Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Podobne dokumenty
Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Osady ściekowe w technologii produkcji klinkieru portlandzkiego na przykładzie projektu mgr inż. Małgorzata Dudkiewicz, dr inż.

Instalacja testowa do wytwarzania biowęgla z różnych rodzajów biomasy

Najlepsze dostępne technologie i wymagania środowiskowe w odniesieniu do procesów termicznych. Adam Grochowalski Politechnika Krakowska

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Wymogi emisyjne. KSC S.A. Zakopane

PALIWA ALTERNATYWNE W CEMENTOWNI NOWINY

BADANIA ODSIARCZANIA SPALIN NA STANOWISKU PILOTAŻOWYM Z CYRKULACYJNĄ WARSTWĄ FLUIDALNĄ CFB 0,1MWt ORAZ STANOWISKU DO BADANIA REAKTYWNOŚCI SORBENTÓW

Usuwanie rtęci z gazów spalinowych z procesów spalania węgla. Piotr Burmistrz, Krzysztof Kogut

Zawartość i sposoby usuwania rtęci z polskich węgli energetycznych. mgr inż. Michał Wichliński

Adsorpcja wybranych jonów metali ciężkich na biowęglu pochodzącym z komunalnych osadów ściekowych

MOŻLIWOŚCI OGRANICZANIA EMISJI RTĘCI ZE SPALANIA WĘGLA

Spalarnia. odpadów? jak to działa? Jak działa a spalarnia

Bezpieczeństwo ekologiczne współspalania odpadów w piecach cementowych. Dyrektor ds. Produkcji Paweł Zajd

Pracownia. Cwiczenie 23

NISKOTEMPERATUROWA TERMOLIZA SPOSOBEM NA OGRANICZANIE ZAWARTOŚCI RTĘCI W SUBSTANCJACH STAŁYCH

10.2 Konkluzje dotyczące najlepszych dostępnych technik (BAT) dla energetycznego spalania paliw stałych

Rtęć w przemyśle. Technologia usuwania rtęci z węgla przed procesem zgazowania/spalania jako efektywny sposób obniżenia emisji rtęci do atmosfery

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Dyrektywa IPPC wyzwania dla ZA "Puławy" S.A. do 2016 roku

4. ODAZOTOWANIE SPALIN

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

OFERTA TEMATÓW PROJEKTÓW DYPLOMOWYCH (MAGISTERSKICH) do zrealizowania w Katedrze INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

ITC REDUKCJA TLENKÓW AZOTU METODĄ SNCR ZE SPALIN MAŁYCH I ŚREDNICH KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH - WSTĘPNE DOŚWIADCZENIA REALIZACYJNE

OCZYSZCZANIE SPALIN Z PIECÓW KRĘGOWYCH DO WYPALANIA ELEKTROD WĘGLOWYCH

Redukcja emisji rtęci ze spalin w zgodzie z jakością UPS prezentacja wyników projektu HYBREM Dominika Bandoła SBB ENERGY S.A.

Kontrolowane spalanie odpadów komunalnych

Jan Cebula (Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, POLITECHNIKA ŚLĄSKA, Gliwice) Józef Sołtys (PTH Intermark, Gliwice)

Elektrofiltry dla małych kotłów na paliwa stałe. A. Krupa A. Jaworek, A. Sobczyk, A. Marchewicz, D. Kardaś

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 073

Najlepsze dostępne praktyki i technologie w metalurgii. dr hab. inż. M. Czaplicka, Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 073

REDUKCJA RTĘCI ZE SPALIN METODĄ GORE GMCS PROSTE ROZWIĄZANIE DLA UTRZYMANIA JAKOŚCI UPS

Usuwanie NOx w instalacji odsiarczania spalin

Str 1/7 SPRAWOZDANIE. z pracy badawczej pt.:

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 799

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

Badania nad zastosowaniem kondycjonowania spalin do obniżenia emisji pyłu z Huty Katowice S.A w Dąbrowie Górniczej

STRABAG ENERGY TECHNOLOGIES (SET) 2013

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 950

Wdrożenie dyrektywy IED realne koszty i korzyści dla środowiska? Marzena Jasińska - Łodyga Grupa Ożarów S.A.

Paliwa alternatywne jako odnawialne źródła energii w formie zmagazynowanej. Prezentacja na podstawie istniejącej implementacji

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1008

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1134

1. W źródłach ciepła:

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (emisja, imisja)

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (emisja, imisja)

Badania uwalniania rtęci w procesie spalania węgla i biomasy w gospodarstwach domowych

Pilotowa instalacja zgazowania węgla w reaktorze CFB z wykorzystaniem CO 2 jako czynnika zgazowującego

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 753

KONTROLA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Z INSTALACJI SPALANIA ODPADÓW

Opracował: Marcin Bąk

Od uwęglania wysegregowanych odpadów komunalnych w wytwórniach BIOwęgla do wytwarzania zielonej energii elektrycznej

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (emisja, imisja)

CENTRUM CZYSTYCH TECHNOLOGII WĘGLOWYCH CLEAN COAL TECHNOLOGY CENTRE. ... nowe możliwości. ... new opportunities

Temat: Stacjonarny analizator gazu saturacyjnego MSMR-4 do pomiaru ciągłego

Sorbenty fizyko-chemiczne do usuwania dwutlenku węgla

Granulowany węgiel aktywny z łupin orzechów kokosowych: BT bitumiczny AT - antracytowy 999-DL06

do przetargu na Wykonanie pomiarów gwarancyjnych instalacji katalitycznego odazotowania spalin na bloku nr 5 5 (dalej Ogłoszenie Ogłoszenie )

Redukcja tlenków azotu metodą SNCR ze spalin małych i średnich kotłów energetycznych wstępne doświadczenia realizacyjne

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (Pobieranie próbek) Metoda badawcza

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1134

Wprowadzenie. Systemy ochrony powietrza. Wstęp do systemów redukcji emisji zanieczyszczeń powietrza. 1. Techniczne. 2.

Odzyskaj energię z odpadów! Waloryzacja termiczna odpadów: Najczystszy z procesów spalania POLEKO, Poznań. dr Ryszard Strzelecki, ESWET

Procesy wytwarzania, oczyszczania i wzbogacania biogazu

Zaawansowane techniki utleniania. Mokre utlenianie powietrzem Adriana Zaleska-Medynska. Wykład 9

(2)Data zgłoszenia: (57) Układ do obniżania temperatury spalin wylotowych oraz podgrzewania powietrza kotłów energetycznych,

WYKAZ METOD BADAWCZYCH w WBJ-2 (Pobieranie próbek) Metoda badawcza

Współspalanie biomasy (redukcja CO2) oraz redukcja NOx za pomocą spalania objętościowego

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1078

PRZYKŁADY INSTALACJI DO SPALANIA ODPADÓW NIEBEZPIECZNYCH

Opracował: mgr inż. Maciej Majak. czerwiec 2010 r. ETAP I - BUDOWA KOMPLEKSOWEJ KOTŁOWNI NA BIOMASĘ

Kontrola procesu spalania

STRABAG Sp. z o.o. Ul. Parzniewska Pruszków

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

Nazwisko...Imię...Nr albumu... ZGAZOWANIE PALIW V ME/E, Test 11 (dn )

Inżynieria procesów przetwórstwa węgla, zima 15/16

PRODUKCJA I ZASTOSOWANIE NAWOZÓW MINERALNYCH W KONTEKŚCIE OCHRONY KLIMATU

zanieczyszczenia powstające w wyniku procesów spalania paliw w lokalnychkotłowniach i piecach domowych sektora komunalno bytowego.

PL B1. Urządzenie do odpylania spalin i gazów przemysłowych oraz instalacja do odpylania spalin i gazów przemysłowych

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1028

Zanieczyszczenia pyłowe i gazowe : podstawy obliczenia i sterowania. poziomem emisji / Ryszard Marian Janka. Warszawa, 2014 Spis treści

Metoda sucha. Oczyszczanie gazów w odlotowych z zanieczyszczeń gazowych cz. 2. Inne metody odsiarczania gazów

Emisja pyłu z instalacji spalania paliw stałych, małej mocy

20 lat co-processingupaliw alternatywnych w cementowniach w Polsce

OCENA PRZYDATNOŚCI SEPARATORA RDZENIOWEGO W UKŁADACH ODPYLANIA

Energetyczne zagospodarowanie osadów ściekowych w powiązaniu z produkcją energii elektrycznej. Maria Bałazińska, Sławomir Stelmach

LIDER WYKONAWCY. PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna S.A. Oddział Elektrownia Turów

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 769

PIROLIZA BEZEMISYJNA UTYLIZACJA ODPADÓW

PL B1. SUROWIEC BOGDAN, Bolszewo, PL BUP 18/13. BOGDAN SUROWIEC, Bolszewo, PL WUP 04/16 RZECZPOSPOLITA POLSKA

57 Zjazd PTChem i SITPChem Częstochowa, Promotowany miedzią niklowy katalizator do uwodornienia benzenu

system monitoringu zanieczyszczeń gazowych i pyłów w powietrzu atmosferycznym, z zastosowaniem zminiaturyzowanych stacji pomiarowych

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

ZBUS-TKW Combustion Sp. z o. o.

Zn + S ZnS Utleniacz:... Reduktor:...

1 Układ kondensacji spalin ( UKS )

Transkrypt:

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych Scientific Works of Institute of Ceramics and Building Materials Nr 29 (kwiecień czerwiec) Prace są indeksowane w BazTech i Index Copernicus ISSN 1899-3230 Rok X Warszawa Opole 2017

Prace ICiMB 2017 nr 29: 26 35 EWA GŁODEK-BUCYK * FRANCISZEK SŁADECZEK ** WOJCIECH KALINOWSKI *** Słowa kluczowe: biowęgiel, sorbent, redukcja emisji Hg. W pracy przedstawiono wyniki badań nad efektywnością redukcji rtęci przy wykorzystaniu biowęgla z biomasy, uzyskanego w wyniku niskotemperaturowej pirolizy. Badania przeprowadzono na gazach odlotowych instalacji wypalania klinkieru pracującej w technologii metody suchej. Zastosowanie metody iniekcji pyłu biowęgla do tych gazów (T = 140 o C, CO 2 = 12%, SO 2 = O%, H 2 O = 4%) w ilości 8,6 9,6 g/m 3 n skutkuje zmniejszeniem koncentracji rtęci o ok. 40%. Rtęć oraz większość jej związków chemicznych uważa się za toksyczne substancje stanowiące zagrożenie dla różnorodności biologicznej, ekosystemów i zdrowia ludzi, dlatego też Unia Europejska systematycznie zaostrza wymagania ograniczające emisję rtęci do atmosfery. Przykładem takich działań jest dyrektywa w sprawie emisji przemysłowych, tzw. Dyrektywa IED [1], czy też konkluzje BAT dla przemysłu cementowego, wapienniczego i tlenku magnezu [2]. Obecnie w państwach Unii Europejskiej za najwyższą przemysłową emisję rtęci do powietrza odpowiada energetyka (53,9%) [1]. Emisja rtęci z zakładów przemysłu cementowego i wapienniczego w 2014 r. wynosiła 11,3% emisji całkowitej w EU-27 [1]. Rtęć (HgT) występuje w trzech formach chemicznych: gazowej elementarnej (Hg 0, HgE), gazowej dwuwartościowej (Hg 2+, HgI) oraz związanej z pyłem * Dr inż., Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie, Oddział Inżynierii Procesowej Materiałów Budowlanych w Opolu, e.glodek@icimb.pl ** Dr inż., Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie, Oddział Inżynierii Procesowej Materiałów Budowlanych w Opolu, f.sladeczek@icimb.pl *** Dr inż., Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych w Warszawie, Oddział Inżynierii Procesowej Materiałów Budowlanych w Opolu, w.kalinowski@icimb.pl

BIOWĘGIEL JAKO SORBENT DO REDUKCJI RTĘCI Z GAZÓW ODLOTOWYCH 27 (Hg P ). Podczas procesu wypalania klinkieru w wysokiej temperaturze rtęć uwalniana jest do formy elementarnej Hg 0. W wyniku chłodzenia spalin oraz reakcji z innymi składnikami spalin rtęć elementarna przechodzi do formy utlenionej Hg 2+. Z punktu widzenia skuteczności redukcji rtęci istotna jest postać, w której rtęć występuje. Udziały wzajemne rtęci elementarnej (metalicznej) Hg 0 i rtęci utlenionej (jonowej) Hg + lub Hg 2+ (jako HgCl 2, HgO and HgS) w gazach odlotowych (specjacja rtęci) mają decydujące znaczenie dla obniżenia emisji rtęci do atmosfery. Utleniona forma rtęci wykazuje znaczną podatność na adsorbowanie się na powierzchni pyłów oraz charakteryzuje się dobrą rozpuszczalnością w roztworach wodnych. Natomiast pary rtęci metalicznej Hg 0 praktycznie w całości emitowane są wraz z gazami odlotowymi do atmosfery, co związane jest z niską temperaturą topnienia tego pierwiastka, wysokim równowagowym ciśnieniem par gazu i małą rozpuszczalnością w wodzie [4]. Specjacja rtęci w gazach odlotowych instalacji wypalania klinkieru uzależniona jest od zawartości innych pierwiastków w paliwie i surowcu (przede wszystkim siarki i chloru) oraz od parametrów procesu spalania (profil temperatury, technologia wypalania, tryb pracy instalacji: z włączonym lub wyłączonym młynem surowca). Wraz z podwyższaniem się temperatury przed układem odpylania obserwuje się zwiększenie koncentracji rtęci w gazach. Wzrost temperatury z 128 135 C do 150 160 C przy pracującym młynie surowca powoduje dwukrotne zwiększenie koncentracji rtęci w kominie [5]. Przy włączonym młynie surowca udziały poszczególnych form rtęci kształtują się następująco: Hg 0 26%, Hg 2+ 74%, natomiast przy wyłączonym młynie surowca Hg 0 44%, Hg 2+ 56% [5]. W celu utrzymania emisji rtęci w gazach odlotowych z instalacji wypalania klinkieru na rekomendowanym poziomie, zgodnym z zaleceniami konkluzji BAT, należy stosować metody pierwotne redukcji (tj. stosować surowce i paliwa o niskiej zawartości metali; stosować system zapewnienia jakości w zakresie wykorzystywanych surowców odpadowych; wykorzystywać układy odpylania o dużej sprawności). W przypadku niewystarczającej skuteczności tych metod konieczne jest zastosowanie dodatkowych technologii ograniczających emisję rtęci do atmosfery. Obecnie podstawowymi stosowanymi metodami są adsorpcja rtęci oraz utlenianie rtęci metalicznej. W procesie adsorpcji wykorzystuje się różne sorbenty, w tym najczęściej węgiel aktywny (WA) [6 7], pył koksowy [8], popiół [9 10] i metale szlachetne [11]. Selektywna katalityczna redukcja (SCR) [8] i katalizatory na bazie węgla oraz tlenków metali [4], jak również utleniacze, np. H 2 O 2 [13], są wykorzystywane w procesie utleniania rtęci metalicznej. Wśród sorbentów najbardziej efektywnym jest węgiel aktywny. Produkcja węgla aktywnego oparta jest na różnorodnych materiałach pochodzenia organicznego, takich jak drewno, węgiel kopalny, lignina, pestki owoców, skorupy orzechów

28 EWA GŁODEK-BUCYK, FRANCISZEK SŁADECZEK, WOJCIECH KALINOWSKI oraz materiały pochodzenia syntetycznego. Skuteczność usuwania rtęci przy wykorzystaniu sorbentów zależy od: parametrów oczyszczanego gazu (specjacji rtęci w spalinach, temperatury spalin, składu spalin); sposobu prowadzenia procesu oczyszczania gazów (wielkości dawki sorbentu mierzonej stosunkiem C:Hg, stopnia wymieszania sorbentu w spalinach, czasu kontaktu sorbentu ze spalinami oraz skuteczności urządzeń odpylających, w których ze spalin wydzielany jest sorbent); parametrów stosowanego sorbentu (porowatość, powierzchnia wewnętrzna). Mechanizm wiązania rtęci na powierzchni węgla aktywnego bazuje nie tylko na interakcji pomiędzy rtęcią a węglem, ale również na konkurencyjnych reakcjach składników gazu z ciałem stałym. W wielu badaniach [14 18] stwierdzono wpływ składu gazu na modyfikację grup funkcyjnych obecnych na powierzchni węgla aktywnego. Tlen w gazach odlotowych wpływa na wzrost adsorpcji rtęci elementarnej na węglu aktywnym [14 15], podczas gdy gazy reaktywne, takie jak SO x i NO x, mogą modyfikować powierzchnię węgla i faworyzować lub hamować adsorpcję rtęci [15 18]. Para wodna i CO 2 [16] może również odgrywać dużą rolę w mechanizmie adsorpcji rtęci na powierzchni WA. W celu polepszenia parametrów sorbentu stosuje się aktywację karbonizatu. Aby polepszyć właściwości węgla aktywnego, można poddać go impregnacji wybranymi substancjami chemicznymi, która nadaje substancji dodatkowych właściwości w zakresie adsorpcji chemicznej (tzw. chemisorpcji). Powierzchnię węgla aktywnego modyfikuje się związkami siarki (S), chloru (Cl), jodu (I), bromu (Br). Jony halogenków w sposób znaczący poprawiają skuteczność wiązania rtęci elementarnej [7]. Przy takim samym ładunku molowym jonów halogenków sprawność usuwania rtęci wzrasta w następującej kolejności: WA < WA impregnowany Cl < WA impregnowany Br < WA impregnowany I [7]. Skuteczność redukcji Hg przy wykorzystaniu halogenku amonu jest wyższa w porównaniu do halogenku potasu, co jest wynikiem lepszego dostępu Hg do aktywnych miejsc znajdujących się w porach [7]. Impregnacja WA chlorkami w porównaniu do termicznie aktywowanych WA zwiększa możliwość redukcji Hg o 300 razy (w temperaturze 150 260 o C) [19]. W ostatnich latach, ze względu na obniżenie kosztów oczyszczania gazów, wzrasta zainteresowanie węglem aktywnym otrzymywanym z materiałów odpadowych. Takim przykładem jest zastosowanie pyłu koksowego (pył ten jest wydzielany w procesach odpylania traktu gazowego instalacji suchego chłodzenia koksu) jako sorbentu. Skuteczność redukcji rtęci podczas testów na instalacji doświadczalnej w skali ćwierć technicznej wyniosła 80 85% [8]. Natomiast dla węgla aktywnego w skali przemysłowej wyniosła ponad 90% [20]. Zastosowanie pyłu

BIOWĘGIEL JAKO SORBENT DO REDUKCJI RTĘCI Z GAZÓW ODLOTOWYCH 29 koksowego przyczynia się do znacznego obniżenia kosztów procesu oczyszczania w porównaniu z zastosowaniem komercyjnych sorbentów pylistych. Koszt usunięcia 1 kg rtęci wynosi ok. 3 tys. USD [8] w porównaniu z 40 90 tys. USD przy zastosowaniu do tego celu komercyjnego pylistego węgla aktywnego. Badania redukcji emisji rtęci przy zastosowaniu biowęgla jako sorbentu przeprowadzono na instalacji doświadczalnej w skali ćwierć techniki, która została zaprojektowana dla gazów odlotowych z układu wypalania klinkieru w technologii długi piec metody suchej. Na rycinie 1 pokazano schemat stanowiska badawczego, a na rycinie 2 fotografię instalacji badawczej. 1 rurociąg gazów piecowych przed reaktorem 2 dysza schładzająca woda powietrze 4 bar 3 reaktor redukcji zanieczyszczeń 4 korpus reaktora (stożek ø500, ø2000, H = 10 m) 5 lej z układem usuwania pyłu 6 dysza perhydrol powietrze 4 bar 7 układ podawania perhydrolu (pompa dozująca, zbiornik H₂O₂) 8 rurociąg gazów za reaktorem 9 wentylator gazów za reaktorem z przemiennikiem częstotliwości K1, K2 króciec poboru gazów z klapą odcinającą K3 króciec do wprowadzenia dyszy wodnej 2 K4 króciec wlotowy gazów do reaktora K5 króciec wylotowy dyszy perhydrolu 6 K6 króciec wylotowy gazów z reaktora K7 króciec zwrotu gazów do odpylacza piecowego M1, M2, M3, M4 punkty pomiarowe składu gazów, przepływu i zapylenia T1, P1 pomiar temperatury i ciśnienia przed reaktorem T2, P2 pomiar temperatury i ciśnienia za reaktorem Ź r ó d ł o: Ryc. 1 4 opracowanie własne. Ryc. 1. Schemat instalacji doświadczalnej redukcji zanieczyszczeń gazowych w cementowni Głównym elementem instalacji jest pionowy reaktor w kształcie stożka. Pobór części gazów odlotowych (ok. 5000 m 3 n/h) następuje z rurociągu usytuowanego między baterią cyklonów a odpylaczem tkaninowym. Sorbent wprowadzany jest do reaktora w dolnej jego części przez układ dozowania, który składa się z leja zasypowego oraz dozownika ślimakowego z regulacją obrotów. Redukcja zanieczyszczeń następuje podczas przepływu gazów z dołu do góry pionowego reaktora. Gazy wyprowadzane są z reaktora przez wentylator wyciągowy i wprowadzane do układu odpylania instalacji wypalania klinkieru. W instalacji doświadczalnej wykonywane są następujące pomiary:

30 EWA GŁODEK-BUCYK, FRANCISZEK SŁADECZEK, WOJCIECH KALINOWSKI Ryc. 2. Widok stanowiska doświadczalnego parametrów gazów na wejściu i wyjściu z reaktora: strumień gazów, temperatura, stopień zapylenia, analiza gazów (w szczególności NO x, SO x, Hg, H 2 O). Ciągły pomiar składu gazów wykonano analizatorami Horiba PG 250 (NDIR dla CO, CO 2, i SO 2 ; CLD dla NO/NO x oraz celą paramagnetyczną dla O 2 ); koncentracji rtęci w gazach: do ciągłego pomiaru emisji rtęci zastosowano najnowocześniejsze urządzenie pomiarowe Tekran 3300 firmy Tekran Instruments Corporation. Analizator umożliwia kompleksowe określenie stężenia rtęci w fazie gazowej. Pozwala na ciągłą analizę rtęci połączoną z jej specjacją równoczesną analizę rtęci elementarnej i jonowej. Analizator wykorzystuje zasadę fluorescencji absorpcyjnej metodą zimnych par przy długości fali 257 nm (metoda CVAFS). Pomiar wykonano na wyjściu gazów z reaktora. Niepewność pomiaru przy niskich stężeniach rtęci 0,5 μg/m 3 n wynosi 6,1%; nadawy sorbentu: strumień masowy sorbentu określono poprzez pomiar czasu opróżnienia leja zsypowego, w którym znajdowała się znana masa pyłu; strumienia roztworu nadtlenku wodoru: pomiar wykonano przy wykorzystaniu wbudowanego w instalację rotametru metalowego, przeznaczonego do stosowania dla cieczy agresywnych chemicznie. Zakres pomiarowy: max. 50 l/h H 2 O 2, dokładność: +/-3%. Do redukcji emisji rtęci zastosowano metodę iniekcji pylistych węgla aktywnego. Jako sorbent wykorzystano biokarbonizat uzyskany w wyniku procesu pirolizy osadów ściekowych, którą przeprowadzono w temperaturze poniżej 500 o C. Karbonizat nie został poddany ani aktywacji fizycznej, ani chemicznej. W celu uzyskania właściwej granulacji produkt zmielono (tab. 1). Badania przeprowadzono na doświadczalnej instalacji o przepustowości gazów wynoszącej 5000 m 3 n/h. Nadawa sorbentu wynosiła 43 48 kg/h, tj. 8,6 9,6 g/m 3 n.

BIOWĘGIEL JAKO SORBENT DO REDUKCJI RTĘCI Z GAZÓW ODLOTOWYCH 31 Wymiar oczka sita [mm] T a b e l a 1 Skład granulometryczny sorbentu Udział klasy ziarnowej [%] Całkowity procent materiału pozostającego na sicie [%] 0,200 22,0 22,0 0,090 31,3 53,3 0,045 17,6 70,9 < 0,045 29,1 100,0 Ź r ó d ł o: Opracowanie własne. Czas kontaktu sorbentu i czynnika utleniającego z gazami wynosił ok. 9 s. W trakcie badań prowadzono pomiary ciągłe podstawowych parametrów gazu przed i za reaktorem (temperatura, skład gazu). Dodatkowo w sposób ciągły wykonywano pomiar koncentracji rtęci w gazach za reaktorem. Parametry gazu przed reaktorem podano w tabeli 2. Wilgotność gazów wynosiła ok. 3 4%, natomiast zapylenie ok. 20 g/m 3 n. T a b e l a 2 Parametry gazu Przed reaktorem NO * 2 [mg/m 3 ] CO * [mg/m 3 ] SO * [mg/m 3 ] CO 2 u u 2 u [vol%] O 2 [vol%] T [ o C] Za reaktorem T [ o C] Średnia 564,42 338,30 0,00 12,88 12,07 137,70 115,30 Min. 464,74 151,30 0,00 11,96 11,66 135,60 113,40 Max. 658,70 895,89 0,00 13,62 12,73 139,80 117,40 * 10% O 2, gaz suchy. Ź r ó d ł o: Opracowanie własne. Zastosowanie biowęgla jako sorbentu w procesie oczyszczania gazu powoduje zmniejszenie koncentracji rtęci w gazach. Poziom redukcji jest trudny do określenia ze względu na brak możliwości ciągłego pomiaru koncentracji rtęci w gazach przed i za reaktorem. Dodatkowo stężenie rtęci w gazach jest bardzo zmienne. Z tego też powodu nie można jednoznacznie określić zależności stopnia redukcji od strumienia sorbentu wprowadzanego do reaktora. Podczas pomiarów zaobserwowano, że poziom rtęci całkowitej na wejściu kształtował się w zakresie 10 28 µg/m 3 n. Przyjmując koncentrację rtęci całkowitej na wejściu

32 EWA GŁODEK-BUCYK, FRANCISZEK SŁADECZEK, WOJCIECH KALINOWSKI do reaktora na poziomie 15 µg/m 3 n, stopień redukcji rtęci w gazach, przy wykorzystaniu biowęgla, można oszacować na poziomie ok. 40% (ryc. 3). 40 35 30 25 stężenie [μg/m 3 ] 20 H 2O 2 5l/h + biowęgiel H 2O 2 0 l/h + biowegiel 15 10 5 0 0:00:00 0:14:24 0:28:48 0:43:12 0:57:36 1:12:00 1:26:24 1:40:48 1:55:12 2:09:36 2:24:00 2:38:24 2:52:48 3:07:12 HgT HgE HgI Ryc. 3. Wyniki pomiarów skuteczności redukcji rtęci Stosunkowo niska skuteczność redukcji rtęci przy wykorzystaniu biowęgla związana jest prawdopodobnie z parametrami stosowanego sorbentu. Zdolność adsorpcyjna uzależniona jest przede wszystkim od porowatości materiałów węglowych. Biowęgiel charakteryzuje się zdecydowanie mniejszą porowatością i powierzchnią właściwą w porównaniu z węglem aktywnym. Przy iniekcji biowęgla nie zaobserwowano znaczącej zmiany specjacji rtęci. W gazach, zarówno przed, jak i po podaniu sorbentu, podstawową formą rtęci jest rtęć elementarna. Podczas testu stwierdzono brak wpływu biowęgla na ograniczenie emisji NO x (ryc. 4). Dodatkowo przeprowadzono eksperyment polegający na równoczesnym podawaniu dwóch czynników stosowanych w procesie redukcji rtęci, tj. biowęgla oraz nadtlenku wodoru o stężeniu 60%. Nadtlenek wodoru jest skutecznym utleniaczem wpływającym na redukcję zarówno rtęci, jak i NO x w gazach odlotowych [13], jednak zaobserwowano znaczne zmniejszenie efektywności redukcji NO x w porównaniu do próby, gdy podawany był sam utleniacz (ryc. 4). Wyjaśnienie tego zjawiska wymaga dodatkowych badań, ale prawdopodobną przyczyną takiego stanu jest zmniejszenie koncentracji utleniacza w gazach, w wyniku jego częściowej absorpcji przez biowęgiel.

BIOWĘGIEL JAKO SORBENT DO REDUKCJI RTĘCI Z GAZÓW ODLOTOWYCH 33 700,00 Pomiar NOx (warunki umowne, 10% O 2 ) 600,00 500,00 stężenie [mg/m 3 u] 400,00 300,00 H 2O 2 5 l/h H 2O 2 5 l/h + biowęgiel H 2O 2 0 l/h + biowęgiel 200,00 100,00 0,00 11:31:12 11:38:24 11:45:36 11:52:48 12:00:00 pomiary PRZED reaktorem pomiary ZA reaktorem Ryc. 4. Wyniki pomiarów skuteczności redukcji NO x W pracy wykonano wstępne badania efektywności redukcji rtęci przy wykorzystaniu biowęgla uzyskanego w wyniku niskotemperaturowej pirolizy biomasy. Badania przeprowadzono na gazach odlotowych instalacji wypalania klinkieru pracującej w technologii metody suchej. Stężenie rtęci w badanych gazach było na niskim poziomie 10 28 µg/m 3 n, udział pary wodnej wynosił 3 4%, a temperatura gazów ok. 140 o C. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że: zastosowanie metody iniekcji pyłu biowęgla do gazów spalinowych w ilości 8,6 9,6 g/m 3 n skutkuje zmniejszeniem koncentracji rtęci w gazach o ok. 40%; stosunkowo niska skuteczność redukcji rtęci przy wykorzystaniu biowęgla związana jest z parametrami stosowanego sorbentu. Stosowany biowęgiel charakteryzował się mniejszą porowatością i powierzchnią właściwą w porównaniu z węglem aktywnym; stosowany biowęgiel nie wpływa na ograniczenie emisji NO x*. * Praca została sfinansowana ze środków na działalność statutową Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych.

34 EWA GŁODEK-BUCYK, FRANCISZEK SŁADECZEK, WOJCIECH KALINOWSKI [1] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (Dyrektywa 2010/75/UE, tzw. Dyrektywa IED ). [2] Decyzja wykonawcza Komisji z dnia 26 marca 2013 r. ustanawiająca konkluzje dotyczące najlepszych dostępnych technik (BAT), zgodnie z dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE w sprawie emisji przemysłowych, w odniesieniu do produkcji cementu, wapna i tlenku magnezu (dokument nr C(2013) 1728). [3] Strona internetowa E-PRTR, http://prtr.ec.europa.eu/ (12.11.2016). [4] F a n a L., L i n g a L., W a n g B., Z h a n g R., The adsorption of mercury species and catalytic oxidation of Hg0 on the metal-loaded activated carbon, Applied Catalysis A: General 2016, Vol. 520, s. 13 23. [5] G ł o d e k - B u c y k E., S ł a d e c z e k F., Badania obiegu rtęci w układzie pieca do wypalania klinkieru, praca nr 4B007P16 (2017), niepublikowana. [6] L i u J., C h e n e y M.A., W u F., L i M., Effects of chemical functional groups on elemental mercury adsorption on carbonaceous surfaces, Journal of Hazardous Materials 2011, Vol. 186, Issue 1, s. 108 113. [7] D e M., A z a r g o h a r R., D a l a i A.K., S h e w c h u k S.R., Mercury removal by bio-char based modified activated carbons, Fuel 2013, Vol. 103, s. 570 578. [8] B u r m i s t r z P., C z e p i r s k i L., K o g u t K., S t r u g a ł a A., Usuwanie rtęci z gazów spalinowych. Instalacja demonstracyjna oparta na iniekcji sorbentów pylistych, Przemysł Chemiczny 2014, 93/12, home.agh.edu.pl/~czepir/pdf/2014pch.pdf (12.11.2016). [9] Z h a o Y.C., Z h a n g J.Y., L i u J., D i a z - S o m o a n o M., A b a d - V a l l e P., M a r t i n e z - T a r a z o n a M.R., Z h e n g C.G., Experimental study on fly ash capture mercury in flue gas, Science China. Technological Sciences 2010, Vol. 53, No. 4, s. 976 983. [10] X u W., W a n g H., Z h u T., K u a n g J., J i n g P., Mercury removal from coal combustion flue gas by modified fly ash, Journal of Environmental Sciences 2013, Vol. 25, Issue 2, s. 393 398. [11] P o u l s t o n S., G r a n i t e E.J., P e n n l i n e H.W., M y e r s C.R., S t a n k o D.P., H a m i l t o n H., Metal sorbents for high temperature mercury capture from fuel gas, Fuel 2007, Vol. 86, s. 2201 2203. [12] M u s m a r r a D., K a r a t z a D., L a n c i a A., P r i s c i a n d a r o M., M a z z i o t - t i d i C e l s o G., A Comparison among Different Sorbents for Mercury Adsorption from Flue Gas, Chemical Engineering Transactions 2015, Vol. 43, s. 2461 2466. [13] Nowatorska technologia maksymalizująca wykorzystanie ciepła z odpadów w procesie produkcji klinkieru. [Aut.] E. Głodek-Bucyk i in., [Opole] 2016. [14] K a r a t z a D., L a n c i a A., P r i s c i a n d a r o M., M u s m a r r a D., M a z z i o t t i d i C e l s o G., Influence of oxygen on adsorption of elemental mercury vapors onto activated carbon, Fuel 2013, Vol. 111, s. 485 491. [15] M o r r i s E.A., K i r k D.W., J i a C.Q., Roles of sulfuric acid in elemental mercury removal by activated carbon and sulfur-impregnated activated carbon, Environmental Science and Technology 2012, Vol. 46, No. 14, s. 7905 7912.

BIOWĘGIEL JAKO SORBENT DO REDUKCJI RTĘCI Z GAZÓW ODLOTOWYCH 35 [16] D i a m a n t o p o u l o u I., S k o d r a s G., S a k e l l a r o p o u l o s G.P., Sorption of mercury by activated carbon in the presence of flue gas components, Fuel Processing Technology 2010, Vol. 91, s. 158 163. [17] P r e s t o A.A., G r a n i t e E.J., Impact of sulfur oxides on mercury capture by activated carbon, Environmental Science and Technology 2007, Vol. 41, s. 6579 6584. [18] U d d i n Md.A., Y a m a h a T., O c h i a t i R., S a s a o k a E., W u S., Role of SO 2 for elemental mercury removal from coal combustion flue gas by activated carbon, Energy and Fuel 2008, Vol. 22, No. 4, s. 2284 2289. [19] Mercury Study Report to Congress, Vol. 8: An Evaluation of Mercury Control Technologies and Costs, Office of Air Quality Planning & Standards and Office of Research and Development December 1997, http://www.epa.gov.sites/production/files/2015-09/documents/volume8.pdf (14.11.2016). [20] G o s t o m c z y k M.A., J ę d r u s i k M., Ś w i e r c z o k A., Ograniczenie emisji rtęci z procesów spalania węgla, http://www.pzits.not.pl/docs/ksiazki/pol_2010/gostomczyk%20 %20135-144.pdf (14.11.2016). EWA GŁODEK-BUCYK FRANCISZEK SŁADECZEK WOJCIECH KALINOWSKI BIOCHAR AS SORBENT FOR REDUCING MERCURY FROM THE WASTE GASES Keywords: biochar, sorbent, reduction of Hg emission. The paper presents results of mercury reduction studies using biomass derived from low temperature pyrolysis of biomass. The research was carried out on waste gases from clinker burning plant using dry method technology. The application of the method of injection of biochar dust to these gases (T = 140 o C, CO 2 = 12%, SO 2 = O%, H 2 O = 4%) in the amount of 8,6 9,6 g/m 3 n results in a reduction of mercury concentration by about 40%.