EFEKTYWNOŚĆ USUWANIA NO X i SO 2 Z GAZÓW Z ZASTOSOWANIEM PODCHLORYNU SODU

Podobne dokumenty
WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA EFEKTYWNOŚĆ USUWANIA NO X Z GAZÓW METODĄ OZONOWANIA

Zastosowanie generatorów dwutlenku chloru i elektrolizerów w dezynfekcji wody pitnej

Usuwanie NOx w instalacji odsiarczania spalin

WYKRYWANIE ZANIECZYSZCZEŃ WODY POWIERZA I GLEBY

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

ABSORPCYJNE OCZYSZCZANIE GAZÓW ODLOTOWYCH Z TLENKÓW AZOTU Instrukcja wykonania ćwiczenia 23

MOKRA WAPNIAKOWA TECHNOLOGIA ODSIARCZANIA SPALIN PREZENTACJA

Pracownia. Cwiczenie 23

Pierwiastki bloku d. Zadanie 1.

Główne zagadnienia: - mol, stechiometria reakcji, pisanie równań reakcji w sposób jonowy - stężenia, przygotowywanie roztworów - ph - reakcje redoks

Nazwy pierwiastków: ...

Fluorowce - chlor. -Ogólna charakterystyka fluorowców -Występowanie i właściwości chloru -Ważniejsze związki chloru

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

Usuwanie tlenków azotu ze spalin metodą ozonowania 1) Removal of nitrogen oxides from a flue gas by ozonation method

PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA CHEMICZNE

Oznaczanie SO 2 w powietrzu atmosferycznym

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1134

Kryteria oceniania z chemii kl VII

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

Związki nieorganiczne

X Konkurs Chemii Nieorganicznej i Ogólnej rok szkolny 2011/12

18 Lutego 2016: Marcin Karczewski. Innowacyjna dezynfekcja wody z najniższą zawartością chloranów

Kontrola procesu spalania

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

Informacje Ogólne Podstawowymi wymogami w przypadku budowy nowych jednostek wytwórczych - bloków (zwłaszcza dużej mocy) są aspekty dotyczące emisji

Odpowiedź:. Oblicz stężenie procentowe tlenu w wodzie deszczowej, wiedząc, że 1 dm 3 tej wody zawiera 0,055g tlenu. (d wody = 1 g/cm 3 )

ARKUSZ 1 POWTÓRZENIE DO EGZAMINU Z CHEMII

Fragmenty Działu 7 z Tomu 1 REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

USUWANIE DWUTLENKU WĘGLA W GLA Z GAZÓW SPALINOWYCH. Katedra Technologii Chemicznej Wydział Chemiczny Politechnika Gdańska

Stan poziomu technologicznego niezbędnego do oferowania bloków z układem CCS (w zakresie tzw. wyspy kotłowej, czyli kotła, elektrofiltru, IOS)

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

1. Podstawowe prawa i pojęcia chemiczne

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY

4. ODAZOTOWANIE SPALIN

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII... DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2011/2012 eliminacje wojewódzkie

b) Podaj liczbę moli chloru cząsteczkowego, która całkowicie przereaguje z jednym molem glinu.

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

Polskie technologie stosowane w instalacjach 1-50 MW

Procesy wytwarzania, oczyszczania i wzbogacania biogazu

KATEDRA INŻYNIERII CHEMICZNEJ I PROCESOWEJ INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH LABORATORIUM INŻYNIERII CHEMICZNEJ, PROCESOWEJ I BIOPROCESOWEJ

KONTROLA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Z INSTALACJI SPALANIA ODPADÓW

Zasady oceniania z chemii w klasie II w roku szkolnym 2015/2016. Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra

Arkusz zadań dla I roku Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Chemia II (semestr II)

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

XV Wojewódzki Konkurs z Chemii

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

Spis treści. Wstęp... 9

VII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2014/2015

Wodorotlenki. n to liczba grup wodorotlenowych w cząsteczce wodorotlenku (równa wartościowości M)

Zapisz równanie zachodzącej reakcji. Wskaż pierwiastki, związki chemiczne, substraty i produkty reakcji.

SZCZEGÓŁOWE KRYTERIA OCENIANIA Z CHEMII DLA KLASY II GIMNAZJUM Nauczyciel Katarzyna Kurczab

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW DOTYCHCZASOWYCH GIMNAZJÓW 2017/2018. Eliminacje szkolne

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

Wymagania edukacyjne niezbędne do uzyskania poszczególnych śródrocznych i rocznych ocen klasyfikacyjnych. CHEMIA klasa II.

STAłA I STOPIEŃ DYSOCJACJI; ph MIX ZADAŃ Czytaj uważnie polecenia. Powodzenia!

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 13 stycznia 2017 r. zawody II stopnia (rejonowe)

Zadanie: 1 (1 pkt) Oblicz stężenie molowe jonów OH w roztworze otrzymanym przez rozpuszczenie 12g NaOH w wodzie i rozcieńczonego do 250cm 3

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje rejonowe

CHLOROWANIE WODY DO PUNKTU PRZEŁAMANIA

6. ph i ELEKTROLITY. 6. ph i elektrolity

Zadanie 2. [2 pkt.] Podaj symbole dwóch kationów i dwóch anionów, dobierając wszystkie jony tak, aby zawierały taką samą liczbę elektronów.

PL B1. Zakłady Budowy Urządzeń Spalających ZBUS COMBUSTION Sp. z o.o.,głowno,pl BUP 04/06

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

2. Podczas spalania 2 objętości pewnego gazu z 4 objętościami H 2 otrzymano 1 objętość N 2 i 4 objętości H 2O. Jaki gaz uległ spalaniu?

Niska emisja sprawa wysokiej wagi

W tej reakcji stopień utleniania żelaza wzrasta od 0 do III. Odwrotnie tlen zmniejszył stopień utlenienia z 0 na II.

Tlen. Występowanie i odmiany alotropowe Otrzymywanie tlenu Właściwości fizyczne i chemiczne Związki tlenu tlenki, nadtlenki i ponadtlenki

Załącznik 1. Propozycja struktury logicznej Programu (cele i wskaźniki)

CHEMIA KLASA II I PÓŁROCZE

Inżynieria procesów przetwórstwa węgla, zima 15/16

Instalacji odmagnezowania blendy flotacyjnej w Dziale Przeróbki Mechanicznej Olkusz Pomorzany ZGH Bolesław S.A.

Wymagania programowe na poszczególne oceny. IV. Kwasy. Ocena bardzo dobra. Ocena dostateczna. Ocena dopuszczająca. Ocena dobra [1] [ ]

************************************************************

DEZYNFEKCJA WODY CHLOROWANIE DO PUNKTU

Redukcja NOx w kotłach OP-650 na blokach nr 1, 2 i 3 zainstalowanych w ENERGA Elektrownie Ostrołęka SA

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

WYMAGANIA EDUKACYJNE

Zadanie 1. [ 3 pkt.] Uzupełnij zdania, wpisując brakującą informację z odpowiednimi jednostkami.

Przykładowe zadania z rozdziałów 1 5 (Mol, Stechiometria wzorów i równań chemicznych, Wydajność reakcji i inne)

Zagadnienia do pracy klasowej: Kinetyka, równowaga, termochemia, chemia roztworów wodnych

Zad: 5 Oblicz stężenie niezdysocjowanego kwasu octowego w wodnym roztworze o stężeniu 0,1 mol/dm 3, jeśli ph tego roztworu wynosi 3.

STĘŻENIE JONÓW WODOROWYCH. DYSOCJACJA JONOWA. REAKTYWNOŚĆ METALI

Wymagania z chemii na poszczególne oceny Klasa 2 gimnazjum. Kwasy.

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

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

KWASY I WODOROTLENKI. 1. Poprawne nazwy kwasów H 2 S, H 2 SO 4, HNO 3, to:

ZESZYTY ENERGETYCZNE TOM II. Problemy współczesnej energetyki 2015, s

WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne

X / \ Y Y Y Z / \ W W ... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

PRZYKŁADY INSTALACJI DO SPALANIA ODPADÓW NIEBEZPIECZNYCH

Zagadnienia z chemii na egzamin wstępny kierunek Technik Farmaceutyczny Szkoła Policealna im. J. Romanowskiej

SKRUBERY. Program Odor Stop

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

Transkrypt:

EFEKTYWNOŚĆ USUWANIA NO X i SO 2 Z GAZÓW Z ZASTOSOWANIEM PODCHLORYNU SODU Włodzimierz KORDYLEWSKI, Maciej JAKUBIAK, Michał HAJDUK Politechnika Wrocławska, Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław e-mail: wlodzimierz.kordylewski@pwr.wroc.pl STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych w skali laboratoryjnej i pilotowej nad usuwaniem NO x i SO 2 z powietrza oraz ze spalin z zastosowaniem podchlorynu sodu. W przypadku NO x podchloryn sodu służył do utleniania NO do NO 2, który był następnie absorbowany w roztworze NaOH, natomiast SO 2 było usuwane tylko w roztworze NaClO. W skali laboratoryjnej, z zastosowaniem płuczek dla roztworów NaClO i NaOH, uzyskano efektywność utleniania NO i usuwania NO x z powietrza odpowiednio 90 i 60%. SO 2 było całkowicie wypłukiwane z gazu w roztworze NaClO. W skali pilotowej z zastosowaniem kolumn natryskowych dla roztworów NaClO i NaOH, efektywność utleniania NO i usuwania NO x ze spalin była odpowiednio 60 i 30 40%. Dwutlenek siarki był całkowicie usuwany ze spalin przez ich zraszanie roztworem podchlorynu sodu. 1. Wstęp Rozporządzenie ministra środowiska z dnia 22.04.2011 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji określa limit emisyjny dla NO x i SO 2 z nowych bloków energetycznych opalanych węglem o mocy > 100 MW t na 200 mg/m 3 od 1 stycznia 2016 r. [1]. Ograniczona do ok. 50% skuteczność powszechnie stosowanych w krajowej energetyce metod pierwotnych deno x, zmusza rodzimych wytwórców energii do zastosowania wtórnych metod ograniczających emisji NO x. Obecnie dostępne są tylko dwie takie metody: SNCR (ang. selective non-catalityc reduction) i SCR (ang. selective catalityc reduction). Pierwsza z nich, w połączeniu z metodami pierwotnymi, pozwala na obniżanie emisji poniżej 200 mgno 2 /m 3 przy relatywnie niewielkich nakładach inwestycyjnych, ale wiąże się z niebezpieczeństwem obecności amoniaku w spalinach [2]. Metoda SCR charakteryzuje się dużą niezawodnością oraz skutecznością deno x (do 90%), ale jej koszty inwestycyjne i eksploatacyjne są wysokie [2]. Dodatkowo, rozmiary instalacji SCR mogą powodować problemy z jej umiejscowieniem w istniejących zakładach energetycznych. Także w wielu wypadkach mogą wystąpić problemy z dopełnieniem emisyjnego standardu w odniesieniu do SO 2 ze względu na niedostateczną skuteczność instalacji mokrego odsiarczania (IOS). Wymienione przyczyny skłaniają do szukania alternatywnego sposobu redukcji emisji NO x, a także poprawy efektywności usuwania SO 2 ze spalin. Obiecująco przedstawiają się metody, w których znajdujący się w spalinach NO jest utleniany do wyższych tlenków azotu odznaczających dobrą rozpuszczalnością, dzięki temu możliwa jest ich absorpcja w mokrym skruberze. Jest to korzystna cecha, ponieważ umożliwia jednoczesne usuwanie NO x, SO 2, a także metalicznej rtęci (po jej uprzednim utlenieniu) w kotłach wyposażonych w instalacje mokrego odsiarczania spalin. Brane są pod uwagę silne utleniacze: ozon, perhydrol, związki manganu, chlor, chloryn i podchloryn sodu. Niniejsza praca poświęcona jest wynikom badań nad usuwaniem NO x i częściowo SO 2 z gazu z zastosowaniem podchlorynu sodu. Celem 151

badań była ocena efektywności utleniania NO i usuwania SO 2 z gazu w roztworze NaClO oraz skuteczności usuwania NO 2 w roztworach alkalicznych. 2. Podchloryn sodu jako utleniacz NO i SO 2 Podchloryn sodu (NaClO) jest związkiem chemicznym powszechnego użytku, o właściwościach odkażających i wybielających. Otrzymuje się go przez elektrolizę roztworu chlorku sodu (NaCl) lub jako produkt uboczny podczas wytwarzania wodorotlenku sodu. Ze względu na ograniczoną trwałość podchlorynu sodu, w handlu jest zwykle dostępny jego roztwór o stężeniu NaClO do 15% (mas.) ze stabilizującym dodatkiem wodorotlenku sodu NaOH [3]. Zdolności utleniające NaClO związane są głównie z obecnością HClO, ClO - i Cl 2 w roztworach wodnych, których stężenie w roztworze jest związane z jego odczynem. Dla ph 6 występuje najwyższe stężenie kwasu chlorowego (I) (HClO), który jest najsilniejszym z wyżej wymienionych utleniaczy [4, 5]. W roztworze wodnym NO jest utleniany do NO 2 przez kwas chlorowy (I) w reakcji (2). Rozpuszczalny w wodzie ditlenek azotu tworzy kwas azotowy (III) i (V). Reakcja (5), w której HNO 2 ulega rozkładowi jest niepożądana, gdyż wiąże się z ponownym wydzieleniem NO. Reakcja (6) jest również niekorzystna, gdyż usunięcie NO 2 z gazu wymaga zastosowania węzła absorpcji. (c) NO NO (1) (g) (c) (c) NO HClO NOHCl (2) 2(c) 2 2(c) (c) 3NO OH 2HNO (3) 2(c) 2 3(c) (c) 2NO OHHNO HNO (4) 2(c) 3(c) 2 3(c)2(c) 3HNO OH 2NO (5) (c) NO NO 2(c) 2(g) (6) Ditlenek siarki w roztworze wodnym podchlorynu sodu także ulega utlenianiu, co prowadzi do powstawania jonów SO 3 2- (8), które następnie są utleniane do jonów SO 4 2- (9) [6]. Jony SO 4 2- przechodzą w wodzie do kwasu siarkowego (VI). Proces utleniania SO 3 2- zachodzi pod wpływem jonów ClO -, które powstają w roztworze wodnym na skutek dysocjacji podchlorynu sodu. Sumaryczną reakcję można, więc zapisać: SOOH HSO 2 2 3H (7) HSOH SO 3 2 3 H (8) 2 - -2 - SO 3 ClOSO 4 Cl (9) SO 2 NaClO 2 OHH 2 SO 4 NaCl (10) W roztworze podchlorynu sodu stabilizowanego wodorotlenkiem sodu dodatkowo będzie zachodzić neutralizacja kwasu siarkowego. 152

3. Wyniki badań laboratoryjnych z wykorzystaniem płuczek szklanych 3.1. Stanowisko badawcze Schemat stanowiska laboratoryjnego przedstawiono na rysunku 1. Gazem nośnym dla NO było powietrza ze sprężarki (120 dm 3 /h). Udział pobieranego z butli (3) tlenku azotu (2,5% NO w N 2 ) był w powietrzu 215 ±5 ppm. Do regulacji strumieni objętości powietrza i gazu z butli (3) użyto elektronicznych regulatorów przepływu (1), (2) (AALBORG GFC17). Rys. 1. Schemat stanowiska: 1, 2 regulatory przepływu, 3 butla ze sprężonym NO, 4 płuczka z roztworem NaClO, 5, 6 płuczki z roztworem NaOH, 7 analizator spalin Strumień powietrza nośnego z NO przepływał kolejno przez płuczki Dreshla (4, 5, 6). Pierwsza z nich (4), zawierająca roztwór podchlorynu sodu, służyła za reaktor utleniający, dwie kolejne (5, 6) służyły do absorpcji NO 2 w 10% roztworze NaOH oraz do ochrony cel elektrochemicznych analizatora spalin (7) przed działaniem chloru. Do pomiaru stężenia NO i NO 2 w powietrzu nośnym za płuczkami użyto analizatora spalin Testo XL350. 3.2. Wpływ ph roztworu i stężenia NaClO na utlenianie i usuwanie NO x z gazu Odczyn roztworu NaClO jest ważnym czynnikiem wpływającym na efektywność utleniania NO, ponieważ produkty dysocjacji zależą od ph [4, 5]. Roztwór NaClO o ph 13 praktycznie nie utleniał NO (< 5% efektywności). Efektywność utleniania NO wyraźnie się poprawiła dopiero, kiedy ph zmniejszono zakwaszając go 5% kwasem solnym. Na rysunku 2 pokazano, że efektywność utleniania NO i usuwania NO x z powietrza nośnego z zastosowaniem 1 M roztworu podchlorynu sodu osiągnęła maksimum dla ph 6. Rys. 2. Wpływ ph roztworu NaClO na efektywność utleniania NO i usuwania NO x 153

Zbadano także wpływ stężenia NaClO w roztworze na efektywności utleniania NO i usuwania NO x dla ph 6 stwierdzając, że dla 5% (mas.) roztworu uzyskuje się już ustalone warunki usuwania NO x (rys. 3). Wyniki te pozwalają stwierdzić, że przepuszczając gaz zawierający NO x przez płuczkę z roztworem NaClO o stężeniu 5% i ph 6 efektywność utleniania NO i usuwania NO x będą wynosiły odpowiednio ok. 90 i 60%. Rys. 3. Wpływ stężenia roztworu NaClO na efektywność utleniania NO i usuwania NO x 3.3. Usuwanie SO 2 z gazu nośnego z zastosowaniem roztworu NaClO Badania wykonano na stanowisku pokazanym na rysunku 1, z tą różnicą, że butlę ze sprężonym NO (3) zastąpiono butlą z SO 2, a absorpcja SO 2 zachodziła w pojedynczej płuczce barbotażowej wypełnionej 100 ml 5% roztworu NaClO. Strumień objętości powietrza (120 dm 3 /h) będący nośnikiem SO 2 był stabilizowany elektronicznym regulatorem przepływu. Udział SO 2 w gazie przed płuczką zmieniano w zakresie 380-1042 ppm. [SO 2 ] gazie mierzono analizatorem spalin Testo S350. Mierzono także ph roztworu NaClO. Na rysunku 4 przedstawiono zmiany w czasie udziału SO 2 w powietrzu nośnym za płuczką dla czterech początkowych udziałów [SO 2 ]. Otrzymane wyniki wskazują na dużą skuteczność usuwania SO 2 z gazu roztworem podchlorynu sodu. W czasie przepływu gazu z udziałem SO 2 przez płuczkę rejestrowano nieznaczny spadek wartości ph roztworu. Rys. 4. Stężenie SO 2 w powietrzu nośnym z płuczką w funkcji czasu 154

4. Badania laboratoryjne z wykorzystaniem kolumny natryskowej Badania przeprowadzono na stanowisku laboratoryjnym (Rys. 5), w którym utlenianie NO x zachodziło w kolumnie natryskowej (14) (L = 4 m, D wew = 60 mm) z dwoma poziomami zraszania gazu (13 i 15). Gazem nośnym było powietrze (10 m 3 /h), do którego dodawano NO z butli (3) dla zapewnienia jego początkowego udziału ok. 200 ppm. Udziały NO i NO 2 w gazie nośnym mierzono analizatorem spalin Testo XL350 (19). Utleniaczem był 5% (mas.) roztwór podchlorynu sodu, którego ph obniżano od początkowej wartości 13,8 do ok. 6 dozując do niego 35% kwas siarkowy ze zbiornika (6). Roztwór NaClO przepływał w układzie zamkniętym absorbera (zbiornik (8) kolumna natryskowa (14) zbiornik (8)) z użyciem pompy (10). Stosunek strumienia roztworu NaClO do strumienia gazu był L/G = 10 dm 3 /m 3. Rys. 5. Schemat stanowiska badawczego z absorberem natryskowym: 1, 5, 12 rotametry, 2, 4, 11 zawory regulacyjne, 3 butla ze sprężoną mieszaniną (N 2 i 2,5% NO), 6 zbiornik z roztworem H 2 SO 4, 7 pompa dozująca kwas, 8 zbiornik z roztworem NaClO, 9 miernik ph z elektrodą, 10 pompa obiegowa utleniacza, 13, 15 rozpylacze, 14 kolumna natryskowa, 16, 17 płuczki z roztworem NaOH, 18 kondycjoner, 19 analizator spalin 4.1. Wpływ ph roztworu NaClO na efektywność utleniania NO i usuwania NO x z gazu Na rysunku 6 pokazano, jak wpływa ph roztworu podchlorynu sodu na efektywność utleniania NO w przepływającym przez kolumnę natryskową gazie i usuwania NO x w płuczkach z 0,1 M roztworem NaOH. Potwierdza się konieczność zakwaszania użytego do utleniania NO roztworu NaClO i obniżenia jego ph do ok. 6. Efektywność utleniania NO i usuwania NO x w tych warunkach była jednak znacznie niższa, niż kiedy oczyszczanie gazu z NO x realizowano tylko w płuczkach (p. 3.2) i wynosiła odpowiednio ok. 25 i 20%. Prawdopodobnym powodem znacznie mniejszej efektywności usuwania NO x w aparacie natryskowym, w porównaniu do skuteczności stwierdzonej z zastosowaniem płuczek była niestabilność NaClO. Podchloryn sodu w kontakcie z metalami ulega rozkładowi z wydzielaniem chloru i traci zdolność utleniania, z tego powodu instalacje wykorzystujące podchloryn do dezynfekcji wykonywane są ze specjalnych materiałów. Dotyczy to także pomp, tymczasem użyta w badaniach pompa obiegowa była typowa, czyli wykonana ze stali. Generalnie, napotkano duże trudności w realizacji badań. Dotyczyło to szczelności instalacji (podchloryn charakteryzuje się intensywnym zapachem), wydobywania się chloru podczas zakwaszania i korozji elementów pompy. Cechą charakterystyczną była nieprzewidywalność działania podchlorynu, jako czynnika utleniającego NO. Bywały serie 155

prób, w których wyniki były lepsze niż pokazano na rysunku 6, ale były one niepowtarzalne. Takie zachowanie tłumaczono niestabilnością podchlorynu sodu. Rys. 6. Efektywność utleniania NO i usuwania NO x w funkcji ph roztworu NaClO w kolumnie natryskowej 5. Wyniki badań w skali pilotowej 5.1. Opis instalacji i metodyka badawcza Instalacja pilotowa składała się z trzech połączonych kolumn natryskowych wykonanych z rur stalowych (D w = 280 mm) wysokości ok. 6 m, do których były pobierane spaliny (160 m 3 /h) zza elektrofiltru kotła OP-430 przez wentylator (22) (rys. 7). Temperatura spalin była regulowana w zakresie 20-90 ºC dzięki chłodnicy (1). Rys. 7. Schemat instalacji pilotowej: 1 chłodnica spalin, 2, 3, 4, 5 rozpylacze utleniacza, 6 kolumna utleniająca, 7, 13 baterie rotametrów, 8 pompa obiegowa utleniacza, 9 zbiornik z roztworem NaClO, 10 zbiornik z roztworem NaOH, 11 pompa obiegowa absorbentu, 12 lej zbiorczy, 14, 15, 16, 17 rozpylacze absorbentu, 18 kolumna absorpcyjna, 19 odkraplacz, 20 filtr tkaninowy, 21 przepustnica kanałowa, 22 wentylator, 23 zwężka pomiarowa, A analizator spalin, T 1 T 2 mierniki temperatury 156

Roztwór podchloryny sodu mógł być wprowadzany do kolumny zraszającej w układzie zamkniętym lub otwartym. W obiegu zamkniętym ((zbiornik (9) pompa obiegowa (8) kolumna utleniająca (6) zbiornik (9)) utlenianie NO w spalinach zachodziło we współprądzie w kolumnie (6), gdzie roztwór podchlorynu sodu był wtryskiwany na 4 poziomach rozpylaczami (2, 3, 4, 5). ph roztworu mierzono laboratoryjnym ph-metrem CP- 505 firmy Elmetron z elektrodą EPS-1 i czujnikiem temperatury CT2B-121. W badaniach z obiegiem otwartym roztwór NaClO był tłoczony membranową pompą dozymetryczną (Grundfos model: DMX 27-10 o Q max = 27 dm 3 /h) do kolumny (6) przez rozpylacz (2). Udziały NO i NO 2 w spalinach mierzono za kolumną (18) analizatorem Testo XL350 (A). 5.2. Efektywność utleniania NO i usuwania NO x ze spalin w obiegu zamkniętym roztworu podchlorynu sodu W serii pomiarów, których wyniki przedstawiono na rysunku 8 nie zraszano spalin w kolumnie absorbującej (18) roztworem NaOH, lecz pobierano je do analizatora spalin przez dwie płuczki z 0,1 M roztworem NaOH. W ten sposób można było ocenić efekt zmiany skali w stosunku do działania kolumny natryskowej opisanej w p. 4.1. Stężenie NO na wlocie było 562 mg/m 3 (dla 6% O 2 ), a stosunek L/G w kolumnie utleniającej (6) był 10 dm 3 /m 3. Rys. 8. Zmiany efektywności utleniania NO i usuwania NO x ze spalin w funkcji czasu (ph roztworu ok. 12) Efektywność utleniania NO sięgała 60%, a usuwania NO x nie przekraczała 40%. Niestety wraz z wydłużaniem się okresu doświadczenia efektywność utleniania NO i usuwania NO x malały, czego przyczyną była degradacja podchlorynu sodu w roztworze. Podczas ciągłej pracy instalacji przez ponad 1 godzinę obserwowano zmniejszanie się ph roztworu NaClO od 12 do ok. 7. W innych próbach użyto roztwór podchlorynu sodu z wstępnie obniżonym ph = 5,5, ale wyniki nie były lepsze od pokazanych na rysunku 8. 5.3. Efektywność utleniania NO i usuwania NO x ze spalin w obiegu otwartym utleniacza Identyfikując niezadowalające wyniki usuwania NO x ze spalin z użyciem podchlorynu sodu w układzie zamkniętym, jako efekt degradującego oddziaływania na niego metalu, wykonano badania w układzie otwartym: 5% (mas.) roztwór podchlorynu sodu był rozpylany przez dyszę umieszczoną na górze pierwszej kolumny (punkt 2 na rys. 7). W ten sposób zminimalizowano destabilizujący wpływ metalu na podchloryn sodu, który był tłoczony ze 157

zbiornika membranową pompą dozymetryczną do dyszy rozpylającej. Pobierane za kolumną (18) spaliny do analizy przepływały do analizatora spalin przez dwie płuczki z 0,1 M roztworem wodorotlenku sodu celem wychwytu NO 2. Na rysunku 9 pokazano zmiany czasowe stężenia NO, NO 2 i NO x oraz stosunku L/G, które zmieniało się w zakresie od 0,04 do 0,17 dm 3 /m 3. Mimo bardzo małych wydatków roztworu NaClO zmiany stężeń NO i NO 2 w spalinach były znaczące. Rys. 9. Zmiany stężeń NO, NO 2, NO x i L/D w funkcji czasu (ph utleniacza 12) Obliczona na tej podstawie efektywność utleniania NO i usuwania NO x była odpowiednio 60 i 32% dla L/G = 0,17 dm 3 /m 3. 5.4. Usuwanie SO 2 ze spalin w obiegu otwartym roztworu podchlorynu sodu Badano także zmiany stężenia SO 2 w spalinach przepływających przez kolumnę (6), do której wtryskiwano współprądowo roztwór NaClO pojedynczą dyszą (2) (rys. 7). Stężenie SO 2 mierzono za kolumną (18), do której nie podawano roztworu NaOH. Tak, jak w przypadku badań laboratoryjnych na płuczkach, także w badaniach pilotowych stwierdzono bardzo wysoką skuteczność usuwania SO 2 ze spalin z zastosowaniem podchlorynu sodu (rys. 10). Nawet dla bardzo małych strumieni roztworu NaClO (L/G < 0,02) stężenie SO 2 mierzone w spalinach za kolumną (18) praktycznie malało do zera. Rys. 10. Zmiany stężenia SO 2 w spalinach zależnie od stosunku L/G 158

6. Bezpieczeństwo pracy z podchlorynem sodu Roztwór NaClO ma ograniczoną trwałość pogarszającą się wraz ze wzrostem temperatury i pod działaniem promieniowania UV. W temperaturze 25 o C intensywnie uwalnia się tlen, w 35 o C uwalnia się chlor, a w 100 C wydziela się tlenek chloru [3]. Gazowy Cl 2 uwalnia się także podczas kontaktu podchlorynu z kwasami oraz jonami metali (np. żelaza). Roztwór NaClO pozostawiony na kilka tygodni w temperaturze pokojowej ulega rozkładowi na chlorek sodu oraz tlen. Podchloryn sodu ma silne właściwości korozyjne, co uniemożliwia stosowanie stali nierdzewnej (na przykład podczas realizacji badań uszkodzeniu uległ wirnik pompy) [4]. Do transportu i magazynowania roztworów podchlorynu sodu stosuje się rurociągi, pompy i armaturę z materiałów nieżelaznych. Magazynowanie podchlorynu jest dopuszczalne tylko w zbiornikach wykonanych ze specjalnych tworzyw sztucznych. Użycie podchlorynu sodu do usuwania NO ze spalin wymaga stosowania środków ostrożności. Optymalne właściwości utleniające NaClO w roztworze występują dla ph 6 [5], natomiast komercyjnie dostępny podchloryn ma ph 13. Powoduje to, że dla zapewnienia skutecznego działania instalacji deno x konieczne jest zakwaszenie roztworu podchlorynu sodu. To z kolei wiąże się z wydzielaniem znacznych ilości chloru, który musi być bezpiecznie odprowadzany lub unieszkodliwiany. Gazowy chlor będzie także uwalniany w wyniku kontaktu podchlorynu ze strumieniem gorących spalin, dlatego przyszła instalacja denox wykorzystująca podchloryn do utleniania NO powinna być zaprojektowana do pracy w warunkach podciśnienia. Należy uzupełnić, że ze względu na utleniający i żrący charakter, podchloryn sodu wpisany jest na listę substancji niebezpiecznych [7]. 7. Podsumowanie Wnioski wynikające ze zrealizowanych badań nad usuwaniem NO x i SO 2 z gazu nośnego (powietrze, spaliny) w instalacjach badawczych różnej skali z użyciem podchlorynu sodu nie są niestety pozytywne. Co prawda, w skali laboratoryjnej uzyskano w sposób powtarzalny efektywność utleniania NO 90%, ale efektywność usuwania NO x była tylko 60%, czego nie można uznać za zadowalające rezultat dla metody wtórnej deno x. Przyczyną niedostatecznej skuteczności usuwania NO x była konwersja NO tylko do NO 2, który nie jest tak efektywnie absorbowany, jak wyższe tlenki azotu, a ponadto prowadzi do powstania niestabilnych azotynów w roztworach alkalicznych. Badania wykonane z użyciem kolumn zraszających w małej i w pilotowej skali dały jeszcze gorsze wyniki, ponieważ efektywność usuwania NO x sięgała 30-40%, a w miarę działania instalacji obserwowano stopniową degradację utleniających zdolności roztworu podchlorynu. Efekt degradacji podchlorynu sodu wiązano ze stalową konstrukcją kolumn i pompy obiegowej. W tych warunkach pozytywny efekt zakwaszania obniżający ph roztworu podchlorynu sodu był słabo widoczny. Podchloryn sodu okazał się natomiast bardzo skutecznym czynnikiem w usuwaniu dwutlenku siarki ze spalin. Można, więc go rozpatrywać, jako czynnik poprawiający skuteczność istniejących IOS. W tym przypadku nietrwałość podchlorynu sodu nie jest całkowicie dyskredytującą wadą, ponieważ komercyjnie dostępny NaClO ma duży udział stabilizującego NaOH, który skutecznie wiąże SO 2. Należy jeszcze zwrócić uwagę na problem bezpieczeństwa eksploatacji instalacji deno x, w której stosowany jest podchlorynu sodu: jest to bowiem związek nietrwały, korozyjny i niebezpieczny. Z ekonomicznego punktu widzenia trudno go także określić, jako 159

perspektywiczny w oczyszczaniu spalin kotłowych, ponieważ jest droższy od amoniaku oraz od typowych sorbentów stosowanych w odsiarczaniu spalin. Wyniki prezentowane w publikacji zostały uzyskane w badaniach współfinansowanych przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Umowy SP/E/1/67484/10 Projekt Strategiczny Zaawansowane technologie pozyskiwania energii: Opracowanie technologii dla wysokosprawnych zero-emisyjnych bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO 2 ze spalin. Literatura 1. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22.04.2011 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji 2. Krotla K., Wala T., Brudziana P.: Porównanie nakładów inwestycyjnych i kosztów eksploatacji urządzeń typu SCR w zależności od stopnia redukcji NO x, IX Conference Research and Development in Power Engineering RDPE, Warszawa, 8-11 grudzień 2009 3. Karta charakterystyki substancji niebezpiecznej: Podchloryn sodu 10%, CHEMPUR S.A., 2010 4. White G.C., White s handbook of chlorination and alternative disinfectants, WILEY, Canada, 2010 5. Luke C., Chung-Hao H., Chen-Lu Y.: Oxidation and absorption of nitric oxide in a packed tower with sodium hypochlorite aqueous solutions, Environ. Prog., 2005, Vol. 24, 279-288 6. Nisiba Y., Ota K., Inaba H.: Desulfurization of gases containing sulfur compounds using alkaline hypochlorite solutions, US Patent 3873672, 1975. 7. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 28 września 2005 r. w sprawie wykazu substancji niebezpiecznych wraz z ich klasyfikacją i oznakowaniem 160