Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych

Transkrypt

1 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 1

2 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 (90%) 3 2. Stosunek molowy NO 2 /NO << 1 prowadzi się absorpcję alkaliczną w obecności substancji utleniających, takich jak podchloryn sodu, podchloryn wapnia, sole Ŝelazowców, ozon, ditlenek chloru, woda utleniona oraz bardzo ekonomiczna metoda - gazy odlotowe są zraszane kwasem azotowym w wieŝach absorpcyjnych 2

3 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Adsorpcja NO x na zeolitach Metody suche, bezodpadowe 1.Cykl adsorpcji i utleniania NO + 1/2O 2 NO 2 2. Cykl regeneracji Zdesorbowany NO 2 kieruje się do kolumny absorpcyjnej w instalacji kwasu azotowego. Metoda adsorpcyjna: - wysoka sprawność, jest bezodpadowa, - koszt adsorbentów jest wysoki, - regeneracja kolumny. 3

4 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 4

5 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) w zakresie C 2NH 3 + NO + NO 2 2N 2 + 3H 2 O w temperaturze niŝszej od 150 C 2NO 2 + 2NH 3 N 2 + H 2 O + NH 4 NO 3 w temperaturze powyŝej 320 C 5NO 2 + 2NH 3 7NO + 3H 2 O 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 5

6 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 cięŝkie, tlenki siarki i związki halogenowe wymagane jest wcześniejsze wstępne oczyszczenie gazów odlotowych, gdyŝ zawarte w nich cząstki popiołów lotnych powodują obniŝenie aktywności katalitycznej 6

7 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe 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 takŝe tlenki metali przejściowych osadzone na tlenkach krzemu, glinu lub glinokrzemianach. 7

8 Oczyszczanie gazów odlotowych z NO x i LZO Budowa i działanie katalizatora 1 - warstwa katalityczna 2 - warstwa pośrednia z aktywatorami 3 - nośnik ceramiczny 8

9 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe fot. shell.com Spaliny muszą być odpylone, sadza AdBlue roztwór mocznika 9

10 Metoda katalitycznego rozkładu tlenków azotu 2NO N 2 + O 2 Katalizatory dla rozkładu NO x - zeolity dotowane jonami miedzi lub platyny Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe 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: 10

11 Dwutlenk węgla Separacja CO 2 po procesie spalania Spalanie w atmosferze tlenowej 11

12 Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Sposoby separacji ditlenku węgla z gazów odlotowych: Absorpcja Adsorpcja Separacja membranowa Separacja kriogeniczna 12

13 Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Absorpcja Absorpcja przy niskich temperaturach i wysokim ciśnieniu; desorpcja proces odwrotny. Wstępnie oczyszczony CO 2 ; rozpuszczalniki to aminy np.: monoetyloamina, dietyloamina, roztwór amoniaku, wodorowęglan potasu 13

14 Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla 14

15 Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Adsorpcja Adsorbenty: węgiel aktywny, koks aktywny, zeolity, Ŝel glinowy i krzemnionkowy. Dwa cykle: 1. Adsorpcja 2. Odzysk ditlenku węgla (regeneracja adsorbenta) zmiennociśnieniowa zmiennotemperaturowa 15

16 Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Separacja kriogeniczna SpręŜanie i chłodzenie gazu, a następnie wydzielenie CO 2 w postaci ciekłej. Geologiczne składowanie CO 2 1.Głębokie poziomy wodonośne-solankowe. 2.Wyeksploatowane i częściowo wyeksploatowane złoŝa ropy i gazu. 3.Głębokie nieeksploatowane pokłady węgla, zawierające metan. 16

17 Do usuwania związków organicznych z gazów odlotowych wykorzystuje się następujące procesy: absorpcję adsorpcję kondensację (skraplanie par) utlenianie (bezpośrednie, termiczne, katalityczne) ultrafiltrację metody biologiczne Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne Metody regeneracyjne usuwania organicznych rozpuszczalników z gazów odlotowych są to przewaŝnie metody wykorzystujące zjawisko absorpcji, adsorpcji, kondensacji, filtracji. 17

18 ABSORPCJA Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, oparty na ich: - absorpcji w wysoko-wrzącym rozpuszczalniku organicznym, - desorpcji, - ewentualnie spaleniu katalitycznym desorbowanych mediów. Stosowane absorbenty: Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne 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. 18

19 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne 19

20 Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, oparty na ich: -adsorpcji - adsorbenty: węgiel aktywny, silkaŝel, 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 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ADSORPCJA - wymagają dokładnego odpylenia gazów i ich wstępnego osuszenia, - są to metody kosztowne, wymagające stosowania wielostopniowych instalacji. 20

21 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ADSORPCJA Proces okresowy 21

22 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ADSORPCJA Proces ciągły 22

23 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), - nieorganiczne: ceramiczne, metalowe Strumienie stęŝone LZO > 1000 ppm. Często jest stosowana razem z kondensacją jako drugi etap oczyszczania. 23

24 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Utlenianie związków organicznych : spalanie bezpośrednie (w płomieniu)(temp. ~1500 K) spalanie termiczne ( K) utlenianie katalityczne ( K) metody biologiczne ( K, opt. 310 K) 24

25 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody nieregeneracyjne Utlenianie węglowodorów Utlenianie węglowodorów przebiega zgodnie z równaniem: CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O 25

26 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Bezpośrednie spalanie w płomieniu Wymagane duŝe stęŝenia związków organicznych. Zastosowanie spalanie odpadowych gazów palnych: w rafineriach na polach naftowych niekiedy w oczyszczalniach scieków (gazy fermentacyjne) 26

27 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 o C. Temp <1400 o C. 27

28 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Spalanie termiczne stosuje się gdy: stęŝenie LZO jest zbyt małe, aby podtrzymywać płomień nie moŝna wykorzystać metod katalitycznych (mieszanina gazów zawiera składniki, które mogą powodować szybką dezaktywację katalizatora) Zastosowanie: lakierowania i emaliowania, suszenia powłok malarskich Ŝelowania PCV przeróbki asfaltów drukarnie 28

29 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Spalanie termiczne 29

30 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Katalityczne utlenianie węglowodorów - w przypadku niskich stęŝeń węglowodorów w gazach odlotowych. Temperatura rzędu o C. 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. 30

31 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Spalanie katalityczne 31