1 / 35

OCZYSZCZANIE PRZEMYS Ł OWYCH GAZÓW ODLOTOWYCH

OCZYSZCZANIE PRZEMYS Ł OWYCH GAZÓW ODLOTOWYCH. Do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wykorzystuje się podstawowe procesy wymiany masy procesy fizyczne: adsorpcję absorpcję kondensację separację membranową procesy chemiczne procesy w których przebiegaj ą reakcje chemiczne:

feivel
Download Presentation

OCZYSZCZANIE PRZEMYS Ł OWYCH GAZÓW ODLOTOWYCH

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. OCZYSZCZANIE PRZEMYSŁOWYCH GAZÓWODLOTOWYCH • Do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wykorzystuje się podstawowe procesy wymiany masy procesy fizyczne: • adsorpcję • absorpcję • kondensację • separację membranową • procesy chemiczne procesy w których przebiegają reakcje chemiczne: • procesy spalania bezpośredniego i termicznego • metody katalityczne: • spalanie (utlenianie) katalityczne • redukcja katalityczna • rozkład katalityczny • metody biologiczne

  2. ADSORPCJA Adsorpcja jest procesem, w którym cząsteczki ( lub cząstki , fragment cząsteczki - rodnik, atom) jednej substancji zostają związane na powierzchni innej substancji. Adsorbat - substancja, która ulega związaniu na granicy faz. Adsorbent - substancja na powierzchni, której następuje proces adsorpcji. Adsorpcja jest procesem egzotermicznym. Proces odwrotny - desorpcji jest endotermiczny.

  3. ADSORPCJA Etapy procesu adsorpcji: a)dyfuzja cząsteczek z wnętrza fazy gazowej do powierzchni zewnętrznej, b)dyfuzja cząsteczek w porach adsorbenta do jego powierzchni wewnętrznej, c)adsorpcja fizyczna cząsteczek na powierzchni adsorbenta. Zwiększanie szybkości adsorpcji - zwiększenie powierzchni międzyfazowej - rozdrabnianie adsorbenta - zwiększanie burzliwości przepływu Etapy desorpcji

  4. ADSORPCJA Adsorbenty Węgiel aktywny Powierzchnia właściwa węgli aktywnych sięga 1000 m2/g. Węgiel aktywny stosowany w procesach oczyszczania gazów musi mieć postać ziarnistą i odpowiednią wytrzymałość mechaniczną. Adsorbenty:krzemowe - silikażel, ziemia Fullera, tlenek glinu Adsorbenty glinowokrzemianowe - sita molekularne - zeolity syntetyczne o strukturze, w której wolne przestrzenie tworzą komory i kanały o ściśle określonych kształtach i wymiarach: Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].zH2O

  5. ABSORPCJA Absorpcja jest to dyfuzyjne przenoszenie cząsteczek substancji z jednej fazy (gazowej) przez granicę faz w objętość drugiej fazy ( cieczy) wywołane różnicą stężenia w obu fazach. Czyli absorpcjapolega na pochłanianiu zanieczyszczeń gazowych przez ciecz (absorbent). Absorpcja zastosowanie: -         stężenie zanieczyszczeń wynosi kilka procent -         gazy rozcieńczone, gdy zanieczyszczenia sąłatwo rozpuszczalne w absorbencie. Absorbenty: woda, roztwory kwasów, zasad, soli o właściwościach utleniających lub redukujących, związki organiczne. Produkt absorpcji - obojętny dla środowiska nie stanowi ponownego problemu do utylizacji.

  6. ABSORPCJA Zwiększanie szybkości absorpcji: 1.zwiększenie powierzchni międzyfazowej 2.zwiększenie szybkości dyfuzji 3.absorpcja z reakcją chemiczną – np. z reakcją utleniania - roztwory utleniaczy takich jak chlor, dwutlenek chloru, podchloryn sodowy, nadmanganian potasu oraz obecnie najbardziej popularny ozon. 4.wprowadzane do układu absorpcyjnego gaz - ciecz, cząstek stałych: elementy obojętne chemicznie zwiększające burzliwość układu, katalizatory, substancje reaktywne chemicznie, sorbenty naturalne i syntetyczne oraz substancje biologicznie czynne.

  7. KONDENSACJA Kondensacjajest metodą usuwania z gazów odlotowych substancji o wysokich temperaturach wrzenia przez chłodzenie wodą lub powietrzem w wymiennikach ciepła. W metodzie kondensacji zanieczyszczeń gazowych stosuje się dwie metody chłodzenia: bezprzeponową i przeponową.

  8. SPALANIE Spalanie - usuwanie z gazów odlotowych niebezpiecznych dla środowiska substancji palnych takich jak węglowodory, tlenek węgla, rozpuszczalniki organiczne itp.. W reakcji spalania węglowodory są utleniane do CO2 i H2O. Spaleniu podlegać mogą również organiczne aerozolowe cząstki stałe, dymy, mgły ikrople. Spalanie może być prowadzone jako - bezpośrednie, - termiczne, - katalityczne.

  9. KATALIZA Kataliząnazywa się zjawisko zmiany szybkości reakcji chemicznych w wyniku oddziaływania na reagenty substancji zwanych katalizatorami. Katalizator definiuje się jako substancję, która zwiększa szybkość z jaką reakcja chemiczna osiąga stan równowagi, sama się jednak nie zużywa i której symbol nie występuje w równaniu stechiometrycznym.

  10. KATALIZA HETEROGENICZNA • Centrum aktywne jest to atom lub grupa atomów powierzchni, która tworzy z substratami wiązanie chemiczne prowadzące do powstania kompleksu przejściowego a następnie produktu • Większość katalizatorów stałych zawiera trzy typy składników: • substancja aktywna ( 0,1 – 100%) • nośnik • promotory • Etapy procesu katalizy na stałych katalizatorach porowatych

  11. KATALIZA HETEROGENICZNA • Dezaktywacja katalizatorów:  • blokowanie powierzchni przez depozyty pyłów • koksowanie LZO (depozyty węglowe) • sublimacja katalizatora • spiekanie powierzchni aktywnych • zatruwanie katalizatora ( siarkowodór, siarczki organiczne i nieorganiczne, związki arsenu, związki fosforu, ołowiu, rtęci)

  12. PROCESY KATALITYCZNE W OCHRONIE ŚRODOWISKA REDUKCJA KATALITYCZNA stosowana w procesach usuwania tlenków azotu z gazów odlotowych polega na redukcji tlenków azotu za pomocąróżnych reduktorów jak amoniaku, tlenku węgla lub węglowodorów w obecności katalizatorów. ROZKŁAD KATALITYCZNY tlenków azotu na azot i tlen wobec katalizatorów. UTLENIANIE KATALITYCZNE węglowodorów, tlenku węgla do ditlenku węgla i wody.

  13. Metody membranowe Separacja membranowa Separacja membranowa oparta jest na selektywnej przepuszczalności zanieczyszczeń przez membrany ze środowiska gazów odlotowychh. Membrany ceramiczne i polimerowe. Układy wielostopniowe.

  14. Metody membranowe

  15. Metody odsiarczania gazów odlotowych W dużych elektrowniach rzędu 1000 MW emitowane są do atmosfery strumienie spalin rzędu 5mln m3/h Metody odsiarczania dzieli się na: odpadowe regeneracyjne (bezodpadowe) lub mokre (absorpcyjne) suche ( adsorpcyjne)

  16. Metody odsiarczania gazów odlotowych Metody mokre - absorpcyjne A) odpadowe – produkt odsiarczania (mieszanina gipsu, siarczynu wapnia i popiołu) wydalany jest w całości na składowiska, do wypełnień górniczych lub do morza; składowiska wymagają rekultywacji (!) B) półodpadowe – produktem jest gips CaSO4∙2H2O, który można wykorzystać np. w budownictwie, ale często jest składowany (mniejsze zagrożenie dla środowiska niż produkt odsiarczania metodą odpadową) C) bezodpadowe – absorbent zostaje zregenerowany, a wydzielony SO2 wykorzystuje się do produkcji H2SO4, siarki elementarnej lub w innych gałęziach przemysłu (najkorzystniejsze rozwiązanie)

  17. Metody odsiarczania gazów odlotowych Metoda absorpcyjna, mokra, odpadowa Metoda wapniowo-wapienna - odpadowa Metoda oparta jest na absorpcji SO2 w zawiesinie wapna ( CaO) lub kamienia wapiennego (CaCO3).  

  18. Metody odsiarczania gazów odlotowych Metoda absorpcyjna, mokra, odpadowa Schemat instalacji odsiarczania spalin metodą wapienną. 1 – skruber, 2 – zbiornik pośredni, 3 – odstojnok, 4 – zbiornik cieczy klarownej, 5 – filtr, 6 – mieszalnik, 7 – podgrzewacz spalin, 8 – komin [6]

  19. Metody odsiarczania gazów odlotowych Metoda absorpcyjna, mokra, półodpadowa Wapienna -wapniakowa z produkcją gipsu Metoda oparta jest na absorpcji SO2 w zawiesinie wapna ( CaO) lub kamienia wapiennego (CaCO3). Konieczne dokładne odpylenie gazów. Reakcje takie jak w metodach odpadowych z tym, że utlenianie przeprowadza się niemal całkowicie w dodatkowym reaktorze, przez co otrzymuje się tylko gips CaSO4∙2H2O

  20. Metody odsiarczania gazów odlotowych Metoda absorpcyjna, mokra, regeneracyjna (bezodpadowa), Metoda magnezowa Absorpcja Oczyszczane gazy muszą być dokładnie odpylone; absorbentem jest wodna zawiesina MgO: MgO + SO2 + nH2O = MgSO3∙nH2O gdzie n= 3 lub 6 Regeneracja polega na prażeniu wytrąconych siarczynów:  MgSO3∙nH2O = MgO + SO2 + nH2O (800-1000oC) Dwutlenek siarki kierowany do produkcji kwasu siarkowego

  21. Metody odsiarczania gazów odlotowych Metody mokre, regeneracyjne (bezodpadowe), • Metody rozwojowe • Zastosowanie jako absorbentów pochodnych aniliny, glikolu etylenowego, dietyloamina i inne. Stopnie odsiarczania gazów powyżej 99%. • Katalityczne utlenianie SO2 do SO3 wobec V2O3 jako katalizatora a następnie absorpcja tritlenku siarki w kwasie siarkowym - sprawność oczyszczenia gazu powyżej 99%. Produktem jest 80% kwas siarkowy. • Biologiczna redukcjajako metoda regeneracyjna usuwania SO2ze spalin odlotowych.

  22. Metody odsiarczania gazów odlotowych Metoda sucha - odpadowa Absorpcyjna: Absorpcja SO2 w suszarni rozpyłowej z jednoczesnym odpylaniem. Rozpylona w atomizerach zawiesina lub roztwór absorbenta (Ca(OH)2 itp.) kontaktuje się w suszarce z gorącymi gazami spalinowymi. Reakcja główna: SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 +H2O Woda ulega odparowaniu. Powstałą suchą mieszaninę siarczynu isiarczanu wapnia wraz z pyłem usuwa się w odpylaczach, najlepiej tkaninowych.

  23. Metody odsiarczania gazów odlotowych Metody suche - bezodpadowe Adsorpcyjne: 1. Stosowane adsorbenty - tlenki metali: manganu, miedzi, które reagują do odpowiednich siarczków.Regeneracja - reakcja z wodorem, CO lub węglowodorami odzyskuje sięSO2. Sprawność oczyszczania powyżej 95%. 2. Węgiel aktywny - adsorbent, temp. 390 – 420K, Adsorpcja SO2 z reakcją chemiczną SO2 + H2O + 1/2O2 H2SO4 Regeneracja gazem obojętnym w temperaturze ok. 670K. 3H2S + H2SO4 4S + 4H2O

  24. Metody odsiarczania gazów odlotowych Schemat odsiarczania gazów przy zastosowaniu węgla jako adsorbenta .

  25. Metody odsiarczania gazów odlotowych Porównanie metod mokrych i suchych • metody mokre, • wady • konieczność podgrzewania gazów odlotowych powyżej punktu rosy kwasu siarkowego, co znacznie podwyższa koszty oczyszczania. • konieczność usuwania wody z produktów.

  26. Metody odsiarczania gazów odlotowych Porównanie metod mokrych i suchych • suche metody, • wady • mała efektywność wykorzystania ziaren sorbentu, • mała prędkość gazu, • duże straty sorbentu podczas regeneracji. • stosowane w metodach suchych sorbenty są bardziej kosztowne niż w metodach mokrych • duże wymiary aparatów rzędu 100 m3. • zalety • zużycie wody jest o ok. 50% mniejsze lub woda nie jest stosowana. • zużycie energii w metodach suchych jest mniejsze • metody suche tworzą mniej odpadów. • produkty odsiarczania sąłatwe do przetworzenia na niepylący granulat • w metodach suchych nie stosuje się wielu aparatów stosowanych w metodach mokrych oraz nie występuje problem blokowania wnętrza aparatury osadami i korozji. • Metody regeneracyjne >koszt> odpadowe

  27. Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody usuwania NOx z gazów odlotowych: Metody mokre; metody absorpcyjne Metody suche; adsorpcja selektywna redukcja katalityczna, nieselektywna redukcja katalityczna, katalityczny rozkład

  28. Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody mokre Metody mokre - absorpcyjne 1. Stosunek molowy NO2/NO = 1, procesy absorpcji w roztworach alkalicznych takich, jak NaOH, Na2CO3, Ca(OR)2, CaCO3, Mg(GH)2, MgCO3 , (NH4)2CO3 (90%) NO + NO2 +2 NaOH  2NaNO2 + H2O 2NO2 + 2NaOH  NaNO2 + NaNO3 + H2O 2NO2 + (NH4)2CO3 NH4NO3 + NH4NO2 + CO2 2. Stosunek molowy NO2/NO << 1 prowadzi sięabsorpcję alkaliczną w obecności substancji utleniających, takich jak podchloryn sodu, podchloryn wapnia, sole żelazowców, ozon, ditlenek chloru, woda utleniona oraz bardzo ekonomiczna metoda - gazy odlotowe są zraszane kwasem azotowym w wieżach absorpcyjnych

  29. Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Adsorpcja NOxna zeolitach, węglu aktywnym i anionitach. Cykl adsorpcji i utleniania Cykl regeneracji. Zdesorbowany NO2 kieruje się do kolumny absorpcyjnej w instalacji kwasu azotowego. Metoda adsorpcyjna - wysoka sprawność, jest bezodpadowa, - koszt adsorbentów jest wysoki i regeneracja kolumny

  30. Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) Redukcja tlenków azotu do azotu cząsteczkowego za pomocą amoniaku w obecności katalizatora

  31. Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) w zakresie 200-300°C 2NH3 + NO +NO22N2 + 3H2O w temperaturze niższej od 150°C zachodzi reakcja 2NO2 + 2NH3 N2 + H2O + NH4NO3 w temperaturze powyżej 320°C 5NO2 + 2NH3 7NO + 3H2O Katalizatory: platynowce: Pt, Rh, Pd oraz tlenki metali przejściowych, np. V2O5, TiO2, MoO3, V2O5osadzony na TiO2lub na mieszanym nośniku TiO2-SiO2

  32. Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) System redukcji tlenków azotu. 1 – wlot powietrza; 2 – wymienniki ciepła; 3 – zbiornik ciekłego amoniaku; 4 – odparowanie amoniaku; 5 – wlot gazów odpylonych i odsiarczonych; 6 – katalizator NOx; 7 – wylot gazów oczyszczonych; 8 – komin.

  33. Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) • Wady metody SRK • stosowanie bardzo drogiego i wysoce korozyjnego oraz toksycznego amoniaku • katalizator platynowy: • mała odporność na zatrucia przez metale ciężkie,P2O5 lub As2O3, • dezaktywacja w rezultacie działania tlenków siarki i związków halogenowych, • wymagane jest wcześniejsze wstępne oczyszczenie gazów odlotowych, gdyż zawarte w nich cząstki popiołów lotnych powodują obniżenie aktywności katalitycznej

  34. Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda nieselektywnej redukcji katalitycznej 2NO + 2H2  N2 + 2H2O 2NO2 + 4H2 N2 +4H2O 4NO +CH4 2N2+CO2+2H2O 2NO2 + CH4  N2 + CO2 + 2H2O 2NO + 2CO  N2 +2CO2 2NO2 +4CO N2 + 4CO2 Redukcję nieselektywną katalizują katalizatory platynowe i palladowe, a także tlenki metali przejściowych osadzone na tlenkach krzemu, glinu lub glinokrzemianach.

  35. Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda katalitycznego rozkładu tlenków azotu NOx N2 + x/2O2 Katalizatory dla rozkładu NOx- zeolity dotowane jonami miedzi lub platyny NOx jest adsorbowany na centrach aktywnych, w tym wypadku atomach metalu ( np. Cu lub Pt). W wyniku oddziaływania z atomem metalu przebiega reakcja chemiczna: M + NO  M-NO  M-O + M-N 2M-O + 2M-N  4M + N2 + O2

More Related