Способ регенерации активированного угля и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к способам и устройствам для регенерации активированного угля, используемым преимущественно в устройствах для обработки воздуха в транспортных средствах, в частности в их салонах. Однако может быть использовано для регенерации активированного угля и в устройствах для обработки воздуха в других помещениях. Сущность: регенерацию производят посредством водяного пара, в качестве источника которого используют конденсат атмосферной влаги, предварительно адсорбированной на силикагеле при очистке воздуха. Регенерацию производят при атмосферном давлении и при нагреве до температуры 160°С с последующим охлаждением посредством вентилятора с расходом воздуха не менее 25 мин^-1. Устройство для реализации способа регенерации активированного угля водяным паром содержит сорбционный патрон, в котором размещены силикагель и активированный уголь, нагревательный элемент для подогрева сорбционного патрона в процессе регенерации и вентилятор, соединенный с сорбционным патроном для его охлаждения и выброса в атмосферу продуктов регенерации. Технический результат: возможность многократного использования активированного угля при малых временных промежутках процессов сорбция-десорбция. 2 с. и 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам и устройствам для регенерации активированного угля, используемым преимущественно в устройствах для обработки воздуха в транспортных средствах, в частности в их салонах. Однако может быть использовано для регенерации активированного угля и в устройствах для обработки воздуха в других помещениях.

Известны способ термовакуумной регенерации активированного угля и устройство для его реализации (Л.С.Бобе, Ю.Е. Синяк, А.А.Берлин, В.А.Солоухин. Эколого- технические системы. М.: Изд. МАИ, 1992. с.38).

Недостатком их является сложность, так как процесс ведут при одновременном нагреве сорбционного патрона до температуры 200^oC с вакуумированием. Кроме того, при использовании данного способа, ввиду отсутствия принудительного сброса тепла, требуется длительное время для охлаждения сорбента.

Наиболее близким к изобретению является устройство и способ регенерации активированного угля острым водяным паром при повышенном давлении от 1,4-1,6 до 8-9 атмосфер. Данный способ широко применяется для десорбции паров различных органических соединений, например, паров бензола, этилового и метилового спиртов, ацетона и ряда других соединений (Е.Н.Серпионова. Промышленная адсорбция паров и газов. М.: Высшая школа,1969, с. 193-202).

Недостатком их является необходимость наличия бросового острого водяного пара, что возможно только в условиях промышленного предприятия. Кроме того, при использовании данного метода регенерации активированного угля требуется последующая длительная осушка и охлаждение сорбента. Также недостатком способа является проведение его при повышенном давлении, что накладывает дополнительные требования к отдельным узлам устройства.

В основу изобретения положена задача создания способа регенерации активированного угля и устройства для его реализации при атмосферном давлении за счет использования влаги, содержащейся в атмосфере, позволяющего быстро проводить охлаждение сорбента.

Поставленная задача достигается тем, что при очистке воздуха от вредных примесей в известном способе регенерации активированного угля, преимущественно в устройствах для обработки воздуха в салоне транспортного средства, заключающемся в том, что регенерацию производят посредством водяного пара, в качестве источника водяного пара используют конденсат атмосферной влаги, предварительно адсорбированной на силикагеле при очистке воздуха, регенерацию производят при атмосферном давлении и при нагреве до температуры 160^oC с последующим охлаждением посредством вентилятора с расходом воздуха не менее 25 мин^-1.

При этом объемное соотношение сорбентов силикагель - активированный уголь выбирают в пределах 0,4 - 1,1.

Устройство для реализации способа регенерации активированного угля водяным паром содержит сорбционный патрон, в котором размещены силикагель и активированный уголь, нагревательный элемент для подогрева сорбционного патрона в процессе регенерации и вентилятор, соединенный с сорбционным патроном для его охлаждения и выброса в атмосферу продуктов регенерации.

Кроме того, объемное соотношение сорбентов силикагель - активированный уголь в сорбционном патроне составляет 0,4 - 1,1.

Кроме этого, нагреватель выполнен с возможностью нагрева сорбционного патрона до температуры 160^oC, а вентилятор выполнен с расходом воздуха не менее 25 мин^-1.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.

Способ регенерации активированного угля, преимущественно в устройствах для обработки воздуха в салонах транспортных средств, заключается в адсорбции водяных паров, содержащихся в конденсате атмосферной влаги, на силикагеле. При регенерации активированного угля производится предварительный нагрев обоих сорбентов, объемное соотношение которых строго задано, до температуры 160^oC, выключение нагревательного элемента и включение вентилятора с приведенным расходом воздуха, отношение объемного расхода которого к суммарному объему сорбентов равно не менее 25 мин^-1.

При нагревании сорбентов до температуры 160^oC происходит активное выделение влаги из силикагеля. За счет этого она проникает во внутренние поры активированного угля и вытесняет из них молекулы органических соединений, которые выдавливаются в газовое пространство, окружающее сорбент. Данный процесс проходит до температуры 160^oC и дальнейшее повышение температуры не приводит к увеличению эффективности процесса регенерации. После выключения нагревательного элемента и включения вентилятора парогазовая смесь удаляется из фильтра воздухом с расходом не менее 25 мин^-1, что приводит к быстрому принудительному сбросу тепла. В процессе регенерации выходной патрубок сорбционного патрона соединен с атмосферным воздухом, в результате чего давление остается атмосферным. Поэтому не налагаются дополнительные требования к отдельным узлам устройства по герметичности, что также является преимуществом данных способа и устройства регенерации активированного угля.

Использование атмосферной влаги при регенерации активированного угля позволяет использовать данный способ и устройство в системах очистки воздуха, расположенных в различных помещениях, например в производственных помещениях, салонах автомобилей и самолетов, в специальных герметичных объектах, в которых отсутствует специальный источник водяного пара.

Важную роль при регенерации играет соотношение сорбентов силикагель - активированный уголь. При недостаточном количестве силикагеля объем конденсата атмосферной влаги, который может быть поглощен силикагелем, является недостаточным для полной регенерации угля. С другой стороны, использование слишком большого объема силикагеля приводит к выделению избыточного количества влаги, что не повышает степень регенерации, но приводит к необходимости дополнительной сушки активированного угля. Оптимальное объемное соотношение силикагель - активированный уголь составляет 0,4-1,1. В этом диапазоне достигается 81-84%-ная степень регенерации угля.

Использование принудительной вентиляции после нагрева сорбента до 160^oC и выключения нагревательного элемента позволяет быстро и эффективно удалить парогазовую смесь вместе с продуктами десорбции из фильтра и добиться быстрого охлаждения сорбента, что дает возможность многократного использования активированного угля при малых временных промежутках процессов сорбция-десорбция. При этом приведенный расход воздуха не должен быть менее 25 мин^-1, так как в противном случае, снижается эффективность регенерации из-за частичного протекания обратных (адсорбционных) процессов десорбированных вредных примесей.

Способ подтверждается конкретным примером.

В устройстве для обработки воздуха в салоне транспортного средства воздух с расходом 10 м³/час, содержащий пары гексана с концентрацией 23 мг/м³, подают на очистку в сорбционный патрон, содержащий силикагель и активированный уголь. Объем силикагеля в патроне составляет 615 см³ активированного угля 775 см³, объемное соотношение сорбентов 0,79. Влага, содержащаяся в атмосферном воздухе, сорбируется на силикагеле, а гексан удаляется активированным углем. После процесса сорбции, который приблизительно равен 4 часа, сорбенты подвергают регенерации. Для этого их нагревают до температуры 160^oC. При этом выходной патрубок устройства соединен с атмосферой, что позволяет вести процесс при атмосферном давлении. После достижения температуры 160^oC нагреватель выключают и включают вентилятор с приведенным расходом воздуха 120 мин^-1. Адсорбированный на активированном угле гексан вытесняется водяным паром, десорбированным из силикагеля, и вместе с ним выбрасывается в атмосферу.

Эффективность регенерации при этом составляет 82% при времени охлаждения активированного угля до нормальной температуры 20 минут.

Формула изобретения

1. Способ регенерации активированного угля, преимущественно в устройствах для обработки воздуха в салоне транспортного средства, заключающийся в том, что регенерацию производят посредством водяного пара, отличающийся тем, что в качестве источника водяного пара используют конденсат атмосферной влаги, предварительно адсорбированной на силикагеле при очистке воздуха, регенерацию производят при атмосферном давлении и при нагреве до температуры 160"С с последующим охлаждением посредством вентилятора с расходом воздуха не менее 25 мин^-1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объемное соотношение сорбентов силикагель - активированный уголь выбирают в пределах 0,4 - 1,1.

3. Устройство для реализации способа регенерации активированного угля, преимущественно в салоне транспортного средства, водяным паром, содержащее сорбционный патрон, в котором размещены силикагель и активированный уголь, нагревательный элемент для подогрева сорбционного патрона в процессе регенерации и вентилятор, соединенный с сорбционным патроном для его охлаждения и выброса в атмосферу продуктов регенерации.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что объемное соотношение сорбентов силикагель - активированный уголь в сорбционном патроне составляет 0,4 - 1,1.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что нагреватель выполнен с возможностью нагрева сорбционного патрона до 160^oС.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что вентилятор выполнен с расходом воздуха не менее 25 мин^-1.