Zapobieganie emisji dwutlenku węgla Separacja CO2 przed procesem spalania Spalanie w atmosferze tlenowej Separacja CO2 po procesie spalania 1

Zapobieganie emisji dwutlenku węgla http://www.czystaenergia.pl/pdf/poleko2008_2_4.pdf 2

Zapobieganie emisji dwutlenku węgla http://www.czystaenergia.pl/pdf/poleko2008_2_4.pdf

Zapobieganie emisji dwutlenku węgla http://www.czystaenergia.pl/pdf/poleko2008_2_4.pdf

Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Sposoby separacji ditlenku węgla z gazów: Absorpcja Adsorpcja Separacja membranowa Separacja kriogeniczna

Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Absorpcja Absorpcja fizyczna Absorpcja przy niskich temperaturach i wysokim ciśnieniu; desorpcja proces odwrotny. Absorpcja z reakcją chemiczną Wstępnie oczyszczony CO2 ; rozpuszczalniki to aminy np.: monoetyloamina, dietyloamina, roztwór amoniaku, wodorowęglan potasu

Oczyszczanie gazów odlotowych Absorpcja z reakcją chemiczną z dwutlenku węgla Absorpcja z reakcją chemiczną

Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Adsorpcja Adsorbenty: węgiel aktywny, koks aktywny, zeolity, żel glinowy i krzemnionkowy. Dwa cykle: 1. Adsorpcja 2. Odzysk ditlenku węgla (regeneracja adsorbenta) zmiennociśnieniowa zmiennotemperaturowa

Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Schemat instalacji do pochłaniania CO2 z gazów spalinowych w elektrowni węglowej

Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Separacja membranowa Separacja membranowa oparta jest na selektywnej przepuszczalności CO2 przez membrany ze środowiska gazow spalinowych. Membrany ceramiczne i polimerowe. Układy wielostopniowe.

Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Metody membranowe 

Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Metody membranowe 

Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Separacja kriogeniczna Sprężanie i chłodzenie gazu, a następnie wydzielenie CO2 w postaci ciekłej. Geologiczne składowanie CO2 Głębokie poziomy wodonośne-solankowe. Wyeksploatowane i częściowo wyeksploatowane złoża ropy i gazu. Głębokie nieeksploatowane pokłady węgla, zawierające metan.

Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Do usuwania związków organicznych z gazów odlotowych wykorzystuje się następujące procesy: adsorpcję absorpcję kondensację (skraplanie par) utlenianie (głównie do CO2, H2O) ultrafiltrację Metody regeneracyjne Metody regenaracyjne usuwania organicznych rozpuszczalników z gazów odlotowych są to przeważnie metody wykorzystujące zjawisko kondensacji, absorpcji, adsorpcji, filtracji.

Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ADSORPCJA Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, oparty na ich: -adsorpcji - adsorbenty: węgiel aktywny, silkażel, zeolity, glinokrzemiany -desorpcji: -z węgla aktywnego - za pomocą strumienia pary wodnej. -z glinokrzemianów - ogrzewanie warstwy adsorbenta do temperatury wrzenia zaadsorbowanej substancji, przepływ (przedmuchiwanie) gazu obojętnego przez warstwę nasyconego adsorbenta oraz przez kombinację wymienionych metod. Adsorbenty jednorazowego i wielokrotnego stosowania. Wady wymagają dokładnego odpylenia gazów i ich wstępnego osuszenia, są to metody kosztowne, wymagające stosowania wielostopniowych instalacji.

Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ABSORPCJA Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, oparty na ich: - absorpcji, - desorpcji, - ewentualnie spaleniu katalitycznym desorbowanych mediów. Stosowane absorbenty: Chloro-, nitro- i alkilo- pochodne węglowodorów aromatycznych, alkohole, aldehydy, ketony, estry kwasów organicznych, węglowodory alifatyczne, węglowodory heterocykliczne, oleje wysokowrzące, eter polietylenoglikolowy. Wady: wtórne zanieczyszczanie środowiska toksycznymi i odoroczynnymi parami i ściekami oraz wysoki koszt cieczy absorpcyjnych.

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody regeneracyjne Metody membranowe  Separacja membranowa oparta jest na selektywnej przepuszczalności lotnych związkỏw organicznych (LZO) przez membrany ze środowiska powietrza. Membrany – organiczne np.:guma silikonowa (polidimetylosiloksan), - ceramiczne Strumienie stężone LZO > 1000 ppm. Często jest stosowana razem z kondensacją jako drugi etap oczyszczania.

Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Utlenianie związków organicznych : spalanie bezpośrednie (w płomieniu)(temp. ~1500 K) spalanie termiczne (900-1400 K) utlenianie katalityczne (500-900 K) metody biologiczne (280-330 K, opt. 310 K)  

Metody nieregeneracyjne Utlenianie węglowodorów Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody nieregeneracyjne Utlenianie węglowodorów   Spalanie węglowodorów przebiega zgodnie z równaniem: CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2  nCO2 + (n+1)H2O CnH2n+2 + (O)  [Cn-1H2n-1COO]  n(HCOOH) (HCOOH) + O2  CO2 + H2O + (O)  

Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Bezpośrednie spalanie w płomieniu  Wymagane duże stężenia związków organicznych. Zastosowanie –spalanie odpadowych gazów palnych: w rafineriach na polach naftowych niekiedy w oczyszczalniach scieków (gazy fermentacyjne)

Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Spalanie termiczne polega na dozowaniu odpadów gazowych palnych do palnika zasilanego gazem ziemnym. Ten rodzaj spalania jest bardzo energochłonny i kosztowny. Temp. 800 – 1200oC. Temp <1400oC. Konwersja CO do CO2 w dużym stopniu zależy od zawartości pary wodnej w gazach. CO + OH* = CO2 + H* szybkość >> CO +1/2O2 = CO2 (w temperaturach niższych).

Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Spalanie termiczne stosuje się gdy: stężenie LZO jest zbyt małe, aby podtrzymywać płomień nie można wykorzystać metod katalitycznych (mieszanina gazów zawiera składniki, które mogą powodować szybką dezaktywację katalizatora) Zastosowanie: lakierowania i emaliowania, suszenia powłok malarskich żelowania PCV przeróbki asfaltów drukarnie

Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Spalanie termiczne

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Katalityczne utlenianie węglowodorów w przypadku niskich stężeń węglowodorów w gazach odlotowych. Temperatura rzędu 250-400oC. Katalizatory - metale osadzone na nośniki nieorganiczne. Katalizatory pełnego spalania węglowodorów - zawierają platynę i pallad. Mniej aktywne - tlenki metali Cu, Mn, Cr. Fe, Co, Sn, Ni, Zn.

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Spalanie katalityczne

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody biologiczne  Biodegradacja lotnych związków organicznych za pomocą mikroorganizmów: - bakterie aerobowe (tlenowe) które przekształcają LZO do ditlenku węgla i wody lub mineralizują zawarte w nich heteroatomy, - bakterie anaerobowe (beztlenowe) przekształcają LZO do biogazu ( do 75 % metanu). Wytwarzana w tym procesie energia jest zużywana przez bakterie. Najważniejszą przewagą biologicznych metod oczyszczania gazów, jest możliwość prowadzenia procesu w temperaturze otoczenia (10-40C) i ciśnieniu atmosferycznym

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody biologiczne  Biologiczne oczyszczanie gazów odlotowych opiera się na dwóch głównych procesach: absorpcja zanieczyszczeń w wodzie, biologiczny rozkład pochłoniętych zanieczyszczeń przez mikroorganizmy.   Efekt wspólnego oddziaływania w/w procesów jest taki, że: wskutek absorpcji gazy zostają oczyszczone, wskutek biologicznego rozkładu zanieczyszczeń zachodzi regeneracja sorbentu.

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody biologiczne  Warunki i ograniczenia prowadzenia procesu biologicznego oczyszczania gazów: usuwane z gazów odlotowych zanieczyszczenia muszą być podatne na rozkład biologiczny, zanieczyszczenia muszą być rozpuszczalne, choćby tylko słabo, w wodzie stanowiącej środowisko życia mikroorganizmów, temperatura oczyszczanych gazów musi się mieścić w zakresie aktywności biologicznej mikroorganizmów (0-55 oC, optimum 37-40 oC), oczyszczane gazy nie mogą zawierać substancji trujących dla mikroorganizmów, np. związków metali ciężkich czy oparów kwasów   Najbardziej podatne na biodegradację są węglowodory alifatyczne, alkohole, estry, czyli związki typowe dla gazów odlotowych z oczyszczalni ścieków, najmniej – wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, chlorowcopochodne węglowodorów i związki nitrowe

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody biologiczne  Gazy są oczyszczane biologicznie przede wszystkim w takich instalacjach jak: biopłuczki (płuczki biologiczne, bioskrubery) biofiltry (filtry biologiczne)

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOPŁUCZKI  Biopłuczki (bioskrubery) Specyfiką płuczek biologicznych jest to, że medium roboczym jest wodna zawiesina mikroorganizmów tzw. osad czynny. Osad czynny jest to żywa, kłaczkowata zawiesina złożona głównie z bakterii heterotroficznych. Bakterie heterotroficzne – mikroorganizmy, które korzystają z uprzednio zsyntetyzowanych związków organicznych jako źródła węgla.

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Proces absorpcji i biodegradacji w jednym reaktorze BIOPŁUCZKI 

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOPŁUCZKI  BIOSKRUBER Absorber – absorpcja zanieczyszczeń w wodzie, wymiana masy pomiędzy zanieczyszczonym gazem a absorbentem Jednostka biodegradacyjna – komora osadu czynnego - regeneracja wody Proces absorpcji i biodegradacji rozdzielone

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody biologiczne  BIOFILTRY  Głównym elementem filtra biologicznego jest warstwa materiału filtracyjnego (porowatego wypełnienia), który  zasiedlony jest przez mikroorganizmy tlenowe. Zanieczyszczenia absorbowane w cieczy dyfundują do błony biologicznej (biofilmu na powierzchni wypełnienia), gdzie ulegają biodegradacji zachodzącej poprzez utlenianie.  

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOFILTRY  Dobry materiał filtracyjny powinien mieć: dużą porowatość, dużą powierzchnię właściwą, małe opory przepływu gazu, dużą zdolność zatrzymywania wody, słaby zapach własny, niskie koszty pozyskania, dostępność, dużą gęstość zasiedlenia mikroorganizmami, dużą trwałość, niewielkie wymogi pielęgnacyjne.

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOFILTRY  Wypełnienia biofiltrów: kompost z odpadów miejskich lub odpadów zielonych, torf, kora drzew liściastych, liście, wrzos, chrust, wióry drzewne lub mieszaniny tych materiałów, mieszaniny materiałów naturalnych z nośnikami syntetycznymi lub inertnymi, jak żużel wulkaniczny, polistyren piankowy, kruszywo ceramiczne, kulki szklane i polistyrenowe. Warunki procesu: Przepływ gazu: od 50 do 300 m3/m3 reaktora/h, a czas zatrzymania gazu w urządzeniu jest w zakresie 10 - 70 s, przy stężeniach zanieczyszczeń wynoszących od kilku mg do kilku g w m3 gazu

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOFILTRY  Złoże filtracyjne naturalne, organiczne Złoże filtracyjne syntetyczne lub nieorganiczne Absorpcja i regeneracja zanieczyszczeń w jednym aparacie

Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOFILTRY  Warunek aktywności złoża: odpowiednia wilgotność wypełnienia - od 40 do 70% maksymalnej pojemności wodnej Dezaktywacja złoża: - nagromadzenie związków nieorganicznych, między innymi chlorków, azotynów i azotanów - zmiana odczynu materiału wypełniającego Zalety - zużyte złoże biologiczne nie stanowi wtórnego zanieczyszczenia środowiska - niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. - stopień konwersji nawet ok. 95% przy niskich stężeniach zanieczyszczeń (rzędu ppm).