Современные адсорбенты относятся к классу сложных и наукоемких продуктов, которые, как и катализаторы, являются результатом молекулярного дизайна, математического моделирования внутренней поверхности и процессов активации. Научно-технический прогресс диктует новые требования к адсорбентам, призванные оптимизировать производственные процессы, увеличив выход продукта и снизив общие энергозатраты.
Одной из областей применения адсорбентов, таких как оксид алюминия, силикагель или цеолиты, является обезвоживание газов и жидкостей. Присутствие воды в сырье приводит к сбою в работе двигателей и агрегатов, может снижать активность используемых катализаторов, вызывать коррозию и снижать эксплуатационные показатели рабочих агрегатов в целом. Кроме того, влага образует ледяные и гидратные пробки, способные закупоривать газопроводы.
Активированный оксид алюминия является неотъемлемой частью большинства адсорберов для осушки газов благодаря его большой химической и термической устойчивости, низкой химической активности, а также разнообразию его структурных модификаций, определяющем дисперсность и состояние поверхности оксида.
Оптимизация процесса осушки газов, усовершенствование активности, емкости, механической прочности адсорбентов являются актуальными задачами, решение которых удешевит производственные процессы и повысит конкурентноспособность российской промышленности.
Институт катализа СО РАН является одной из организаций, ведущих работы в этом направлении [1]. Результатом их работы является новый способ термообработки гидраргиллита с получением продукта центробежно-термической активации с возможностью широко варьировать условия активации, производя адсорбент или носитель с желаемыми физико-химическими свойствами.
Целью данной работы является сравнительное изучение кинетики адсорбции паров воды на промышленных образцах оксида алюминия (Alumac 2-5, Alusorb 675) и синтезированного алюмооксидного образца из продукта центробежно-термической активации гидраргиллита.
Для достижения поставленной цели в ходе выполнения работы решались следующие задачи:
1. Синтез алюмооксидного образца из продукта центробежно-термической активации гидраргиллита;
2. Исследование физико-химических характеристик синтезирова- ноого и промышленных образцов оксида алюминия;
3. Проведение экспериментов по изучению кинетики адсорбции паров воды на образцах и проведение сравнительного анализа полученных данных.
1. В работе синтезирован алюмооксидный адсорбент на основе продукта центробежно-термической активации гидраргиллита. В процессе синтеза была произведена модификация адсорбента ионами натрия на стадии гидратации.
2. Образцы алюмооксидных адсорбентов были охарактеризованы с применением методов РФА и низкотемпературной адсорбции азота. Согласно результатам РФА полученный образец осушителя из продукта ЦТА представляет собой у-Л1203 с высокой степенью кристалличности. При этом для промышленных адсорбентов характерно наличие бемита - продукта неполной дегидратации тригидроксидов алюминия. Результаты низкоетмпературной адсорбции азота свидетельствуют о наличии мезо- пористой структуры всех трех адсорбентов. Показано, что лабораторный образец по текстурным характеристикам не уступает промышленным адсорбентам: значения удельной поверхности промышленных образцов сопоставимы с лабораторным образцом.
3. Показано, что для описания кинетики адсорбции паров воды на исследованных образцах хорошо подходит уравнение Глюкауфа, достаточно хорошо описывающее адсорбцию паров воды вплоть до насыщения образца. Согласно уравнению Глюкауфа был определен кинетический коэффициент в, характеризующий активность адсорбентов.
4. Проведенные кинетические исследования показали, что адсорбент на основе оксида алюминия обладает сопоставимой с промышленными статической адсорбционной емкостью, резко отличаясь при этом значением адсорбционной активности: коэффициент массообмена уравнения Глюкауфа почти в два раза выше, чем у Alumac 2-5 и Alusorb 675. Следствием высокой активности адсорбента является высокая близость динамической емкости к расновесной статической, то есть степень использования равновесного статического слоя в динамических условиях будет выше, чем это бы наблюдалось у рассмотренных промышленных образцов [41].
Данные экспериментальные факты являются подтверждением перспективности адсорбентов, получаемых на основе продукта центробежнотермической активации алюминия и модифицированных ионами натрия. Технология активации гидраргиллита на центробежных реакторах барабанного типа является более экологичной и энергоэффективной альтенативой традиционным методам термической активации.
