Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń gazowych. odlotowych. Metody oczyszczania gazów. Podstawowe pojęcia:

Transkrypt

1 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń gazowych Wykład Kierunek OCHRONA ŚRODOWISKA, st. inżynierskie III rok Kazimierz Warmiński Metody oczyszczania gazów odlotowych Absorpcyjne Adsorpcyjne Spalanie (dopalanie) Katalityczne Podstawowe pojęcia: absorpcja proces pochłaniania gazu przez ciecz zachodzący cy w całej jej objęto tości; absorbent ciecz (substancja) a) pochłaniaj aniająca absorbat składnik gazowy,, który usuwany jest w drodze absorpcji absorber aparat do przeprowadzenia procesu absorpcji

2 Podstawowe pojęcia cd. adsorpcja proces pochłaniania gazu przez porowate ciało o stałe zachodzący cy na jego powierzchni adsorbent silnie porowate ciało o stałe zdolne do wiązania gazu na powierzchni adsorbat składnik gazowy,, który usuwany jest w drodze adsorpcjia adsorber aparat do prowadzenia procesu adsorpcji Rodzaje sorpcji Cząsteczki absorbatu lub adsorbatu mogą być wiązane siłami przyciągania międzycz dzycząsteczkowego natury fizycznej (sorpcja fizyczna) ) lub oddziaływaniami natury chemicznej (chemisorpcja( chemisorpcja) Rodzaje sorpcji 1. Absorpcja: 1. absorpcja fizyczna (rozpuszczanie w cieczy) 2. chemi-ab absorpcja (rozpuszczanie z reakcją chemiczną) 2. Adsorpcja: 1. adsorpcja fizyczna 2. chemi-ad adsorpcja

3 Typowe adsorbenty adsorbenty węglowe, m.in. węgiel aktywny koks aktywny Al 2 O 3 SiO 2 (żel krzemionkowy) zeolity porowate polimery Adsorpcja fizyczna Adsorpcja fizyczna

4 Adsorpcja fizyczna Typowe absorbenty woda alkaliczne roztwory wodne (do sorpcji gazów kwaśnych) kwaśne roztwory wodne (do sorpcji gazów zasadowych) absorbenty niewodne Absorpcyjne metody oczyszczania gazów Absorbery są podobne konstrukcyjnie do odpylaczy mokrych. Rozróżnia absorbery: powierzchniowe cechą charakterystyczną tego typu aparatów jest ograniczenie powierzchni międzyfazowej ciecz/gaz tylko do powierzchni swobodnej cieczy. Przepływ cieczy i gazu powinien być przeciwprądowy. Sporadycznie stosowane.

5 Schemat blokowy absorbera powierzchniowego błonkowe,, w których ciecz spływa cienką warstwą po wewnętrznej powierzchni rury lub po szeregu pionowych płyt p lub kaskad o rozwiniętej powierzchni umieszczonych w komorze skrubery absorbery natryskowe (podobne do skruberów odpylajacych) absorbery barbotażowe owe (podobne do odpylaczy barbotażowych owych) absorbery Venturiego (podobne do odpylaczy Venturiego)

6 kolumny z wypełnieniem ruchomym i nieruchomym (skrubery z wypełnieniem) różnego kształtu tu i rozmiarów w elementy wypełniaj niające mają za zadanie rozwinąć (zwiększy kszyć) ) powierzchnię styku (czynną) cieczy i gazu. Przykładowe elementy wypełniaj niające Przykład kolumny (skrubera) z wypełnieniem

7 Zastosowanie metod absorpcyjnych: Odsiarczanie spalin (usuwanie tlenków siarki SOx) Usuwanie tlenków w azotu ze spalin oraz z przemysłowych gazów w odlotowych (np( np.. z produkcji HNO 3 ) Jednoczesne usuwanie NOx i SOx z gazów w spalinowych Absorpcja gazów w przemysłowych (np.. HF, HCl,, Cl 2, NH 3 ) Dezodoryzacja gazów w odlotowych (usuwanie odorantów): metoda absorpcyjna fizykochemiczna metoda absorpcyjna połą łączona z biodegradacją (tzw. płuczki p biologiczne)

8 biofiltry do dezodoryzacji gazów odlotowych firmy THOLANDER biofiltry do dezodoryzacji gazów odlotowych firmy THOLANDER Zastosowanie metod adsorpcyjnych: Oczyszczanie gazów w odlotowych: usuwanie związk zków w organicznych i par rtęci z gazów w odlotowych ze spalarni odpadów w i innych instalacji (węgiel aktywny lub koks aktywny) odsiarczanie za pomocą koksu aktywnego (mniejsze znaczenie, w porównaniu z metodami absorpcyjnymi sorpcyjnymi)

9 Ochrona dróg g oddechowych (maski p-gaz) Oczyszczanie powietrza napływaj ywającego z zewnątrz do wewnątrz pomieszczeń, pojazdów w itp. Odzyskiwanie składnik adników w (np( np. rozpuszczalników w organicznych z lakierni) Rozdzielanie mieszanin gazowych Przegląd d absorpcyjnych metod odsiarczania spalin Podział A) proste odpadowe produkt odsiarczania (mieszanina gipsu, siarczynu wapnia i popiołu) wydalany jest w całości ci na składowiska, do wypełnie nień górniczych lub do morza; składowiska wymagają rekultywacji (!)

10 Podział B) półodpadowe produktem jest gips CaSO 4 2H2O,, który można wykorzystać np.. w budownictwie, ale często jest składowany (mniejsze zagrożenie dla środowiska niż produkt odsiarczania metodą odpadową) Podział C) bezodpadowe absorbent zostaje zregenerowany, a wydzielony SO 2 wykorzystuje się do produkcji H 2 SO 4, siarki elementarnej lub w innych gałę łęziach przemysłu u (najkorzystniejsze rozwiązanie) zanie) A) Metody odpadowe 1). Metoda wodna metoda historyczna; zastosowana w elektrowni węglowej w w Londynie w latach trzydziestych XXw.; Gazy spalinowe przepłukiwano w skruberach wodą alkaliczną wprost z Tamizy, a po absorpcji produkty utleniano i wprowadzano bez oczyszczania do rzeki (!).( Skuteczność wysoka (95%), ale duża a uciąż ążliwość dla środowiska wodnego. Elektrownię zamknięto dopiero w 1975r.

11 Metody odpadowe 2) Wapniakowa odpadowa absorbentem jest wodna zawiesina wapienia (wapniaka; węglanu w wapnia) SO 2 + CaCO 3 = CaSO 3 + CO 2 SO 3 + CaCO 3 + 2H 2 O = CaSO 4 2H 2 O+ + CO 2 CaSO 3 + ½ O 2 + 2H 2 O = CaSO 4 2H 2 O (reakcja utleniania zachodzi częś ęściowo) Metody odpadowe 3). Wapienna odpadowa polega na myciu spalin mlekiem wapiennym (wodną zawiesiną wodorotlenku wapnia): SO 2 + Ca(OH) 2 = CaSO 3 SO 3 + Ca(OH) 2 + 2H 2 O = CaSO 4 2H2O CaSO 3 + ½ O 2 + 2H 2 O = CaSO 4 2H2O (reakcja utleniania zachodzi częś ęściowo) Metody odpadowe W metodach odpadowych (prostych) wapiennej i wapniakowej głównym produktem odsiarczania jest CaSO 3, który częś ęściowo ulega utlenieniu do CaSO 4 w absorberach i w dalszej perspektywie na składowiskach. W tych metodach spaliny nie muszą być odpylane w takim przypadku uzyskujemy mieszaninę w/w soli oraz pyłu.

12 B). Metody półodpadowe 1. wapienna z produkcją gipsu 2. wapniakowa z produkcją gipsu 3. dwualkaliczna z produkcją gipsu 4. metoda z absorpcją w roztworze kwasu siarkowego (z z produkcją gipsu) 5. metoda półsucha p (ang.( dry scrubbing) 1) i 2) wapienna i wapniakowa z produkcją gipsu Reakcje takie jak w metodach odpadowych z tym, że utlenianie przeprowadza się niemal całkowicie w dodatkowym reaktorze, przez co otrzymuje się tylko gips CaSO 4 2H2O Wymagane jest dokładne odpylanie gazów w (np( np.. elektrofiltrami) 3). Dwualkaliczna z produkcją gipsu wykonuje się rozdzielenie procesów absorpcji i wytrącania osadów procesy te przeprowadza się w oddzielnych reaktorach

13 3). Dwualkaliczna Absorpcja (prowadzona w absorberze): wstępna: 2 NaOH + SO 2 = Na 2 SO 3 + H 2 O właściwa: Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O = 2 NaHSO 3 3). Dwualkaliczna Utlenianie siarczynu i wytrącanie gipsu (w osobnym reaktorze): 2NaHSO 3 + CaCO 3 = Na 2 SO 3 + CaSO 3 + H 2 O + CO 2 lub 2NaHSO 3 + Ca(OH) 2 = Na 2 SO 3 + CaSO 3 + 2H 2 O CaSO 3 + ½ O 2 + 2H 2 O = CaSO 4 2H 2 O (całkowite utlenianie i wytrącenie gipsu) 3). Dwualkaliczna Powstały y gips dekantuje się,, płucze p i suszy; Roztwór r Na 2 SO 3 zawraca się do absorbera (odtworzenie absorbentu).

14 4). Metoda z absorpcją w roztworze kwasu siarkowego SO 2 dobrze rozpuszcza się roztworze kwasu siarkowego reagując c z wodą: SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 powstały y kwas siarkawy utlenia się do siarkowego: H 2 SO 3 + ½ O 2 + /katalizator/ = H 2 SO 4 a ten zobojętnia się do gipsu: H 2 SO 4 + CaCO 3 + H 2 O = CaSO 4 2H 2 O + CO 2 5). Metoda półsuchap Metoda nowatorska, oparta jest na wykorzystaniu tzw. suszarki rozpyłowej. owej. Rozpylona w atomizerach zawiesina lub roztwór r absorbentu (CaCO 3, Ca(OH) 2 itp.) kontaktuje się w suszarce z gorącymi gazami spalinowymi. 5). Metoda półsuchap Reakcje zachodzą szybko: głównie: SO 2 + Ca(OH) 2 = CaSO 3 Woda ulega odparowaniu. Powstałą suchą mieszaninę poreakcyjną wraz z pyłem usuwa się w odpylaczach, najlepiej tkaninowych.

15 C). Metody bezodpadowe (regeneracyjne) 1. Wellmana-Lorda 2. Magnezytowa 3. Amoniakalna 1). Wellmana-Lorda Oczyszczane gazy muszą być dokładnie odpylone; sorbentem jest wodny roztwór r Na 2 SO 3 (ph= = 6 7) 6 proces absorpcji prowadzi się w absorberach wg reakcji: Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O = 2NaHSO 3 1). Wellmana-Lorda Regeneracja polega na termicznym rozkładzie w tzw. wyparkach: 2NaHSO 3 = Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O (w roztworze wodnym) Uzyskany SO 2 wykorzystuje się np.. do produkcji H 2 SO 4

16 2). Magnezytowa idea podobna, tylko absorbentem jest wodna zawiesina MgO: MgO + SO 2 + nh 2 O = MgSO 3 nh 2 O gdzie n= 3 lub 6 2). Magnezytowa Regeneracja polega na prażeniu wytrąconych siarczynów: MgSO 3 nh 2 O = MgO + SO 2 + nh 2 O ( o C) 3). Amoniakalna odpylone gazy przepłukuje się wodą amoniakalną; ; zachodzą głownie reakcje: SO NH 3 + H 2 O = (NH 4 ) 2 SO 3 (NH 4 ) 2 SO 3 + ½ O 2 = (NH 4 ) 2 SO 4 CO NH 3 + H 2 O = (NH 4 ) 2 CO 3 Powstały y siarczan amonu jest cennym nawozem azotowym. Zawiera też ok % węglanu w amonu.

17 Podsumowanie Obecnie opracowanych jest około o stu metod odsiarczania spalin Najlepsze to metody bezodpadowe (regeneracyjne) ze względu na brak odpadów, które trzeba by było o składowa adować Gdzie się stosuje? duże e jednostki ciepłownicze i elektrociepłownie ownie