PROCESY ADSORPCYJNE W USUWANIU LOTNYCH ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH Z POWIETRZA

Transkrypt

1 PROCESY ADSORPCYJNE W USUWANIU LOTNYCH ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH Z POWIETRZA

2 Źródła emisji lotnych związków organicznych (VOC) Biogeniczne procesy fotochemiczne i biochemiczne w otaczającym środowisku (procesy wegetacyjne niektórych organizmów, procesy asymilacyjne, pożary lasów, wulkany, gejzery, gaz ziemny) Przemysłowe Antropogeniczne procesy wydobywania i spalania paliw przeróbka ropy naftowej hutnictwo przemysł chemii organicznej, produkcja i stosowanie rozpuszczalników przemysł spożywczy rolnictwo utylizacja odpadów stałych Wtórne Transport drogowy, powietrzny i morski (np. zanieczyszczenie powietrza parami paliw ciekłych, wydzielającymi się podczas transportu, magazynowania i dystrybucji)

3 Struktura emisji lotnych związków organicznych (VOC) DYREKTYWA RADY 1999/13/WE z dnia 11 marca 1999 r. w sprawie ograniczenia emisji lotnych związków organicznych spowodowanej użyciem organicznych rozpuszczalników podczas niektórych czynności i w niektórych urządzeniach

4 Emisja poszczególnych grup lotnych związków organicznych do atmosfery

5 Metody usuwania lotnych związków organicznych z powietrza Destrukcyjne Spalanie termiczne Regeneracyjne Kondensacja Spalanie katalityczne Absorpcja Biofiltracja Procesy membranowe Ozonowanie Adsorpcja

6 Spalanie termiczne Zawartość VOC: > 20 ppm (< 25% dolnej granicy wybuchowości) Przepływ: m 3 /h Efektywność oczyszczania: 95 99% Roczne koszty eksploatacyjne: $/(m 3 /h)

7 Spalanie katalityczne Zawartość VOC: ppm (< 25% dolnej granicy wybuchowości) Przepływ: m 3 /h Efektywność oczyszczania: 90 98% Roczne koszty eksploatacyjne: $/(m 3 /h)

8 Biofiltracja Zawartość VOC: < 5000 ppm Przepływ: < m 3 /h Efektywność oczyszczania: 60 95% Roczne koszty eksploatacyjne: $/(m 3 /h)

9 Kondensacja Zawartość VOC: ppm Przepływ: m 3 /h Roczne koszty eksploatacyjne: $/(m 3 /h) Absorpcja Zawartość VOC: ppm Przepływ: < m 3 /h Roczne koszty eksploatacyjne: $/(m 3 /h)

10 Procesy membranowe Zawartość VOC: < 25% dolnej granicy wybuchowości Przepływ: m 3 /h Roczne koszty eksploatacyjne: $/(m 3 /h)

11 Procesy adsorpcyjne w usuwaniu lotnych związków organicznych z powietrza STOSOWANE ADSORBENTY

12 Procesy adsorpcyjne w usuwaniu lotnych związków organicznych z powietrza

13 Procesy adsorpcyjne w usuwaniu lotnych związków organicznych z powietrza Rozwiązania konstrukcyjne adsorberów Złoże nieruchome Złoże fluidalne Obrotowy wirnik

14 Typowe procesy adsorpcyjnego oczyszczania powietrza Adsorpcja w nieruchomym złożu adsorbentu Schemat blokowy instalacji do odzyskiwania lotnych związków organicznych Powietrze z parami substancji organicznych Oczyszczone powietrze Czynnik desorbujący Substancja organiczna + czynnik desorbujący Substancja organiczna Czynnik desorbujący

15 W dobrze zaprojektowanej instalacji koszt odzyskiwania nie przekracza 5-20% ceny substancji. Metoda jest szczególnie odpowiednia dla stężeń par 1-20 g/m 3 i korzystna dla urządzeń odzyskujących 8-15 kg substancji/h. Czas zwrotu nakładów inwestycyjnych nie przekracza kilku lat, a koszty odzysku związków organicznych są niższe od ich wartości.

16 Adsorpcja w nieruchomym złożu adsorbentu Odzyskiwanie fluorowęglowodorów z zastosowaniem aktywnych włóknin węglowych

17 Adsorpcja w nieruchomym złożu adsorbentu Układ pochłaniania par benzyny w samochodowych zbiornikach paliwa Czyste powietrze Filtr z węglem aktywnym Zbiornik paliwa do silnika Gdy silnik nie pracuje, pary benzyny dyfundują przez przewód do filtra wypełnionego granulowanym węglem aktywnym gdzie adsorbują się. Podczas pracy silnika do warstwy węgla aktywnego zasysane jest świeże powietrze desorbujące benzynę, która jest następnie spalana w silniku.

18 Adsorpcja w nieruchomym złożu adsorbentu Czyste tankowanie Straty magazynowe przy przechowywaniu paliw płynnych: nasycanie parami benzyny powietrza nad cieczą podczas napełniania zbiorników; straty powstające podczas napełniania lub opróżniania zbiorników ("duży oddech"); straty spowodowane dobowymi wahaniami ciśnienia i temperatury ("mały oddech"); Minimalizacja strat parowania produktów naftowych podczas transportu, magazynowania i dystrybucji paliw płynnych (np. przy rozładunku cystern do zbiorników, napełnianiu zbiorników pojazdów i w nieco mniejszym stopniu przy powstawaniu nadciśnienia w zbiornikach oraz wyciekach i wykropleniach przy odwieszaniu pistoletów nalewowych)

19 Ciągłe procesy adsorpcyjne w fluidalnym i ruchomym złożu adsorbentu Schemat blokowy ciągłego procesu adsorpcyjnego odzyskiwania rozpuszczalników organicznych Schemat procesu Kontisorbon

20 Adsorpcja w fluidalnym złożu adsorbentu Proces POLYAD (Chematur Engineering AB) z regeneracją mikrofalową Adsorbent polimerowy: kulki o średnicy 0,5 mm, średnim promieniu porów 8,0 nm i powierzchni właściwej 800 m 2 /g) produkowany z kopolimerów styrenu i diwinylobenzenu. Zastosowanie: oczyszczanie powietrza zawierającego węglowodory aromatyczne i alifatyczne, alkohole, aldehydy, ketony i niektóre chlorowcopochodne. Zalecany dla stężeń 0,1-10 g/m 3 przy efektywności oczyszczania strumieni gazowych 90-95%. Mikrofale stosowane są jako źródło ogrzewania dielektrycznego w etapie desorpcji zaadsorbowanych składników. Zastąpienie desorpcji przegrzaną parą wodną desorpcją mikrofalową pozwoliło na skrócenie czasu regeneracji, a pośrednio przyczyniło się do zmniejszenia ilości adsorbentu cyrkulującego w układzie.

21 Ciągłe procesy adsorpcyjne Schemat adsorbera o pracy ciągłej z wirnikiem wypełnionym aktywowaną włókniną węglową Oczyszczone powietrze Zanieczyszczone powietrze Gorące powietrze Zdesorbowana substancja Zewnętrzne uszczelnienie Wirnik z falistej tektury z włókniny węglowej Oczyszczany gaz przepływa prostopadle do wirnika a zanieczyszczenia adsorbowane są na wypełnieniu. W tym samym czasie przeciwprądowo podawane jest gorące powietrze do desorpcji w ilości stanowiącej 5-10% objętości oczyszczanego gazu. Zdesorbowane pary podawane są do układu kondensacji. Układy tego typu znajdują również zastosowanie do zatężania strumienia oczyszczanego gazu przed podaniem go do instalacji spalania.

22 Adsorpcyjno katalityczny proces oczyszczania powietrza (Air Products & Chemicals - USA) Oczyszczane powietrze Układ wentylacyjny Adsorbent /katalizator Powietrze Powietrze oczyszczone Gorące powietrze Proces został z powodzeniem przetestowany do usuwania śladowych ilości chlorku winylu przy zastosowaniu węgla aktywnego z naniesionym chlorkiem palladu. Jak wykazano, możliwe jest obniżenie stężenia chlorku winylu z 260 do 1 ppm przy kilkunastokrotnym zmniejszeniu zużycia energii w porównaniu z procesem katalitycznego spalania.

23 Porównanie regeneracyjnych metod usuwania związków organicznych z powietrza Metoda Przepływ oczyszczanego gazu, [m 3 /h] Stężenie VOC w gazie, [mg/m 3 ] Kondensacja Kriokondensacja Absorpcja Adsorpcja bez regeneracji adsorbentu Adsorpcja z regeneracją adsorbentu Procesy adsorpcyjne z wykorzystaniem szerokiej gamy adsorbentów zapewniają generalnie wyższą skuteczność w stosunku do substancji o niskiej masie cząsteczkowej i szczególnie nadają się do wydzielania z mieszanin gazowych składników występujących w nich w niskich stężeniach.

24 Zakres stosowalności różnych metod usuwania związków organicznych z powietrza W zakresie ochrony atmosfery metoda adsorpcyjna daje z technologicznego, sanitarnego i ekonomicznego punktu widzenia zadowalające efekty jako samodzielny proces bądź jeden z etapów ciągu oczyszczania. Wciąż istnieją jeszcze duże możliwości w zakresie doboru i modyfikacji adsorbentów, wprowadzania nowych rozwiązań aparaturowych i optymalizacji procesów.