Десорбция газа

ДЕСОРБЦИЯ ГАЗА (от лат. de — приставка, означающая удаление, и sorbeo — поглощаю * а. gas desorption; н. Gasaustreibung; ф. desorption du gaz; и. desorcion de gas) — удаление газа из поглотителей, используемых при абсорбционной и адсорбционной очистке газов. Десорбция газа с поверхности твёрдого поглотителя — адсорбента осуществляется в основном его нагреванием и снижением давления над ним, что приводит к выделению газа из пор адсорбента. Проводится в адсорбере и представляет собой одну из стадий селективной очистки газов от вредных примесей (например, при очистке природного газа от сероводорода цеолитами или осушке газа). Адсорбер работает попеременно в режимах адсорбции и десорбции.[14]

Десорбция газа из жидкого поглотителя — абсорбента в зависимости от механизма поглощения (абсорбции) протекает различно. Если абсорбция обусловлена диффузией газа в жидкости (т.н. физическая абсорбция), обратный процесс — десорбция протекает при повышении температуры и снижении давления над абсорбентом. Процесс осуществляется, например, при абсорбционномизвлечении из природного и нефтяного газов пропана, бутана, более тяжёлых углеводородов, меркаптанов и др. жидкой смесью углеводородов С6+высшие. Если абсорбция сопровождается обратимой химической реакцией (т.н. химическая абсорбция) и протекает с выделением тепла, смещению химического равновесия в сторону обратной реакции, т.е. десорбции, способствует подвод тепла извне (принцип Ле Шателье). При этом расходуется больше энергии, чем в предыдущем случае. Процесс осуществляется, например, при очистке природного газа от Н2S и СО2 растворами аминов. Десорбция газа из жидкого поглотителя проводится в десорбере.

Метод - термическая десорбция

Метод термической десорбции является частным случаем вытеснительного метода, когда компоненты смеси движутся под влиянием перемещения температурного поля. Разделение происходит вследствие многократного повторения процессов вытеснения одних компонентов другими при движении смеси вдоль сорбционного слоя. При вытеснительном анализе все компоненты движутся по слою сорбента с одинаковой скоростью.[6]

Метод термической десорбции удобен и применим для всех классов органических соединений.

При использовании метода термической десорбции предел обнаружения микропримесей в общем случае достигает 10 - 5 % и ограничивается размыванием начальной зоны компонентов примесей из-за длительного элюирования из ловушки в разделительную колонку. Этот метод более трудоемок, чем описанные выше, однако он дает возможность повысить предел обнаружения на 2 - 3 порядка и более.

При анализе методом термической десорбции, не нашедшем широкого распространения, роль вытеснителя играет тепловое поле печи движущейся вдоль колонки.

Существуют различные методы десорбции: метод термической десорбции, вакуумной, вытеснительной специальным десорбентом или их комбинации. Для разделения ароматических углеводородов С8 применяется метод вытеснительной десорбции с помощью ароматических углеводородов[3].

Для перевода отобранной из воздуха пробы в хроматограф используют метод термической десорбции или экстракцию растворителем. В первом случае концентрационную трубку присоединяют к крану-дозатору хроматографа и нагревают ее до определенной температуры. Исследуемые вещества в потоке газа-носителя поступают в хроматографическую колонку.

При разделении компонентов, содержащихся в смеси в высоких концентрациях, возможно применение метода термической десорбции. В этом методе отсутствует растворитель, и проявление осуществляется потоком компонентов, десорбируемых надвигающимся температурным полем. [7]

Как видно из результатов испытания производственной установки, метод десорбции путем откачки в изотермических условиях при предельно низкой температуре вакуумным насосом и метод термической десорбции дают примерно одинаковые результаты, которые следует признать весьма удовлетворительными с эксплуатационной точки зрения.

Обычно же стадия десорбции под вакуумом проводится с одновременным нагреванием адсорбента. Применение метода термической десорбции под вакуумом позволяет снизить температуру десорбции.[1]

Для устранения ряда перечисленных недостатков регенеративной системы низкого давления была предложена комбинированная система регенерации, в которой вакуумные подогреватели заменяются смешивающими, теплообменники с избыточным давлением пара остаются поверхностными. В такой системе отмечено полное удаление углекислоты методом термической десорбции в смешивающих подогревателях. Там же происходит удаление кислорода.[9]

Основное преимущество активного угля по сравнению с другими адсорбентами - его высокая емкость и очень прочная адсорбция компонентов, позволяющие использовать относительно небольшие количества адсорбента. Согласно данным работы, барбитураты можно количественно определить в крови, если подсоединить шприц с пробой к маленькой колонке с активным углем, пропустить пробу через адсорбент, элюируя ее эфиром, и проанализировать затем элюат методом газовой хроматографии. Хотя метод термической десорбции и использовался для выделения пробы из активного угля, однако его, как говорилось выше, нельзя считать оптимальным; большинство исследователей предпочитают элюирование растворителем. Работая с малым количеством адсорбента, можно уменьшить необходимый объем элюента (при условии, что выбранный элюент достаточно эффективен) и соответственно снизить потери при выпаривании на стадии удаления избытка растворителя. Дженнингс и Нурстен установили, что наиболее эффективным элюентом для извлечения летучих веществ, адсорбированных на угле из потока газа и воды, является дисульфид углерода.[4]

Высокую производительность препаративных установок газовой хроматографии можно получить сведением размывания до минимума, избавлением от газа-носителя и вытеснителей, которые не позволяют сделать метод непрерывным. Поэтому целесообразно использовать при хроматографическом разделении термический фактор. Однако метод термической десорбции так называемый тепловытеснительный метод) существенно периодичен по идее и содержит в производственном цикле ряд вспомогательных тактов, обусловленных необходимостью десорбции, охлаждения и введения порций разделяемой смеси.

Для определения микропримесей в атмосферном воздухе предложен обратный вариант, сущность которого заключается в насыщении жидкости анализируемым газом до установления равновесного распределения компонентов между газовой и жидкой фазами и анализе последней. Впоследствии этот способ применен для анализа загрязнений атмосферы. Последующий газохроматографический анализ поглощенных жидкостью примесей осуществляют методом термической десорбции, при этом определяют общее количество уловленного вещества и таким образом исключают возможность повторных анализов. [6]

Достоинством метода фазовых равновесий по сравнению с ранее рассмотренными является то, что отпадает необходимость точно измерять объем пропущенного через ловушку газа. Достаточно лишь использовать его в избытке и знать температуру концентратора. Метод позволяет выбором соответствующего сорбента повышать чувствительность и селективность определения примесей. Однако этому методу присущи все недостатки рассмотренных ранее методов термической десорбции. Кроме того, метод дает возможность определять общее количество уловленного вещества, а не его концентрацию, что в итоге приводит к необходимости знания объема пленки улавливающей жидкости. [7]