Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

OCZYSZCZANIE PRZEMYSŁOWYCH GAZÓW ODLOTOWYCH Do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wykorzystuje się podstawowe procesy wymiany masy procesy fizyczne:

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "OCZYSZCZANIE PRZEMYSŁOWYCH GAZÓW ODLOTOWYCH Do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wykorzystuje się podstawowe procesy wymiany masy procesy fizyczne:"— Zapis prezentacji:

1 OCZYSZCZANIE PRZEMYSŁOWYCH GAZÓW ODLOTOWYCH Do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wykorzystuje się podstawowe procesy wymiany masy procesy fizyczne: absorpcję, adsorpcję, kondensację, procesy chemiczne procesy w których przebiegają reakcje chemiczne: procesy spalania bezpośredniego, metody katalityczne: spalanie (utlenianie) katalityczne, redukcja katalityczna rozkład katalityczny metody biologiczne

2 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 absorpcja polega na pochłanianiu zanieczyszczeń gazowych przez ciecz (absorbent). Absorpcja zastosowanie: - stężenie zanieczyszczeń wynosi kilka procent - gazy rozcieńczone, gdy zanieczyszczenia są łatwo 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. ABSORPCJA

3 Zwiększanie szybkości absorpcji: 1. zwiększenie powierzchni międzyfazowej 2. zwiększenie szybkości dyfuzji 3. absorpcja z reakcją chemiczną 4. umieszczenie w cieczy substancji mającej zdolności sorpcyjne w stosunku do składnika gazowego rozpuszczonego w cieczy 5. 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.

4 ABSORPCJA Absorpcja z reakcją chemiczną Absorpcja z reakcją utleniania - roztwory utleniaczy takich jak chlor, dwutlenek chloru, podchloryn sodowy, nadmanganian potasu oraz obecnie najbardziej popularny ozon. Przenoszenie masy z fazy gazowej do powierzchni cząstki stałej reaktywnej chemicznie - etapy: - przenikanie przez granicę faz gaz – ciecz - wnikanie z głębi fazy ciekłej do powierzchni cząstki. - dyfuzja w porach - reakcja chemiczna

5 ABSORPCJA w układzie gaz – ciecz – ciało stałe Aparaty do prowadzenia procesu gaz – ciecz – ciało stałe: a) kolumna z nieruchomą warstwa wypełnienia; b) kolumna barbotażowa; c) zbiornik z mieszadłem L – ciecz, G – gaz, CS – ciało stałe, P – pęcherzyki gazu Z - zawiesina

6 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.

7 ADSORPCJA Adsorpcja fizyczna Adsorpcja chemiczna 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.

8 ADSORPCJA Zwiększanie szybkości adsorpcji: 1. zwiększenie powierzchni międzyfazowej rozdrabnianie adsorbenta 2. zwiększenie szybkości dyfuzji zwiększanie burzliwości przepływu

9 ADSORPCJA Adsorbenty Węgiel aktywny Powierzchnia właściwa węgli aktywnych sięga 1000 m 2 /g. Węgiel aktywny stosowany w procesach oczyszczania gazów musi mieć postać ziarnistą i odpowiednią wytrzymałość mechaniczną. Model powierzchni utlenionego węgla aktywnego

10 ADSORPCJA Adsorbenty krzemowe - silikażel, ziemia Fullera, diatomit Adsorbenty glinowokrzemianowe - sita molekularne - zeolity syntetyczne o strukturze, w której wolne przestrzenie tworzą komory i kanały o ściśle określonych kształtach i wymiarach.

11 ADSORPCJA Adsorbenty niekrystaliczne (amorficznych) - sylikażel, tlenek glinu i szereg innych tlenków metali, które zdolne są do adsorpcji po aktywacji przez dodatek substancji jonowej. Sorbenty impregnowane dzieli się na trzy grupy: sorbenty impregnowane reagentem chemicznym, katalizatorem utleniającym lub ułatwiającym rozkład adsorbowanej substancji.

12 KONDENSACJA Kondensacja jest 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.

13 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 CO 2 i H 2 O. Spaleniu podlegać mogą również organiczne aerozolowe cząstki stałe, dymy, mgły i krople. Spalanie może być prowadzone jako - bezpośrednie, - termiczne, - katalityczne.

14 Katalizą nazywa 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. KATALIZA

15 Centrum aktywne jest to atom lub grupa atomów powierzchni, która tworzy z substratami wiązanie chemiczne prowadzące do powstania kompleksu przejściowego a następnie produktu Etapy procesu katalizy na stałych katalizatorach porowatych: 1 dyfuzja reagujących cząsteczek z wnętrza fazy gazowej do powierzchni zewnętrznej katalizatora; 2 dyfuzja reagentów w porach ziaren katalizatora do jego powierzchni wewnętrznej; 3 adsorpcja reagentów na powierzchni katalizatora; 4 reakcja chemiczna na powierzchni katalizatora; 5 desorpcja produktów reakcji z powierzchni katalizatora; 6 dyfuzja produktów w porach ziaren katalizatora; 7 dyfuzja produktów reakcji od powierzchni katalizatora do strumienia gazu. KATALIZA HETEROGENICZNA

16 Większość katalizatorów stałych zawiera trzy typy składników: 1.substancja aktywna ( 0,1 – 100%) 2.nośnik 3.promotory Rola nośnika: rozwinięcie powierzchni właściwej substancji aktywnej a co za tym idzie zmniejszenie ilości potrzebnej substancji aktywnej, podniesienie odporności mechanicznej, zwiększenie stabilności, zapobieganie rekrystalizacji substancji aktywnej, modyfikacja składników aktywnych KATALIZA HETEROGENICZNA

17 Dobry nośnik charakteryzuje się: dużą powierzchnią właściwą wysoką porowatością złoża dużą powierzchnią zewnętrzną ( małe opory przepływu ) wysoką wytrzymałością termiczną dużą wytrzymałością mechaniczną Dezaktywacja katalizatorów: blokowanie powierzchni przez depozyty pyłów koksowanie LZO (depozyty węglowe) sublimacja katalizatora spiekanie powierzchni aktywnych zatruwanie katalizatora (związki siarki, metale ciężkie) KATALIZA HETEROGENICZNA

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

19 Metody odsiarczania gazów odlotowych W dużych elektrowniach rzędu 1000 MW emitowane są do atmosfery strumienie spalin rzędu 5 mln m 3 /h Metody odsiarczania dzieli się na: odpadowe regeneracyjne lub mokre (absorpcyjne) suche ( adsorpcyjne)

20 Metody absorpcyjne A) proste 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 CaSO 4 2H 2 O, 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 SO 2 wykorzystuje się do produkcji H 2 SO 4, siarki elementarnej lub w innych gałęziach przemysłu (najkorzystniejsze rozwiązanie) Metody odsiarczania gazów odlotowych

21 Metoda wodna – metoda historyczna; zastosowana w elektrowni węglowej w Londynie w latach trzydziestych XXw.; Metoda wapniowo-wapienna Metoda oparta jest na absorpcji SO 2 w zawiesinie wapna ( CaO) lub kamienia wapiennego (CaCO 3 ). Metody odsiarczania gazów odlotowych Metody absorpcyjne, mokre, odpadowe

22 Metody odsiarczania gazów odlotowych Metoda wapniowo-wapienna 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]

23 Metody odsiarczania gazów odlotowych Metody absorpcyjne, mokre, półodpadowe Dwualkaliczna z produkcją gipsu

24 Metody odsiarczania gazów odlotowych Metody absorpcyjne, mokre, regeneracyjne (bezodpadowe), Metoda magnezowa oczyszczane gazy muszą być dokładnie odpylone; absorbentem jest wodna zawiesina MgO: MgO + SO 2 + nH 2 O = MgSO 3 nH 2 O gdzie n= 3 lub 6 Regeneracja polega na prażeniu wytrąconych siarczynów: MgSO 3 nH 2 O = MgO + SO 2 + nH 2 O ( o C) dwutlenek siarki kierowany do produkcji kwasu siarkowego

25 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 SO 2 do SO 3 wobec V 2 O 3 jako katalizatora a następnie absorpcja tritlenku siarki w kwasie siarkowym - sprawność oczyszczenia gazu powyżej 99%. Produktem jest 80% kwas siarkowy. Biologiczna redukcja jako metoda regeneracyjna usuwania SO 2 ze spalin odlotowych.

26 Metody odsiarczania gazów odlotowych. Metody suche Metody suche odsiarczania: 1. absorpcji z reakcją chemiczną z jednoczesnym suszeniem produktów odsiarczania, 2.adsorpcji na sorbentach stałych takich jak tlenki metali lub węgiel aktywowany.

27 Metody suche półodpadowa Absorpcyjna: Absorpcja SO 2 w suszarni rozpyłowej Rozpylona w atomizerach zawiesina lub roztwór absorbenta (Ca(OH) 2 itp.) kontaktuje się w suszarce z gorącymi gazami spalinowymi. Reakcja główna: SO 2 + Ca(OH) 2 = CaSO 3 +H 2 O Woda ulega odparowaniu. Powstałą suchą mieszaninę siarczynu i siarczanu wapnia wraz z pyłem usuwa się w odpylaczach, najlepiej tkaninowych. Metody odsiarczania gazów odlotowych

28 Adsorpcyjne: Węgiel aktywny - adsorbent SO 2, temp. 390 – 420 o K, Adsorpcja z reakcją chemiczną SO 2 + H 2 O + 1/2O 2 H 2 SO 4 Regeneracja gazem obojętnym w temperaturze ok. 670 K. 3H 2 S + H 2 SO 4 4S + 4H 2 O Stosowane adsorbenty - tlenki metali: manganu, miedzi, które reagują do odpowiednich siarczków. Regeneracja - reakcja z wodorem, CO lub węglowodorami odzyskuje się SO 2. Sprawność oczyszczania powyżej 95%. Metody suche - bezodpadowe Metody odsiarczania gazów odlotowych

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

30 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. Metody odsiarczania gazów odlotowych

31 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 m 3. 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 są łatwe 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 >> odpadowe Metody odsiarczania gazów odlotowych

32 Elektrownia wytwarza 20% całkowitej energii wytwarzanej w Polsce Powstała w latach Węgiel brunatny zawartości siarki 0,6-0,7 do 1,2%. Początek: Moc 4320MWat 12x360MWat Emisja SO t/d Obecnie: Moc 4500MWat 12x375Mwat Emisja SO t/d Metoda polega na tym, że w adsorberach w przeciwprądzie spotykają się dwie fazy: zasiarczony gaz tłoczony od dołu, wodna zawiesina węglanu wapnia podawana z góry. Od dołu oprócz gazów spalinowych wdmuchiwane jest powietrze. Reakcje: W górnej części Przemysłowa metoda oczyszczania spalin, stosowana w Bełchatowie

33 Gips po przejściu przez hydrocyklony i wirówki odbierany jest jako gotowy produkt W gazie surowym zawartość dwutlenku siarki wynosi mg/ Nm 3 natomiast po absorpcji maksymalnie 400mg/Nm 3 Emisja pyłów 50mg/m3 Z każdego absorbera produkuje się 23 tony gipsu na godzinę co łącznie daje ilość 184 t/godz. Przemysłowa metoda oczyszczania spalin, stosowana w Bełchatowie W dolnej części

34 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody usuwania NO x z gazów odlotowych: Metody mokre; metody absorpcyjne Metody suche; adsorpcja selektywna redukcja katalityczna, nieselektywna redukcja katalityczna, katalityczny rozkład

35 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody mokre Metody mokre - absorpcyjne 1. Stosunek molowy NO 2 /NO = 1, procesy absorpcji w roztworach alkalicznych takich, jak NaOH, Na 2 CO 3, Ca(OR) 2, CaCO 3, Mg(GH) 2, MgCO 3, (NH 4 ) 2 CO 3 (90%) NO + NO 2 +2 NaOH 2NaNO 2 + H 2 O 2NO 2 + 2NaOH NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O 2NO 2 + (NH 4 ) 2 CO 3 NH 4 NO 3 + CO 2 2. Stosunek molowy NO 2 /NO << 1 prowadzi się absorpcję 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

36 Adsorpcja NO x na zeolitach, węglu aktywnym i anionitach. Cykl adsorpcji i utleniania Cykl regeneracji. Zdesorbowany NO 2 kieruje się do kolumny absorpcyjnej w instalacji kwasu azotowego. Metoda adsorpcyjna - wysoka sprawność, jest bezodpadowa, - koszt adsorbentów jest wysoki i regeneracja kolumny Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe

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

38 Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) 4NH 3 + 4NO + O 2 4N 2 + 6H 2 O 4NH 3 + 6NO 5N H 2 O 2NH 3 + NO + NO 2 2N H 2 O 4NH 3 + 2NO 2 + O 2 3N 2 + 6H 2 O 8NH 3 + 6NO 2 7N H 2 O Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe

39 Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) Stwierdzono, że w temperaturze niższej od 150°C zachodzi reakcja 2NO 2 + 2NH 3 N 2 + H 2 O + NH 4 NO 3 a w zakresie °C 6NO 2 + 8NH 3 7N H 2 O w temperaturze powyżej 320°C 5NO 2 + 2NH 3 7NO + 3H 2 O Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe

40 Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) Katalizatory: platynowce: Pt, Rh, Pd oraz tlenki metali przejściowych, np. V 2 O 5, TiO 2, MoO 3, V 2 O 5 osadzony na TiO 2 lub na mieszanym nośniku TiO 2 -SiO 2 V 2 O 5 /TiO 2. Schemat reakcji: NO + NH 3 + V=O N 2 + H 2 O + V-OH 2V-OH + O 2V=O + H 2 O Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe

41 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Katalizator do oczyszczania powietrza z NO x w formie plastra miodu

42 Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe

43 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, P 2 O 5 lub As 2 O 3, 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 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe

44 Metoda nieselektywnej redukcji katalitycznej 2NO + 2H 2 N 2 + 2H 2 O 2NO 2 + 4H 2 N 2 +4H 2 O 4NO + CH 4 2N 2 +CO 2 +2H 2 O 2NO 2 + CH 4 N 2 + CO 2 + 2H 2 O 2NO + 2CO N 2 +2CO 2 2NO 2 +4CO N 2 + 4CO 2 Redukcję nieselektywną katalizują katalizatory platynowe i palladowe, a także tlenki metali przejściowych osadzone na tlenkach krzemu, glinu lub glinokrzemianach. Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe

45 Metoda katalitycznego rozkładu tlenków azotu NO x N 2 + x/2O 2 Katalizatory dla rozkładu NO x - zeolity dotowane jonami miedzi lub platyny NO x 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 + N 2 + O 2 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe


Pobierz ppt "OCZYSZCZANIE PRZEMYSŁOWYCH GAZÓW ODLOTOWYCH Do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wykorzystuje się podstawowe procesy wymiany masy procesy fizyczne:"

Podobne prezentacje


Reklamy Google