AKTIVNÍ UHLÍ

Aktivní uhlí a s ním spojené produkty

Aktivní uhlí – adsorpční schopnost

Příklady adsorpční schopnosti aktivního uhlí

Co je to „adsorpce“?

Při procesu adsorpce dochází k ukládání látek na povrchu. Proto jsou potřebné látky s velkým povrchem, kterého je možné dosáhnout pouze vysokou pórovitostí při malých průměrech pórů. Nejčastěji používané adsorpční činidlo je aktivní uhlí, které má podle druhu použité suroviny, druhu aktivace a stupně aktivace vnitřní povrch mezi 800 a 2000 m²/g a které má vysoký adsorpční výkon pro nejrůznější plynné substance. Podobně jako grafit se aktivní uhlí skládá z velkoplošných, polykondenzovaných aromátových systémů, v jejichž dutinách přednostně probíhá adsorpce. Aby se umožnila doprava plynů k mikropórům ležícím uvnitř, tak musí být k dispozici větší dopravní póry. Jelikož je doprava řízena difúzí a tím je velmi pomalá, musí být voleny dostatečné tloušťky vrstev aktivního uhlí, aby byla plynná substance dostatečně dlouhou dobu v kontaktu s aktivním uhlím.

Výroba aktivního uhlí

Aktivní uhlí pro čistění vzduchu se vyrábí ve dvou stupních pomocí plynné aktivace. Nejdůležitější výchozí materiály jsou rašelina, kamenné uhlí a kokosové skořápky. Pro aktivaci materiál nejprve prochází nízkotepelnou karbonizací (švelování) při teplotě 850 až 900 °C bez přítomnosti kyslíku, aby se vyloučily těkavé složky (snížení hmotnosti o cca 50%). Ve druhém stupni je při stejné teplotě přidáván oxidační plyn, aby se dosáhlo kontrolovaného vypražení (opětovné snížení hmotnosti o cca 50%).

Vlastnosti aktivního uhlí

Struktura pórů může být významně ovlivněna volbou výchozího materiálu, procesu aktivace a aktivační teploty. Tím je možné vyrobit vhodné aktivní uhlí pro specifické plynné substance. Čím je menší velikost molekul a koncentrace plynů, tím menší by měly být póry uhlí. Velké molekuly s dlouhými, případně rozvětvenými řetězci vyžadují větší podíl dopravních a větších mikropórů. Důležitými charakteristickými veličinami pro aktivní uhlí jsou adsorpční izoterma a průniková křivka. Adsorpční izoterma představuje možné rovnovážné nasycení v závislosti na teplotě a tlaku páry plynu. Pro stanovení průnikové křivky je při konstantních okrajových podmínkách kontinuálně zaznamenávána koncentrace čistého plynu a pomocí časových úseků je nanášena jako poměr koncentrací čistého a surového plynu. Další charakteristické veličiny specifické pro aktivní uhlí jsou: sypná váha, velikost zrn, obsah vody a popela, stejně jako tvrdost. Jí se přikládá zvláštní význam z pohledu provozovatele, protože použití tvrdého uhlí umožňuje vynechat dodatečnou filtraci (doporučuje se třída filtrace ePM1). Pro zvlášť těkavé látky, jako jsou např. sirovodík, čpavek, aminy a formaldehyd, nestačí čistě fyzikální adsorpce. Jsou použity speciální impregnace uhlí, které vedou k chemické přeměně plynných substancí na povrchu aktivního uhlí. Pro chemickou přeměnu je nutné dodržet minimální teploty a vlhkosti, kvůli čemuž jsou horší výsledky v případě velmi chladných a suchých proudů plynů. Optimální provozní teplota většiny plynných substancí je okolo 35 až 45 °C.

Adsorpční schopnost

Adsorpční schopnost aktivního uhlí pro různé plynné substance je rozdílná podle koncentrace plynů ve vzdušině, vlhkosti a teplotě, stejně jako na době, po kterou je plynná substance v kontaktu s aktivním uhlím, velikosti pórů aktivního uhlí, stupněm pórovitosti aktivního uhlí a dalších vlivech. Údaje, které jsou uvedeny na zadní straně tohoto prospektu, jsou průměrnými hodnotami za optimálních podmínek. Tyto údaje se mohou lišit v závislosti na proměnlivých podmínkách jednotlivých řešení.

Pytlované aktivní uhlí

Aktivní uhlí máme pro zákazníky připravené v pytlích po 25 kg, případně lze koupit i jiné navážené množství, dle Vašich potřeb. Aktivní uhlí lze využít jako filtr pro adsorpci škodlivin a pachů.

Patrony s aktivním uhlím

Nejsnadnější použití aktivní uhlí pro filtraci je jako náplň patron. Patrony a ktivním uhlím nabízíme v různých velikostech a provedení.

Patrona s aktivním uhlím z nerezové oceli

Detail těsnění malé nerezové patrony

CarboCel – rámy s patronami CAN

Vzduchový filtr s aktivním uhlím adsorpci škodlivin a pachů

• Vzduchový filtr pro adsorpci škodlivin a pachů
• Kompaktní a modulární stavba adsorpčních zařízení
• Vyhovuje platným hygienickým normám
• Impregnované aktivní uhlí pro speciální použití
• Snadná výměna náplně patron

Vzduchový filtr s aktivním uhlím je vhodným prostředkem pro adsorpci (odloučení) nečistot a pachů ze vzduchu, které mohou být škodlivé nebo nepříjemné pro člověka, faunu nebo flóru. Je využívána jeho schopnost vázat na svůj povrch toxické, chemické nebo zapáchající látky ve formě plynů nebo par. Pro dosažení co nejlepší adsorpce je nutné, aby byla dosažena co nejdelší doba kontaktu kontaminované vzdušiny s povrchem aktivního uhlí. Doba kontaktu by měla být v rozsahu 0,1 až 5 s při rychlosti proudění 0,1 až 0,5 m/s. Čím delší je doba kontaktu vzdušiny s aktivním uhlím, tím vyšší je adsorpce škodlivin. Teplota vzdušiny by neměla přesáhnout 45 °C. Některé škodliviny standardní aktivní uhlí nedokáže adsorbovat. Proto je nutné aktivní uhlí impregnovat. Škodlivá látka pak chemicky reaguje s impregnační látkou na povrchu aktivního uhlí přičemž dochází k odstraňování škodliviny ze vzdušiny.

Hlavní předností CarboCelu je kompaktní modulární stavba, která vyhovuje platným hygienickým normám. Uživatel pak jistě ocení snadnou výměnu náplně filtračních patron. Těsnění filtru je ploché a vnější rozměry filtru odpovídají standardním rozměrům ostatních skupin vzduchových filtrů, proto lze CarboCel používat v kombinaci s ostatními filtry.

Filtrace vzduchu před a za uhlím

Povrch aktivního uhlí je tvořen velice jemnými trhlinkami a póry, které jsou velmi citlivé na prach. Proto je nutné před aktivní uhlí použít předfiltr s vyšší účinností (třída filtrace ePM2,5). Vhodnými typy jsou kapsové filtry (DriPak) nebo kompaktní filtry (VariCel, VariCel V). Aktivní uhlí je ovšem samo zdrojem velmi jemného prachu. Proto se doporučuje u přívodních systémů použít za jednotku s aktivním uhlím další filtrační stupeň třídy filtrace ePM1.

Provedení

Nosné rámy z pozinkované nebo nerezové oceli umožňují pomocí patron CAN ze stejných materiálů s náplní aktivního uhlí sestavit filtrační blok, který je optimalizován pro množství vzduchu, adsorbované látky, náklady a požadavky na kvalitu vyčistěné vzdušiny. Nosné rámy se vyrábí ve čtyřech základních velikostech s bajonetovým uchycením patron. Ty jsou dostupné v pěti různých velikostech s různou délkou a tloušťkou vrstvy. Aktivní uhlí je dodáváno ve standardním provedení nebo impregnované. Rám filtru je z lakovaného plechu, případně z nerezový (RVS). Těsnění filtru v případě potřeby je ploché.

Hlavní oblasti použití:

• přívody vzduchu do letištních terminálů a nádražních hal
• přívody vzduchu do operačních sálů a JIP
• odtahy z aktivní zóny jaderných elektráren
• odtahy z čistíren odpadních vod
• odtahy z jatek a masné výroby
• odtahy svařovacích pracovišť
• odtahy z chemických výrob
• odtahy z kuchyní a grilů
• odtahy z lakoven a stříkacích kabin

Přehled základních rozměrových variant CarboCelu

KDC – filtrační skříně

Adsorpční filtrační skříně do potrubí s patronami s aktivním uhlím

• Stabilní konstrukce z nerezového nebo pozinkovaného plechu
• Možnost kombinace více stupňů předfiltrů
• Možnost integrace měření tlakové ztráty
• Maximální průtok až 12 800 m3/hod s náplní až 192 kg aktivního uhlí

Filtrační skříně KDC s aktivním uhlím řazené do vzduchotechnického potrubí se používají k odlučování nežádoucích chemických sloučenin ze vzdušiny (těkavé látky, biologické zápachy, apod.). Filtry lze použít jak pro přívod vzduchu, tak i pro odtah.

Konstrukce a uspořádání

Skříň je vyráběna v několika velikostních variantách, přičemž maximální velikost je dána čtyřmi plnými montážními rámy pro patrony s aktivním uhlím (plný rám má frontální velikost 610×610 mm). Skříň má nosnou kostru z ocelových profilů a lze ji zavěsit nebo umístit na podstavec. Přístup k filtrům zajišťují velkoplošné revizní poklopy s těsněním. U skříně s filtračními rámy vedle sebe je vhodné provedení s revizními poklopy na obou stranách. Připojovací hrdla skříně jsou tvarována dle požadavků pro kruhové nebo hranaté potrubí. Aktivní uhlí, zajišťující odloučení chemických látek, je instalováno v klasických válcových patronách s bajonetovým upevněním do nosného montážního rámu. Pro zajištění maximální životnosti nápně je třeba zabránit zaprášení aktivního povrchu granulí. Před uhlím je proto instalován jeden nebo více stupňů předfiltrů dle prachového zatížení. V případě výskytu aerosolu (vody, tuku, parafínu, apod.) ve vzdušině, je vhodné instalovat i regenerovatelný kovový filtr. Granule aktivního uhlí jsou samy zdrojem prachu. Proto je třeba v případě vracení vzduchu do obytných nebo pracovních prostor za uhlíkový filtrační stupeň řadit tzv. koncový filtr, schopný zachytit mikroskopický uhelný prach. Jde o filtr třídy minimálně ePM1 80%, pro obytné prostory pak třídy E11 – 12. Takto ošetřený vzduch lze považovat za vhodný pro dýchání.

Předfiltrace

Pro zamezení zanášení povrchu granulí aktivního uhlí je třeba instalovat filtrační médium třídy ePM10, nebo ePM2,5  (dle ISO 16890). Podle prachového zatížení lze volit jednoduchý řez filtračního rouna AmerTex F30 nebo kazetový filtr AmAir nebo kapsový filtr DriPak. Každý z uvedených filtrů má jinou jímavost a fraktální odlučivost a z toho vyplývající různou životnost v konkrétním případě. Pokud je nasáván vzduch s velkým množstvím prachu nebo s aerosolem, je z hlediska provozních nákladů vhodné osadit předfiltr plně regenerovatelným kovovým filtrem typu MetaNet. V případě velkého množství zachycené tekutiny je vhodné prostor předfiltru vybavit sběrným kanálkem se svodem kapaliny do sběrné odpadní nádoby. Pokud je kanálová skříň užívána pro nasávání atmosférického vzduchu bez úpravy, je možné užít dva stupně předfiltrů v kombinaci tříd ISO Coarse a ePM10 nebo ePM2,5. Tímto opatřením lze rozumně prodloužit interval výměny filtrů a tím i interval revizí s nutnou odstávkou zařízení.

Hlavní filtr

Stupeň s aktivním uhlím je tvořen sadou patron CAN, které jsou válcového tvaru s vrstvou granulí aktivního uhlí 26 mm. Patrony jsou z pozinkovaného děrovaného plechu a jsou do nosného rámu usazeny bajonetovým závěrem. Patrony mají různou délku a tím i rozdílnou hmotnost náplně. Větší množství uhlí umožňuje zvýšit objemový průtok při zachování potřebné filtrační rychlosti (dobu kontaktu vzdušiny s aktivním povrchem granulí). Životnost uhlí, respektive doba, za kterou se nasytí odlučovanou látkou, je závislá na koncentraci této látky a na adsorpční schopnosti daného typu aktivního uhlí na zachycovanou látku. Účinnost se dá zjistit měřením a srovnáním koncentrací ve vzduchu před a za filtrem. Při zachování podobných provozních podmínek lze takto stanovit interval výměny náplní patron. Délka patron je odstupňována na 257, 457 a 750 mm. Montážní rámy zachovávají standardizované rozměry 12″, 20″ a 24″ (305, 508 a 610 mm). Rámy jsou konstruovány pro 4, 8, 12 nebo 16 patron. Kombinace těchto rámů určuje frontální průřez filtrační skříně KDC.

Koncový filtr

Pro zachycení mikroskopického uhelného prachu slouží poslední filtrační stupeň. Pokud je skříň používána k odsávání vzduchu, který je dále vypouštěn do ovzduší, je možno tento stupeň vynechat. Pro dočistění vzduchu vháněného do technických prostor se používá zpravidla filtr třídy ePM1 80% typu VariCel V nebo VariPak. Pro dočistění vzduchu vraceného nebo přiváděného do prostor s pohybem osob, je třeba použít jemnějších médiíí. A to buď filtr typu BioPak (třída H11) nebo AstroPak (třída H13).

Technické doplňky

Skříň lze vybavit měřením tlakové ztráty pasivních filtrů. Měřicí přístroje Dwyer jsou osazeny buď přímo na skříni nebo na jiném místě dle přání.

Celkové rozměry a průtočnost

Tabulka uvádí celkové průtoky vzduchu, celkovou náplň uhlí a frontální rozměry skříně v závislosti na užité kombinaci patron s aktivním uhlím. Celková délka skříně je závislá na počtu filtračních stupňů, hloubce jednotlivých filtrů a na tvaru přechodových dílů. K šířce skříně je nutno připočítat tlouštku revizního poklopu 20 mm, v případě oboustranného přístupu 40 mm.