.1 Vznik zemního plynu
Na vznik zemního plynu existuje více teorií. Jelikož se zemní plyn vyskytuje velice
často spolu s ropou (naftový zemní plyn) nebo s uhlím (karbonský zemní plyn), přiklánějí se
teorie jeho vzniku nejčastěji k tomu, že se postupně uvolňoval při vzniku uhlí nebo ropy jako
důsledek postupného rozkladu organického materiálu. Podle teorií preferujících organický
původ zemního plynu byly tedy na začátku vzniku zemních plynů rostlinné a živočišné
4
zbytky. Podle anorganické teorie vznikl zemní plyn řadou chemických reakcí z anorganických
látek [3,4].
2.1.2 Druhy zemního plynu
Těžený (přírodní) zemní plyn se podle složení dělí do čtyř základních skupin:
• zemní plyn suchý (chudý) - obsahuje vysoké procento methanu (95-98%) a nepatrné
množství vyšších uhlovodíků
• zemní plyn vlhký (bohatý) - vedle methanu obsahuje vyšší podíl vyšších uhlovodíků
• zemní plyn kyselý - plyn s vysokým obsahem sulfanu, který se v úpravárenských
závodech před dodávkou zemního plynu do distribuční sítě odstraňuje
• zemní plyn s vyšším obsahem inertů - jedná se hlavně o oxid uhličitý a dusík
Z vyšších uhlovodíků zemní plyny obsahují hlavně nasycené uhlovodíky, které jsou za
normálních podmínek plynné (ethan, propan, butan). V některých ložiscích obsahují zemní
plyny i uhlovodíky, které jsou za normálních podmínek kapalné (od pentanu výše), které se
při úpravě oddělují jako plynový kondenzát. Jejich směs se nazývá gazolín nebo přírodní
benzín [1].
2.1.3 Zemní plyn v dopravě
Zemní plyn je primárně složen z methanu a může být užíván jako motorové palivo
v klasických benzínových motorech. Pro využívání zemního plynu ve vozidlech je zapotřebí
speciální zásobník plynu a speciální dávkovací systém pro přípravu směsi paliva se
vzduchem. Zemní plyn lze využívat jak ve formě stlačeného plynu CNG (Compressed Natural
Gas), objevují se ale i v menší míře projekty na využití zkapalněného zemního plynu LNG
(Liquefied Natural Gas) - při teplotě –162 °C. Preferovanější je CNG.
Zemní plyn patří mezi nejvíce používané alternativní pohonné hmoty současnosti. Má
velký potenciál pro využití jako motorové palivo. V porovnání s benzínem je relativně levný,
má vysoké oktanové číslo, jde o čisté palivo a nemá problémy se současnými i budoucími
emisními limity [1].
5
2.1.3.1 Plnící stanice CNG a její technické uspořádání
Pro pohon motorových vozidel se dnes ve střední Evropě používá zemní plyn
komprimovaný na 200 - 250 bar, který se plní do tlakových nádob automobilů umístěných
většinou v zavazadlovém prostoru, na místě rezervního kola, nebo pod podlahou vozidla.
Autobusy mívají tlakové nádoby umístěné na střeše, nákladní automobily mezi kabinou řidiče
a korbou nebo nástavbou vozidla. Stlačený plyn v nádobě je možné využít na zbytkový
přetlak asi 0,5 bar. K plnění CNG se používá dvou různých typů plnících stanic:
• pomaluplnící stanice - pro plnění doma z plynovodní sítě (jsou neveřejné, plnění trvá
4 - 6 hodin, stlačený plyn se nečistí)
• rychloplnící veřejné stanice - bývají součástí benzínových pump, někdy jsou i
samostatné, plnění probíhá 4 - 8 minut, součástí stanice bývá také systém čištění plynu
Zemní plyn pro plnění do vozidel se odebírá z veřejné plynovodní sítě a následně
komprimuje až na tlak 250 bar. Ke stlačování plynu se používají několikastupňové pístové
kompresory (obvykle se 3 nebo 4 stupni), které jsou vybaveny chlazením plynu mezi
jednotlivými stupni. Stlačený plyn se skladuje v baterii tlakových lahví sloužících jako
zásobník tlakového plynu. Z této baterie se plyn plní do tlakových nádob vozidel přes výdejní
stojan s plnícím zařízením registrujícím hmotnost plynu naplněného do vozidla. Kompresor se
spíná automaticky při poklesu tlaku plynu v zásobních láhvích pod určitou hodnotu.
Stlačením plynu na velmi vysoký tlak (250 bar) dojde ke zvýšení parciálního tlaku
všech složek, z nichž některé mohou dosáhnout tlaku sytých par a začít se z plynu vylučovat
v podobě kondenzátu. Týká se to především vodní páry, methanolu a některých vyšších
uhlovodíků, které mohou být přítomny v zemním plynu. Proto bývá součástí rychloplnících
stanic také zařízení na adsorpční sušení a čištění stlačeného plynu, které by mělo zaručit rosný
bod plynu stlačeného na 250 bar nižší, než - 25 °C. Schématické uspořádání rychloplnící
stanice je na Obr. 1
6
Obr. 1: Schéma rychloplnící stanice CNG 1-plynovod, 2-vyrovnávací zásobník plynu, 3-kompresor, 4–adsorpční čištění stlačeného plynu, 5-zásobní tlakové láhve, 6-výdejní stojan
Některé rychloplnící stanice provozované v ČR nebyly z finančních důvodů vybaveny
zařízením na adsorpční čištění stlačeného plynu. Ukázalo se, že plnění nevyčištěného plynu
do vozidel působí problémy zejména v zimních měsících, kdy se ze stlačeného plynu vylučují
kondenzáty, které zneprůchodňují palivový systém vozidla.
Plnění vozidel stlačeným zemním plynem (tlak 20 MPa) u CNG plnících stanic se
provádí prostřednictvím plnícího ventilu. Palivovou nádrží CNG je tlaková nádoba, většinou
ocelová, ale stále více se prosazují i vylehčené nádoby kompozitní. U osobních automobilů
bývá tlaková nádoba většinou umístěna v zavazadlovém prostoru vozidla, u autobusů pak
v zavazadlovém prostoru nebo na střeše. Při jízdě se CNG prostřednictvím vysokotlakého
potrubí dostává do vysokotlakého regulátoru, kde dochází k redukci plynu na potřebný
provozní tlak. Krokový motorek na základě signálu z řídící jednotky průběžně upravuje
množství plynu do směšovače v optimálním režimu výkonu, spotřeby paliva a množství
emisí. Ve směšovači dochází ke smísení paliva - zemní plyn se vzduchem a vytvoření zápalné
směsi. Směšovač má stejnou funkci jako karburátor či vstřikování při použití benzínu.
Elektronická část plynové zástavby - řídící jednotka a emulátor (přerušovač vstřiku) slouží
k správnému provozu vozidla na zemní plyn. U přístrojové desky je umístěn ukazatel
množství plynu [5].
1
7
2.1.3.2 Bezpečnost
V dopravě je zemní plyn používán pod vysokým tlakem, což umocňuje obavy z tohoto
paliva. Ve skutečnosti jsou však vozidla na zemní plyn bezpečnější, než vozidla používající
benzín, naftu nebo LPG. Bezpečnost zemního plynu jako paliva pro dopravu plyne z toho, že
je na rozdíl od kapalných paliv lehčí než vzduch. Také jeho zápalná teplota je proti benzínu
dvojnásobná. Silnostěnné tlakové nádoby na CNG, vyráběné z oceli, hliníku nebo
kompozitních materiálů, jsou bezpečnější než tenkostěnné nádrže na kapalné pohonné hmoty.
Tlakové zkoušky procházejí řadou zkoušek mnohem přísnějších oproti zkouškám nádrží
kapalných paliv. Ve vozidle jsou navíc tlakové nádoby vybaveny řadou pojistek [1].
2.1.3.3 Ekologické aspekty
Ekologické výhody zemního plynu v dopravě jsou jednoznačné a vyplývají ze složení,
především poměru atomů uhlíků a vodíků v molekule (zemní plyn je tvořen z cca 98% CH4
s příznivým poměrem C:H = 1:4).
Vozidla na zemní plyn produkují výrazně méně škodlivin, než vozidla s klasickým
pohonem. To se týká dnes hlavně sledovaných škodlivin (NOx, CO, CO2 a pevných částic).
Výrazně je redukována i produkce těkavých aldehydů a karcinogenních polyaromatických
uhlovodíků.
Rovněž vliv na skleníkový efekt je u vozidla na zemní plyn nižší. V porovnání
s naftou či benzínem se nabízí potenciál 20 – 25 % snížení emisí CO2 při použití zemního
plynu jako motorového paliva [1].
2.2 Vyjadřování vlhkosti v plynech
Pro vyjádření obsahu vody v plynech existují různé způsoby:
2.2.1 Parciální tlak
S pomocí Antoineovy rovnice lze velmi dobře vypočítat parciální tlak vodní páry v
plynu za teploty okolí za předpokladu úplného nasycení plynu až do rovnovážného stavu:
ln (pS) = 18,3036 - 13,46)15,273(
44,3816−+t
(1)
8
kde: ps tlak sytých par vody [mbar]
t teplota [°C]
Grafická závislost tenze syté vodní páry na teplotě je znázorněna na Obr. 2.
0
20
40
60
80
100
120
140
-20 -10 0 10 20 30 40 50
t [oC]
pS [m
bar]
Obr. 2: Závislost tlaku sytých par vody na teplotě.
Při znalosti celkového tlaku lze z poměru hmotnosti vody a nosného plynu vypočítat
obsah vody v plynné směsi.
x = nosnýplyn
voda
mm
[-] (2)
kde: mvoda hmotnost vodní páry [g]
mnosný plyn hmotnost plynu [g]
2.2.2 Absolutní vlhkost
Plyn
VodaW Vm
=ρ [kg/m³] (3)
kde: ρw hustota vodní páry [kg/m3]
Vplyn objem plynu.[m3]
Dále se ještě používá, především v meteorologii, vyjádření vlhkosti vzduchu pomocí
tzv. relativní vlhkosti.
9
2.2.3 Relativní vlhkost
Relativní vlhkost φ udává poměr tlaku vodní páry a tlaku sytých par vody za dané
teploty:
ϕ =ppS
100 [%] (4)
kde: φ relativní vlhkost [%]
p parciální tlak vodní páry [mbar]
ps parciální tlak syté vodní páry [mbar]
2.2.4 Rosný bod
Udává teplotu, při které voda obsažená v plynu začíná kondenzovat (teplotu, při které
parciální tlak vodní páry dosáhne hodnoty tlaku sytých par) [6].
2.3 Sušení zemního plynu
Při styku uskladněného plynu s ložiskovou vodou dochází k sycení tohoto plynu
vodními parami. Obsah vody v plynu závisí hlavně na teplotě a tlaku v ložisku (zásobníku),
přičemž čím je tlak nižší a teplota vyšší, tím větší je obsah vlhkosti v plynu. Množství vodní
páry v zemním plynu v závislosti na tlaku a teplotě uvádí Obr. 3
10
Obr. 3: Obsah vodní páry v zemním plynu.
Přítomnost vodní páry v plynu je nežádoucí z několika důvodů. Je to koroze vnitřního
povrchu plynovodu, protože ve vodním kondenzátu se mohou rozpouštět např. CO2, H2S,
kompresorové oleje za vzniku korozivních roztoků. Voda je také problémová příměs při
průchodu plynu regulační stanicí. V neposlední řadě je to nebezpečí tvorby hydrátů.
Metody sušení zemního plynu
Metody sušení plynu dělíme podle typu technologie na metody adsorpční, kterými lze
docílit snížení teploty rosného bodu plynu až na teploty kolem – 80 °C, metody absorpční
mohou snížit teplotu rosného bodu pod – 40 °C a metody založené na chlazení sníží rosný bod
plynu maximálně na teploty kolem – 30 °C [2].
2.3.1 Absorpční metody sušení
Absorpční způsoby využívají k sušení hygroskopické roztoky. Používány jsou roztoky
ethylenglykolů, chloridu vápenatého a chloridu litného.
11
2.3.1.1 Použití ethylenglykolů
Nejrozšířenější metodou je sušení plynu pomocí absorpce a to v roztocích
ethylenglykolů (převážně diethylenglykolu DEG a triethylenglykolu TEG). Tyto metody
zaručují vysušení plynu na teploty rosného bodu až –30 °C.
Regenerace
Regenerace glykolů musí být prováděna pod sníženým tlakem (50 – 80 kPa), nebo je
využíváno stripování inertním plynem. Čím je obsah vody v glykolu nižší, tím nižší teplotu
rosného bodu sušeného plynu lze získat.
2.3.1.2 Použití CaCl2 a LiCl Plyn se zbavuje vlhkosti sprchováním koncentrovaným roztokem LiCl (35 – 45 %),
případně CaCl2 (který je však vzhledem ke korozi méně vhodný). Regenerace roztoku se
provádí zahuštěním na odparce za sníženého tlaku. Sušením pomocí LiCl lze bez náročného
chlazení dosáhnout hodnot rosného bodu 0 až –10 °C. Snížením teploty pracího roztoku lze
dosáhnout teploty rosného bodu až –30 °C. Sušení pomocí CaCl2 je možno zařadit mezi
postupy adsorpčně - absorpční a rovněž se jedná o postup diskontinuální [2].
2.3.2 Chlazení
Metodami využívajícími chlazení ke snížení hodnoty rosného bodu vody v plynu lze
dosáhnout teplot v rozmezí od +40 do –20 °C. Konečná teplota rosného bodu závisí na
požadavcích odběratele, tedy na zvolené technologii ochlazování.
Nízkoteplotní expanze
Je-li plyn ze zásobníku odebírán pod vysokým tlakem, je možné k sušení použít i
metodu separace nízkoteplotní expanzí. Postup je založen na redukování tlaku pomocí
škrtícího ventilu, kdy při poklesu tlaku se plyn ochladí a dojde k vyloučení vodní fáze. Při této
metodě je však nutno eliminovat vznik hydrátů přídavkem vhodného inhibitoru nebo
předehřátím plynu [2].
12
2.3.3 Adsorpční metody sušení
Předpokládá se, že adsorpční technologie sušení zemního plynu by v budoucnu mohly
nahradit současně používané absorpční technologie, a to především z následujících důvodů:
• dosahují vyšší účinnosti sušení, než absorpční technologie, a to i při nižších tlacích
plynu
• možnost současného odstranění vyšších uhlovodíků a dalších nežádoucích látek
z plynu
• jednodušší technologické uspořádání procesu, vhodné pro sušení také menších objemů
plynu
Definice základních pojmů adsorpce
V odborné terminologii týkající se adsorpce se často používají různé odborné termíny,
které byly stanoveny mezinárodní dohodou IUPAC z roku 1972.
Jako adsorbent se označuje látka, která je schopna na svém povrchu vázat molekuly
nebo atomy jiných látek nacházejících se v okolním prostředí.
Jako adsorptiv se označují molekuly nebo atomy nacházející se v plynné nebo kapalné
fázi v okolí adsorbentu, které se mohou adsorbovat na jeho povrchu.
Dojde-li k adsorpci těchto látek na povrchu adsorbentu, jsou pak označovány pojmem
adsorpt.
Společný systém adsorbentu a adsorptu je označován jako adsorbát.
Definice těchto základních pojmů ukazuje Obr. 4.
13
Obr. 4: Definice základních pojmů.
Při adsorpci látek na povrchu adsorbentů je rozlišována fyzikální a chemická adsorpce
(tzv. chemisorpce). Při fyzikální adsorpci jsou molekuly adsorptu vázány na povrchu
adsorbentu převážně pomocí Van der Waalsových sil. Nedochází při tom k jejich chemické
změně.
K adsorpci dochází na povrchu porézního systému adsorbentu, přičemž velký vliv na
sílu vazby mezi adsorbentem a adsorptem má právě velikost pórů.
Dle dohody IUPAC se průměry pórů dělí do následujících skupin:
• semimikropóry s průměrem menším, než 0,4 nm,
• mikropóry s průměrem 0,4 až 2 nm,
• mezopóry o průměru mezi 2 a 50 nm,
• makropóry o průměru větším, než 50 nm.
K adsorpci látek dochází z největší části v semimikro- a mikropórech a částečně také
v mezopórech, kde může při relativních tlacích adsorptivu větších 0,3 docházet ke kapilární
kondenzaci par adsorptu. Makropóry slouží převážně jako transportní cesty adsorptivu [2].
adsorptiv
adsorbent
adsorpt
adsorbát
14
2.3.3.1 Adsorpční materiály
Významné vlastnosti adsorpčních materiálů
K nejdůležitějším vlastnostem adsorpčních materiálů, které nejlépe charakterizují
adsorpční schopnosti jednotlivých adsorbentů, patří kromě charakteru (polarity) adsorbentu
velikost tzv. specifického povrchu a velikost objemu adsorpčních pórů.
Polarita adsorbentu charakterizuje jeho schopnost přednostní adsorpce polárních či
nepolárních látek
Specifickým povrchem adsorbentů se rozumí celkový povrch pórů, které se nacházejí
uvnitř adsorpčního materiálu. Porézní systém u některých adsorbentů je tak vysoce rozvinut,
že celkový specifický povrch může dosahovat i více, než 1500 m2/g adsorbentu.
K adsorpci většiny látek dochází právě v nejmenších pórech, tedy submikro-
a mikropórech. Pouze v případě tzv. kapilární kondenzace se zaplňují adsorbovanou látkou i
mezopóry. Makropóry mají funkci pouze transportních pórů k vnitřnímu poréznímu systému.
Kromě vnitřního povrchu je další významnou vlastností adsorpčních materiálů objem
adsorpčních pórů, tedy objem, který se zaplní adsorptem v případě úplného nasycení
adsorbentu až do rovnovážného stavu.
Mezi důležité charakteristiky porézních materiálů patří také porosita částice a její
specifický povrch. Porosita částice (značená ε) je objem pórů v jednotkovém objemu porézní
částice (včetně pórů).
Specifický povrch (značený S(BET) nebo BET-povrch) je stanovován pomocí
adsorpce dusíku při teplotě 77 K (tlak nasycených par dusíku při jeho normálním bodu varu,
p0=101,325 kPa).
Další důležitou vlastností uhlíkatých adsorbentů požadovanou zejména pro výpočet
potřebné velikosti adsorpčních zařízení, je jejich sypná hmotnost. Sypná hmotnost je
hmotnost adsorpčního materiálu naplněného v nádobě o jednotkovém objemu (1 dm3 nebo
1 m3), přičemž se rozumí objem materiálu včetně nevyplněného prostoru mezi jednotlivými
zrny.
Naproti tomu zdánlivá hustota vyjadřuje hmotnost jednotkového objemu materiálu v
případě, kdy se objem vztáhne pouze na vlastní adsorpční materiál včetně objemu vnitřního
15
porézního systému. V případě skutečné hustoty je objem vztažen pouze na vlastní uhlíkatý
skelet adsorpčního materiálu s vyloučením objemu pórů [2].
2.3.3.2 Základní druhy adsorpčních materiálů
K průmyslově nejpoužívanějším druhům adsorpčních materiálů patří:
Uhlíkaté adsorbenty
Mezi uhlíkaté adsorbenty patří aktivní uhlí, aktivní koks, uhlíkatá molekulová síta a
uhlíkaté adsorpční tkaniny.
Jsou tvořeny z více, než 90 % uhlíkem, zbytek představují popeloviny a minerální
příměsi.
Surovinou k výrobě aktivních uhlíkatých materiálů může být téměř každý materiál
bohatý na uhlík. Druh použitého materiálu však ovlivní technologii výroby. Používají se jak
fosilní, tak recentní typy surovin. K fosilním surovinám patří rašelina a široké spektrum
různých druhů uhlí od lignitu, přes hnědá a černá uhlí, až po antracity. Z recentních zdrojů se
uplatňují zejména tvrdé dřevní hmoty a dřevní odpady (piliny, kůra, skořápky a pecky
různých plodů). Někdy se k výrobě aktivního uhlí používají různé jiné odpady, jako např.
krev a kosti zvířat (aktivní uhlí pro lékařské účely), rafinérské zbytky, uhelné dehty,
černouhelná smola, saze nebo polokoks z nízkoteplotní karbonizace hnědého uhlí.
Alumina
Je tvořena z více, než 85 % Al2O3, zbytek představují různé minerální příměsi. Pro
svůj silně hydrofilní charakter je vhodná především k sušení plynů, adsorpci polárních látek z
roztoků a jako nosič katalyzátorů. Porosita γ−Al2O3 je 50 až 70 % a specifický povrch je 120
až 150 m2/g.
Silikagel
Silikagel je adsorbent na bázi oxidu křemičitého, který lze do různých stupňů
hydratovat. Hmotnostně je silikagel z 95 % tvořen SiO2 a zbylých 5 % představují jiné oxidy.
Má hydrofilní charakter, používá se k sušení plynů.
16
Schéma hydratované struktury SiO2.nH2O je na Obr.5. Silikagel bývá v některých
případech používán k sušení zemního plynu.
Obr. 5: Schéma vazeb v silikagelu.
Velikost vnitřního povrchu silikagelu dosahuje hodnoty 700 m2/g.
Přírodní a syntetické zeolity
Jsou tvořeny aluminosilikáty přírodního nebo syntetického původu. V dutinách
jednotlivých krystalografických útvarů se nacházejí další kationty. Mají většinou silně
hydrofilní charakter způsobený elektrostatickými adsorpčními silami krystalových struktur.
Vzhledem k přesně definované struktuře vstupních otvorů do porézního systému se používají
jako molekulová síta k dělení, čištění, sušení plynů a jako katalyzátor.
Krystalografická struktura zeolitů je tvořena hlinitokřemičitany s prostorovým
uspořádáním tetraedrů Si(Al)O4, v nichž každý jejich kyslík je společný pouze dvěma
centrálním atomům v můstku. Prostorové uspořádání těchto tetraedrů vytváří skelet
krystalové struktury zeolitu. Struktura se vyznačuje systémem polyedrických kanálků a dutin,
ve kterých je možná vazba molekul vody a výměnných kationtů.
Organické polymery
Vyrábějí se kopolymerací styrénu, resp. esterů kyseliny akrylové s divinylbenzenem.
Vysoká porozita polymeru je zajištěna přídavkem inertního materiálu, který nemá vliv na
přípravu polymeru, po polymeraci se však dá odstranit např. extrakcí nebo odpařením.
Nejčastější oblasti použití jsou adsorpce aromatických a chlorovaných uhlovodíků z plynných
směsí, adsorpce fenolů a jejich derivátů, adsorpce naftalenu a jeho derivátů, pesticidů,
O
O HO
H H
HSi
17
alkoholů a ketonů. Ve srovnání s aktivním uhlím jsou organické polymery snadněji
regenerovatelné [2].
Přehled nejdůležitějších vlastností běžných adsorbentů uvádí Tab. I: v příloze.
18
3 Cíle práce Ze zadání semestrálního projektu vyplývají následující cíle experimentální části práce:
• sestavit vhodnou laboratorní aparaturu pro testování adsorpčních materiálů na adsorpci
par vody a methanolu z nosného plynu za zvýšeného tlaku; aparatura by měla
umožňovat recirkulaci používaného nosného plynu a tím omezení jeho spotřeby
• využití sestavené aparatury k měření sorpčních kapacit vybraných adsorbentů pro vodu
a představitele organických látek (methanol) za zvýšeného tlaku a srovnatelných
pracovních podmínek
• vyhodnotit získané výsledky a navrhnout nejlepší adsorbent pro provozní aplikaci
čištění zemního plynu pro pohon motorových vozidel
19
4 Experimentální část 4.1 Použité adsorbenty
K měření bylo použito celkem 6 komerčně dostupných adsorpčních materiálů.
Baylith TE G 273
je syntetický zeolit, dodávaný ve formě kuliček o průměru 2 mm firmou Bayer Werk
Leverkusen.
Obr. 6: Syntetický zeolit Baylith TE G 273.
Silcarbon SGW 50
je silikagel, který z 98,56 % tvoří SiO2. Je dodáván ve formě kuliček firmou
Silcarbon.
Obr. 7: Silikagel Silcarbon SGW 50.
20
KC Envisorb B+
je kombinovaný adsorbent složený z aktivního uhlí a silikagelu. Je určen pro adsorpci
polárních i nepolárních látek. Je dodáván ve formě kuliček o průměru 3 mm firmou Engelhard
Process Chemicals GmbH.
Obr. 8: KC Envisorb B+.
KC Trockenperlen H
je adsorbent na bázi silikagelu. Je dodáván ve formě kuliček o průměru 3 mm firmou
Engelhard Process Chemicals GmbH.
Obr. 9: Silikagel KC Trockenperlen H.
21
Molekulové síto 13X
je syntetický zeolit, dodávaný ve formě kuliček firmou Aldrich.
Obr. 10: Molekulové síto 13X.
Molekulové síto 5 A
je syntetický zeolit, dodávaný ve formě válečků o rozměrech 2×4 mm pod obchodním
názvem Tamis Moleculaires 5A firmou PROCATALYSE Usine de Salindres ve Francii.
Obr. 11: Molekulové síto 5 A.
22
Údaje o adsorpčním povrchu a celkovém objemu pórů jednotlivých adsorbentů jsou
shrnuty v Tab. I.
Tab. I: Vlastnosti použitých adsorbentů.
Adsorbent BET povrch Celkový objem ads. pórů
[m2/g] [ml/g]
Baylith 7,6 0,033
Silcarbon SGW 50 lot 4000 287,0 0,380
KC-Envisorb B+ 725,4 0,804
KC-Trockenperlen H 596,1 0,401
Molekulové síto X13 448,9 0,264
Molekulové síto 5A 327,8 0,267
4.2 Použité přístroje Kompresor ORLÍK PKS 4-2
Pístový kompresor ORLÍK je přemístitelná kompresorová stanice složená z
jednoválcového jednostupňového kompresoru chlazeného vzduchem, který je přímo spojen s
elektromotorem v jeden kompletní celek, jehož součástí je také tlaková nádoba na stlačený
vzduch. Výkonnost kompresoru je 4,3 dm3/h, maximální přetlak 10 bar, sací výkon 7,4 m3/h.
Elektromotor je jištěn proti přetížení tepelnou pojistkou [7].
Booster
Booster je dvoupístové soustrojí poháněné stlačeným vzduchem, bylo proto nutné
zajistit vhodný zdroj tlakového vzduchu (kompresor Orlík se zásobníkem). Druhý píst slouží
ke stlačování dopravovaného plynu. Nevýhodou boosteru je jeho diskontinuální činnost
(obdoba parního stroje), kdy je plyn dopravován aparaturou pulsním způsobem po krátkou
dobu a v druhé části stejně dlouhé časové periody plyn aparaturou neproudí [2].
23
Přístroj na stanovení vlhkosti Panametrics Moisure Monitor Series 35
Tento přístroj umožňuje stanovit vlhkost plynu za aktuálního tlaku, tudíž hodnoty
rosných bodů.
Analyzátor VAMET 2000 s FID detektorem
Analyzátor obsahuje FID detektor (flame ionization detektor), schopný měřit
koncentrace sumy organických látek v plynech. Podstatnou část detektoru tvoří hořáček,
opatřený přívodem nosného plynu a vodíku. Ionty a elektrony, které se vytvoří spálením
složek unášených nosným plynem, umožňují elektrický tok mezi elektrodami, na které je
vloženo stabilizované stejnosměrné napětí. Principem ionizace u FID je hydrogenace
v redukční zóně plamene a vytvoření radikálů CH3 ., které další reakcí s kyslíkem produkují
ionty schopné přenosu elektrického proudu [8, 9].
4.3 Testování adsorpce vody
Pro testování adsorpce vody bylo použito 6 adsorbentů: Baylith, Silcarbon SGW 50,
KC Envisorb B+, KC Trockenperlen H, molekulové síto X 13. a molekulové síto 5 A
Všechny adsorbenty byly testovány za tlaku 10 bar při různých průtocích plynu. Výška
adsorbentu v adsorbéru byla různá. Baylith zaplňoval adsorbér z 5,9 cm, ostatní adsorbenty
4 cm. Zbytek doplňovaly skleněné kuličky, které sloužily jako inertní výplň přebytečného
objemu adsorbéru.
Všechny adsorbenty byly nejprve aktivovány v muflové peci při teplotě 250-300 °C.
Nosný plyn používaný kvůli nižší spotřebě v uzavřeném okruhu (jeho pohyb
v aparatuře byl zajišťován přes booster napojený na kompresor), byl ve zvlhčovači nasycen
vodou, dále prošel přes odlučovač kapek a v adsorbéru naplněném adsorbentem docházelo
k sorpci H2O. Připojený vlhkoměr ukazoval hodnoty vlhkosti plynu za adsorbérem. Hodnoty
rosných bodů byly zaznamenávány v časových úsecích 15 minut a dále vyhodnoceny.
24
Následující Obr.12 ukazuje schéma tlakové aparatury pro adsorpci vody.
Obr.12: Schéma aparatury na adsorpci vody.
1-tlaková láhev, 2-booster, 3-kompresor, 4-ventil na odtlakování aparatury, 5-
temperovaný saturátor, 6-vodní termostat, 7-lapač kapek, 8-adsorbér, 9-tlakoměr, 10-
vlhkoměrné čidlo, 11- Panametrics (měření vlhkosti), 12-jehlový ventil, 13-tlakový
ratametr, 14-tlumič pulzů
4.4 Testování adsorpce organických látek
Pro testy byl jako zástupce organických látek vybrán methanol. Pro testování byly
vybrány pouze 3 adsorbenty a to: KC Trockenperlen H, molekulové síto X 13 a Envisorb B+.
Testování probíhalo za tlaku 10 bar a průtoku nosného plynu 485,5 dm3/h.
1
2
3 4
5
6
7
8
9
12
10
14 13
11
25
Výška adsorbentu v adsorbéru byla 4 cm, zbytek doplňovaly skleněné kuličky. Pouze
jeden adsorbent, KC Trockenperlen H, který vykazoval nejlepší sorpční vlastnosti, byl dále
proměřen i s výškou adsorbentu 10 cm.
Nosný plyn byl stejně jako v případě adsorpce vody vedený kvůli nižší spotřebě přes
booster napojený na kompresor, byl v saturátoru nasycen methanolem a následně průchodem
přes adsorbér sorbován vrstvou adsorbentu. Za adsorbérem byl napojený FID analyzátor
Vamet, který poskytoval informace o koncentraci methanolu v plynu. Hodnoty byly měřeny
v intervalech 5 minut.
Schéma aparatury znázorňuje Obr. 13.
Obr. 13: Schéma aparatury pro měření adsorpce organických látek.
1-tlaková láhev s N2, 2-booster, 3-kompresor, 4-ventil na odtlakování aparatury, 5-
temperovaný saturátor, 6-vodní termostat, 7-lapač kapek, 8-adsorbér, 9-tlakoměr, 10-
jehlový ventil, 11-tlakový rotametr, 12-jehlový ventil, 13-FID analyzátor Vamet, 14-
tlumič pulzů.
1
2
3 4
5
6
7
8
9
10
14 11 12
13
26
5 Výsledky a diskuze 5.1 Výsledky měření
5.1.1 Adsorpce vody
Pro měření bylo použito 6 adsorbentů. Podmínky provádění jednotlivých testů jsou
uvedeny v Tab. II
Hmotnost adsorbentu byla vážena před každým pokusem a po nasycení adsorbentu do
rovnovážného stavu.
Adsorbenty Baylith, Silcarbon, Envisorb a Trockenperlen byly testovány při průtoku
480 dm3/h, molekulové síto X13 pak ještě navíc při průtoku 1095 dm3/h. Molekulové síto 5A
bylo měřeno při 612 dm3/h.
Hodnoty naadsorbovaného množství byly stanoveny vážením a paralelně také
výpočtem z průnikových křivek. Hodnoty adsorpčních kapacit stanovené výpočtem vycházejí
z naměřených teplot rosných bodů, které byly dosazovány do vztahu (5) pro výpočet
parciálního tlaku sytých par vody.
ps = exp (18,3036-3816,43 (T-46,13) [mbar] (5)
kde: T teplota [K]
ps parciální tlak syté vodní páry [mbar]
Koncentrace vodní páry se pak vypočítají dle vztahu (6)
c = TRMps
...ϕ
[g/m3] (6)
kde: M molární hmotnost vody (18,02 [g/mol])
φ relativní vlhkost [%]
R universální plynová konstanta [J.mol-1.K-1]
T teplota [K]
27
Hmotnost naadsorbované vody je pak možné vypočíst pro každý dílčí krok ze vztahu
(7), kde V je průtok plynu za 1 krok a p je tlak, při kterém měření probíhalo. Hodnoty
koncentrací cvstupní. a cvýstupní byly naměřeny před vstupem plynu do adsorbéru a po výstupu
plynu z adsorbéru.
∆mi = V/p.(cvstupní-cvýstupní) [g] (7)
kde: V průtok plynu [m3]
p pracovní tlak [bar]
c koncentrace vodní páry v plynu [g/m3]
Celkové množství adsorbované vody pro všechny kroky dohromady se vypočítá jako
Σ ∆mi
Adsorpční kapacita udává, jaké množství sorbující látky je adsorbent schopen zachytit
při úplném nasycení adsorbentu do rovnovážného stavu v 1g adsorbentu (8).
mA = 1000 . 12 mm
mi−
∑ [mg/g adsorbentu] (8)
kde: m2 hmotnost adsorbéru s adsorbentem na začátku pokusu [g]
m1 hmotnost prázdného adsorbéru [g]
Tab. II: Souhrnná tabulka výsledků adsorpce vody.
Adsorbent Výška Hmotnost Průtok Naadsorbováno (g) Naadsorbováno (%)
(cm) (g) (dm3/h) Vážením Výpočtem Vážením Výpočtem
Baylith 5,86 34,44 480 4,76 4,06 13,82 11,79
Silcarbon 4,11 18,30 480 1,44 1,20 7,87 6,55
Envisorb B+ 4 13,62 480 2,36 1,84 17,33 13,53
Trockenperlen 4 20,73 480 5,25 5,22 25,33 25,19
MS 13X 4 15,54 480 2,18 2,04 14,27 13,11
MS 13X 4 14,21 1095 2,33 1,76 16,96 12,36
MS 5A 4 21,13 612 3,51 2,78 16,61 13,14
28
5.1.2 Adsorpce methanolu
Byly měřeny 3 adsorpční kapacity pro adsorbenty, všechny při průtoku 485,5 dm3/h.;
výška adsorbentu v adsorbéru byla 4 cm, pouze v jednom případě byl adsorbent KC
Trockenperlen H testován i při výšce 10 cm.
Hodnoty adsorpčních kapacit pro methanol stanovené výpočtem byly vypočteny z
koncentrace methanolu v plynu sledované FID analyzátorem jako org. uhlík. Přepočet
jednotek ppm org. uhlíku na g/m3 byl proveden podle vztahu (9)
cx = max
.cXc
[g/m3] (9)
kde: c naměřená koncentrace [ppm]
X koncentarce methanolu v plynu při úplném nasycení [g/m3]
cmax maximální naměřená koncentrace methanolu v plynu [ppm]
Hodnota X představuje množství methanolu v plynu při úplném nasycení vypočtené
z Antoineovy rovnice, což je 195 g/m3 při 20 °C.
Množství naadsorbovaného methanolu pak bylo vypočteny podle vztahu (7).
Tab. III: Souhrnná tabulka výsledků adsorpce methanolu
Adsorbent
Výšk
a
Hmotnos
t Průtok Naadsorbováno (g)
Naadsorbováno
(%)
(cm) (g)
(dm3/h
)
Vážení
m
Výpočte
m
Vážení
m
Výpočte
m
Trockenperle
n 4 23,47 485,5 8,50 6,87 36,22 29,27
Envisorb B+ 4 15,15 485,5 5,00 4,44 33,00 29,28
MS 13X 4 20,56 485,5 3,20 3,14 15,56 15,29
Trockenperle
n 10 51,88 485,5 18,00 15,31 34,70 29,51
29
5.2 Diskuze výsledků
5.2.1 Adsorpce vody
Z následujícího Obr. 14 vyplývá, že pro adsorpci vody je nejlépe vhodný silikagel KC
Trockenperlen H, který je za podmínek testování schopen adsorbovat 251,9 mg vodní páry/g
adsorbentu. Ostatní adsorbenty vykazují menší sorpční kapacity, a to i v případě
molekulového síta X13, které bylo proměřeno při průtoku 480 dm3/h (MS X13 (1)) a při
průtoku 1095 dm3/h. (MS X13(2)). Nejhorší sorpční kapacity pro vodu vykazuje úzceporézní
silikagel Silcarbon SGW 50.
0
50
100
150
200
250
Adsorpční kapacity (mg/g)
BaytlithSilcarbon SGW 50Envisorb B+KC TrockenperlenMS 13 X (1)MS 13 X (2)MS 5 A
Obr. 14: Adsorpční kapacity pro vodní páru
30
5.2.2 Adsorpce methanolu
Při měření adsorpce methanolu lze z Obr. 15 pozorovat nejlepší sorpční kapacitu u
adsorbentu Envisorb B+, srovnatelný je i silikagel KC Trockenperlen H, který byl testován při
výšce adsorbentu v adsorbéru 4 a 10 cm (KC Trockenperlen (1) a KC Trockenperlen (2)).
Naproti tomu není molekulové síto 13X příliš vhodné k odstraňování organických látek.
Hodnota jeho adsorpční kapacity je ve srovnání s nejlépe sorbujícím adsorbentem poloviční.
0
50
100
150
200
250
300
Adsorpční kapacity (mg/g)
KC Trockenperlen (1)Envisorb B+MS 13 XKC Trockenperlen (2)
Obr. 15: Adsorpční kapacity pro methanol.
31
6 Závěr
Při testování adsorpčních materiálů za zvýšeného tlaku 10 bar byly zjištěny adsorpční
kapacity pro adsorpci vodní páry a methanolu z plynu.
Pro adsorpci vodní páry se jako nejvhodnější adsorbent ukázal široceporézní silikagel
KC Trockenperlen H, jehož adsorpční kapacita 251,9 mg vodní páry/g adsorbentu byla ve
srovnání s ostatními materiály skoro dvojnásobná (120-140 mg/g). Naopak úzceporézní
silikagel Silcarbon SGW 50 je pro adsorpci vodní páry z plynu za zvýšeného tlaku nevhodný.
Adsorpční kapacita činí pouze 65,5 mg/g.
V případě adsorpce methanolu jsou adsorpční schopnosti silikagelu KC Trockenperlen
a Envisorb B+ skoro srovnatelné.Adsorbent Envisorb B+ vykazuje hodnotu adsorpční
kapacity 292,8 mg/g, silikagel KC Trockenperlen 292,7 mg/g. Nevyhovující je molekulové
síto 13X, jehož adsorpční kapacita je poloviční a dosahuje hodnoty 152,9 mg/g.
Pro adsorpční sušení zemního plynu pro pohon motorových vozidel vyhovuje nejlépe
silikagel KC Trockenperlen H, který vykazuje výborné adsorpční kapacity jak pro adsorpci
vody, tak i methanolu z plynu, které je nutno odstraňovat.
32
Seznam použité literatury 1. www.cng.cz
2. Ciahotný K.; Průběžná zpráva projektu MPO FI-IM / 049, Vývoj nové technologie čištění
a sušení zemního plynu; 2004.
3. www.zemniplyn.cz
4. www.rwe.cz
5. Ciahotný K., Adsorpční sušení a čištění zemního plynu používaného pro pohon
motorových vozidel; Konference Aprochem, 2006.
6. Preiβ R.; Diplomarbeit Adsorptive Gastrockung unter Druck; F.A.Universität Erlangen-
Nürnberg, Lehrstuhl für technische Chemie; 1998.
7. www.orlik.cz
8. Volka K. a kol.; Analytická chemie 2; Vydavatelství VŠCHT; 1995.
9. Bartovský T.; Analyzátory emisí; Vuste Praha; 1994
33
Seznam symbolů
ps parciální tlak syté vodní páry [mbar]
t teplota [°C]
mvoda hmotnost vody [g]
mnosný plyn hmotnost nosného plynu [g]
ρw husota vodní páry [kg/m³]
Vplyn hustota plynu [m3]
p parciální tlak vodní páry [mbar]
φ relativní vlhkost [%]
R universální plynová konstanta [J.mol-1.K-1]
T teplota [K]
c koncentrace [g/m3]
M molární hmotnost [g/mol]
p tlak [bar]
m hmotnost [g]
mA adsorpční kapacita [mg/g]
34
Seznam obrázků
Obr. 1: Schéma rychloplnící stanice CNG .................................................................................6
Obr. 2: Závislost tlaku sytých par vody na teplotě. ....................................................................8
Obr. 3: Obsah vodní páry v zemním plynu. .............................................................................10
Obr. 4: Definice základních pojmů...........................................................................................13
Obr. 5: Schéma vazeb v silikagelu. ..........................................................................................16
Obr. 6: Syntetický zeolit Baylith. .............................................................................................19
Obr. 7: Silikagel Silcarbon SGW 50 lot 4000. .........................................................................19
Obr. 8: KC Envisorb B+. ..........................................................................................................20
Obr. 9: Silikagel KC Trockenperlen H.....................................................................................20
Obr. 10: Molekulové síto 13X..................................................................................................21
Obr. 11: Molekulové síto 5 A...................................................................................................21
Obr.12: Schéma aparatury na adsorpci vody............................................................................24
Obr. 13: Schéma aparatury pro měření adsorpce organických látek........................................25
Obr. 14: Adsorpční kapacity pro vodní páru ............................................................................29
Obr. 15: Adsorpční kapacity pro methanol ..............................................................................30
35
Seznam tabulek
Tab. I: Vlastnosti použitých adsorbentů. ........................................................................ 22
Tab. II:Souhrnná tabulka výsledků adsorpce vody. ....................................................... 27
Tab. III: Souhrnná tabulka výsledků adsorpce methanolu ............................................. 28
36
Přílohy
Tab. I: Nejběžnější adsorbenty a jejich základní vlastnosti.
adsorbent forma hustota (kg/m3) BET- povrch
objem pórů
spec. teplota
tep. vodivost
skutečná hustota
zdánlivá hustota
sypná hmotnost (m2/g) (cm3/g) kJ/kg/K W/m K
aktivní uhlí prášek kousky válečky kuličky
2000-200 600-800 350-500 400-500 0,5-1,1 0,84 0,65
aktivní koks prášek kousky válečky
1900-000 800-1000 450-600 50-400 0,2- 0,6 0,85 0,80
uhlíkatá molekulová
síta válečky 2000-200 600-900 450-600 300-600 0,4- 0,8 0,85 0,75
uhlíkatá vlákna a tkaniny
vlákna rouna
tkaniny 2000 500-900 150-300 1000-1400 0,4- 1,0 0,7- 0,85 0,6- 0,75
alumina kuličky válečky 3000 1200 750-800 300-350 0,4- 0,6 0,85-1,05 0,12
silikagel kuličky 2200 750-1200 450-750 300-800 0,3- 0,45 0,92- 1,0 0,14 - 0,2
zeolitické adsorbenty
kuličky válečky kousky
2600 1100-300 650-750 200-1000 0,4- 0,7 0,85- 1,05 0,13
organické polymery kuličky ˜ 1050 ˜ 600 300-350 100-1200 1,0- 1,7 ˜ 0,6 ˜ 0,6
37
Průnikové křivky adsorbentů pro adsorpci vody
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 100 200 300 400 500 600
Čas (min)
Vlhk
ost p
lynu
(g/m
3)
Silcarbon SGW 50
Envisorb B+
KC Trockenperlen H
MS X13 (1)
MS X13 (2)
MS 5A
Baylith
Vstupní koncentrace
Graf 1: Vlhkost plynu v závislosti na čase adsorpce vody.
Průnikové křivky adsorbentů pro adsorpci methanolu
0
40
80
120
160
200
240
0 50 100 150 200
Čas (min)
Kon
cent
race
(g/c
m3) KC Trockenperlen
H (1)
Envisorb B+
MS X13
KC TrockenperlenH (2)
Graf 2: Koncentrace methanolu v plynu.
38
Obr. 1: Fotografie testovací aparatury.
