USUWANIE PAR RTĘCI NA ZŁOŻU KOKSU AKTYWNEGO AKP-5

Podobne dokumenty
ADSORBENTY WĘGLOWE OTRZYMANE ZE ZUŻYTYCH OPON PRZEZNACZONE DO USUWANIA RTĘCI Z GAZÓW SPALINOWYCH

BADANIA KINETYKI REDUKCJI TLENKÓW AZOTU WĘGLOWODORAMI NA KOKSIE AKTYWNYM MODYFIKOWANYM KOBALTEM

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Badania desorpcji termicznej związków rtęci ze zużytych koksów aktywnych stosowanych do końcowego oczyszczania spalin w spalarniach odpadów

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

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

ADSORPCJA BŁĘKITU METYLENOWEGO I JODU NA WYBRANYCH WĘGLACH AKTYWNYCH

Kontrola procesu spalania

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

NISKOTEMPERATUROWA TERMOLIZA SPOSOBEM NA OGRANICZANIE ZAWARTOŚCI RTĘCI W SUBSTANCJACH STAŁYCH

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

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

KONTROLA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ Z INSTALACJI SPALANIA ODPADÓW

1. W źródłach ciepła:

PROCESY ADSORPCYJNE W USUWANIU LOTNYCH ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH Z POWIETRZA

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

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

POLSKA IZBA EKOLOGII. Propozycja wymagań jakościowych dla węgla jako paliwa dla sektora komunalno-bytowego

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

Badania pirolizy odpadów prowadzone w IChPW

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

Oznaczanie SO 2 w powietrzu atmosferycznym

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Stan zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego

Węgiel aktywny - Elbar Katowice - Oddział Carbon. Węgle aktywne ziarniste produkowane są z węgla drzewnego w procesie aktywacji parą wodną.

Porównanie właściwości komercyjnych koksów aktywnych

Monitoring i ocena środowiska

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

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

Badania zawartości substancji gazowych w gazach odprowadzanych z procesu przygotowania tworzyw do produkcji drobnych wyrobów węglowych i grafitowych

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

LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

Polskie technologie stosowane w instalacjach 1-50 MW

WNIOSEK O WYDANIE POZWOLENIA NA WPROWADZANIE GAZÓW LUB PYŁÓW DO POWIETRZA

Polskie Normy opracowane przez Komitet Techniczny nr 277 ds. Gazownictwa

Wyniki pomiarów jakości powietrza prowadzonych metodą pasywną w Kolonowskiem w 2014 roku

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

Efekt ekologiczny modernizacji

Adsorpcyjne oczyszczanie gazów z zanieczyszczeń związkami organicznymi

PRZYKŁADY INSTALACJI DO SPALANIA ODPADÓW NIEBEZPIECZNYCH

FRAGMENT PROGRAMU POLITYCZNEGO CIEPŁO I ENERGIA - cz. II

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

Emisja pyłu z instalacji spalania paliw stałych, małej mocy

pellet Stelmet LAVA - 24 palety - worki po 15kg LAVA Pellet Opis produktu

Jak działamy dla dobrego klimatu?

CIEPŁO (Q) jedna z form przekazu energii między układami termodynamicznymi. Proces przekazu energii za pośrednictwem oddziaływania termicznego

CIEPŁO (Q) jedna z form przekazu energii między układami termodynamicznymi. Proces przekazu energii za pośrednictwem oddziaływania termicznego

Kierunek: Paliwa i Środowisko Poziom studiów: Studia II stopnia Forma studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

Energetyczne wykorzystanie odpadów z biogazowni

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

Zał.3B. Wytyczne w zakresie określenia ilości ograniczenia lub uniknięcia emisji zanieczyszczeń do powietrza

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 753

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

Technologie ochrony atmosfery

OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW PRZEMYSŁOWYCH O DUŻEJ ZAWARTOŚCI OLEJÓW NA ZŁOŻU BIOLOGICZNYM

Wymagania prawno - normatywne dotyczące pomiarów na potrzeby PRTR

Zestawienie wzorów i wskaźników emisji substancji zanieczyszczających wprowadzanych do powietrza.

Metodyka budowy strategii

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

Automatyczne sterowanie gotowaniem cukrzycy z zastosowaniem pomiaru masy kryształów metodą spektrometrii w bliskiej podczerwieni

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

JAKOŚĆ POWIETRZA W WARSZAWIE

Efekt ekologiczny modernizacji

ZAŁĄCZNIKI. Wniosek DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY

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

Polityka energetyczna w UE a problemy klimatyczne Doświadczenia Polski

Wniosek DECYZJA RADY

Niska emisja sprawa wysokiej wagi

OPRACOWANIE TECHNOLOGII ZGAZOWANIA WĘGLA DLA WYSOKOEFEKTYWNEJ PRODUKCJI PALIW I ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Pobieranie próbek gazowych

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

ELOKON Polska Sp. z o.o. Bezpieczeństwo pracy przemysłowych urządzeń do procesów cieplnych

Oznaczanie zawartości rtęci całkowitej w tkankach kormorana czarnego i wybranych gatunków ryb z zastosowaniem techniki CVAAS

PROJEKT INDYWIDUALNY MAGISTERSKI rok akad. 2018/2019. kierunek studiów energetyka

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

Opracował dr inż. Tadeusz Janiak

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

Rodzaj nadawanych uprawnień: obsługa, konserwacja, remont, montaż, kontrolnopomiarowe.

NISKOEMISYJNE PALIWO WĘGLOWE

wykład ćwiczenia laboratorium projekt inne

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

DZIENNIK USTAW RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ

Katalityczne spalanie jako metoda oczyszczania gazów przemysłowych Instrukcja wykonania ćwiczenia nr 18

1. WPROWADZENIE SPOSÓB OBLICZENIA WIELKOŚCI EMISJI TABLICE WIELKOŚCI WYKORZYSTYWANYCH DO OBLICZEO WSKAŹNIKÓW... 4

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

Problemy Inżynierii Rolniczej Nr 4/2005

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1357

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

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

DECYZJA Nr PZ 43.3/2015

Odnawialne źródła energii I stopnień ogólnoakademicki niestacjonarne

Zanieczyszczenie Powietrza ŹRÓDŁA SKUTKI SUBSTANCJE ZANIECZYSCZAJĄCE

Metodyka szacowania niepewności w programie EMISJA z wykorzystaniem świadectw wzorcowania Emiotestu lub innych pyłomierzy automatycznych

RŚ.VI-7660/11-10/08 Rzeszów, D E C Y Z J A

4. ODAZOTOWANIE SPALIN

ENERGETYKA A OCHRONA ŚRODOWISKA. Wpływ wymagań środowiskowych na zakład energetyczny (Wyzwania EC Sp. z o.o. - Studium przypadku)

Zestawienie wzorów i wskaźników emisji substancji zanieczyszczających wprowadzanych do powietrza Grudzień 2016

Katalityczne spalanie jako metoda oczyszczania gazów przemysłowych Instrukcja wykonania ćwiczenia nr 18

Zagadnienia bezpieczeństwa współspalania paliw alternatywnych w cementowniach

Transkrypt:

Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle (2008) KRZYSZTOF JASTRZĄB Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny, ul. B. Krzywoustego 6, 44-100 Gliwice USUWANIE PAR RTĘCI NA ZŁOŻU KOKSU AKTYWNEGO AKP-5 Przedstawiono wyniki badań usuwania par rtęci z gazów odlotowych na nieruchomym złożu koksu aktywnego AKP-5. Określono wpływ czasu, wysokości złoża sorbentu, temperatury i stężenia par rtęci na przebieg procesu. Wykazano, że usuwanie par rtęci zachodzi w zadowalającym stopniu w temperaturach powyżej 100 C przy użyciu złoża koksu aktywnego o niewielkiej wysokości. Uzyskane wyniki potwierdzają możliwość zastosowania badanego materiału węglowego do usuwania par rtęci z gazów spalinowych. SŁOWA KLUCZOWE: emisja metali ciężkich, rtęć, spaliny, koks aktywny WSTĘP Zanieczyszczenie atmosfery rtęcią, uznawane do niedawna za zjawisko lokalne, coraz częściej jest postrzegane jako globalny problem ekologiczny. Szacuje się, że sumaryczna roczna emisja rtęci do atmosfery wynosi 4,4 7,5 Gg [1]. Źródłem emisji rtęci są zarówno procesy naturalne (wybuchy wulkanów, pożary lasów itp.), jak i działalność człowieka - tzw. emisja antropogeniczna. Głównym antropogenicznym źródłem emisji rtęci jest spalanie paliw, w szczególności różnych gatunków węgla. Dotyczy to zarówno wielkich instalacji energetyki zawodowej, jak również małych instalacji ciepłowniczych. W 2000 r. dwie trzecie globalnej antropogenicznej emisji rtęci pochodziło z procesów spalania paliw kopalnych [2]. Wśród pozostałych sektorów mających duży wpływ na antropogeniczną emisję rtęci należy wymienić: przemysł materiałów budowlanych i hutnictwo. Stosunkowo niewielki udział w emisji rtęci mają klasyczne zakłady chemiczne, w tym: otrzymywanie chloru metodą rtęciową, produkcja sody kaustycznej, produkcja rtęci czy wydobywanie złota. Z innych źródeł emisji rtęci do atmosfery należy wymienić: produkcję baterii, świetlówek, przyrządów pomiarowych, przewodów elektrycznych, a także utylizację odpadów [3]. Realizacja zadań nakreślonych w Polityce Zmian Klimatu, poprzez wdrażanie odpowiednich dyrektyw europejskich [4-7], ma na celu ograniczenie ilości zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery. Jednym z zadań jest zmniejszenie ilości energii elektrycznej pochodzącej ze spalania węgla i zastąpienie jej alternatywnymi, odnawialnymi źródłami energii. Spowoduje to oczywiste ograniczenie emisji rtęci do atmosfery z uwagi na zmniejszenie objętości spalin. Ograniczenia emisji rtęci do atmosfery z gazami spalinowymi można również osiągnąć poprzez stoso-

226 K. Jastrząb wanie paliw o obniżonej zawartości rtęci ewentualnie przez usuwanie rtęci z paliwa. Ostatecznym rozwiązaniem jest usuwanie rtęci bezpośrednio z gazów odlotowych. W przypadku paliw stałych brak jest skutecznej metody usuwania rtęci. Dlatego ograniczenie emisji rtęci można osiągnąć jedynie poprzez jej usuwanie z gazów spalinowych. Przegląd najlepszych dostępnych technologii (BAT) w poszczególnych gałęziach przemysłu wykazał, że najlepsze wyniki uzyskuje się, stosując metody adsorpcyjne wykorzystujące węgiel aktywny i materiały węglowe, czasami aktywowane dodatkowo siarką lub innymi dodatkami [8]. 1. CEL PRACY Ograniczenie emisji par rtęci do atmosfery najlepiej oprzeć o już istniejące adsorpcyjne technologie oczyszczania spalin. Jedną z takich technologii jest sucha metoda MET-Mitsui-BF, wykorzystująca specjalnie spreparowane karbonizaty, zwane koksami aktywnymi [9-11]. W prezentowanej pracy przedstawiono wyniki badań usuwania par rtęci z przepływającej fazy gazowej przy użyciu polskiego koksu aktywnego AKP-5. Podstawowym celem pracy była ocena możliwości usuwania par rtęci na nieruchomym złożu koksu aktywnego, a także określenie wpływu parametrów procesu, takich jak temperatura, stężenie par rtęci w fazie gazowej i wysokości złoża na skuteczność usuwania par rtęci z gazów odlotowych. Na podstawie uzyskanych wyników podjęto próbę opisu matematycznego procesu i ustalenia optymalnych warunków oczyszczania gazów odlotowych z par rtęci. 2. BADANY MATERIAŁ WĘGLOWY W badaniach stosowano krajowy, przemysłowy sorbent węglowy AKP-5 produkowany przez zakłady GRYFSKAND w Hajnówce pod handlową nazwą koks aktywny. Jest to formowany karbonizat produkowany z pyłu węgla kamiennego i wodnego lepiszcza skrobiowego. Surowce po wymieszaniu formowane są w granule o średnicy 5 mm. Granulat po wysuszeniu w temperaturze 350 C jest karbonizowany w temperaturze do 900 C, a następnie aktywowany parą wodną w temperaturze 800 C. Materiał ten jest szeroko stosowany do oczyszczania gazów spalinowych m.in. w technologii Bergbau-Forschung. Jest to sucha metoda umożliwiająca bezodpadowe usuwanie zarówno tlenków siarki, jak i azotu. Koks aktywny AKP-5 posiada następujące parametry fizykochemiczne [12]: średnica ziaren - 5,2 mm; gęstość nasypowa - 680 kg/m 3 ; zawartość popiołu - 7,9%; wytrzymałość mechaniczna - 99,9%; ścieralność (0,5 h) - 2,0%; temperatura zapłonu - 425 C; powierzchnia właściwa - 125 m 2 /g.

Usuwanie par rtęci na złożu koksu aktywnego AKP-5 227 3. METODYKA OTRZYMYWANIA GAZÓW O NISKIM, STABILNYM STĘŻENIU PAR RTĘCI ORAZ SPOSÓB ICH ANALIZY Stężenie par rtęci w gazach odlotowych z procesów energetycznego spalania węgla jest bardzo niskie i wynosi ok. 50 ng Hg/dm 3. Do badań adsorpcji rtęci niezbędne jest zatem otrzymanie modelowej mieszaniny gazowej o niskim i stabilnym w czasie stężeniu par rtęci rzędu ng Hg/dm 3. Okazało się to trudnym zagadnieniem laboratoryjnym. Po wielu próbach opracowano metodykę otrzymywania mieszaniny gazowej zawierającej niskie stężenia par rtęci metalicznej. Gaz modelowy otrzymywano poprzez wysycanie powietrza przepływającego nad nieruchomym lustrem ciekłej rtęci umieszczonej w naczyńku. Proces prowadzono w temperaturze pokojowej. Powierzchnia parowania rtęci wynosiła 10 cm 3. Nad lustrem rtęci przepływało suche powietrze o natężeniu przepływu zmienianym w zakresie 5 500 cm 3 /min. Końcowe założone stężenie par rtęci w gazie modelowym uzyskiwano poprzez rozcieńczanie otrzymanej mieszaniny strumieniem czystego powietrza. Natężenie przepływu poszczególnych strumieni gazów ustalano za pomocą masowych regulatorów przepływu ERG 5000 firmy Beta ERG. Opisywana aparatura umożliwiała uzyskiwanie gazów modelowych o stabilnym stężeniu par rtęci metalicznej z przedziału 10 1000 ng Hg/dm 3. Ponieważ stężenia par rtęci stosowane w wykonanych badaniach są niezmiernie niskie, dlatego urządzenia do jej analizy muszą być bardzo czułe. W praktyce zastosowano metodę gold-trap, polegającą na wychwytywaniu i zatężaniu par rtęci na warstwie złota. Przystosowane są do tego specjalne próbniki zwane amalgamatorami lub gold-trapami. W pracy stosowano amalgamatory firmy Nippon Instruments Corporation. Mają one postać rurek kwarcowych o długości 160 mm i średnicy 6 mm ze złożem substancji adsorbującej pary rtęci o wysokości 10 mm. Adsorbentem par rtęci są drobiny diatomitu pokryte cienką warstwą złota. Przez amalgamator przepuszczano z natężeniem przepływu 0,5 dm 3 /min określoną objętość analizowanego gazu. Gaz zasysano do gold-trapów za pomocą biurety gazowej, do oznaczenia stężenia par rtęci wystarczało pobieranie próbki gazu o objętości 0,5 dm 3. Pary rtęci obecne w analizowanej próbce fazy gazowej są wychwytywane na warstewce złota z równoczesnym utworzeniem amalgamatu. Pojemność sorpcyjna gold-trapu wynosi 1000 ng Hg. Amalgamatory po pobraniu próbki rtęci mogą być przechowywane przez dowolny czas, co umożliwia ich analizę w dowolnym momencie. Omawiane gold-trapy przeznaczone są do współpracy z analizatorem MA-2 firmy Nippon Instruments Corporation. Zakres pomiarowy analizatora wynosi 0 1000 ng Hg, zaś granica detekcji 0,02 ng Hg. Oznaczanie rtęci dokonywane jest metodą absorpcji atomowej techniką zimnych par przy długości fali 253,7 nm. Oznaczanie rtęci wychwyconej w amalgamatorach polega na ich ogrzaniu do temperatury 850 C. W tych warunkach amalgamat ulega rozkładowi, a ilość masy rtęci uwolnionej z warstewki złota oznaczana jest spektrofotometrycznie w komorze absorpcyjnej przyrządu. Po podzieleniu uzyskanej wartości przez objętość gazu za-

228 K. Jastrząb ssanego do amalgamatora (0,5 dm 3 ) w trakcie zatężania rtęci oblicza się stężenia par rtęci w analizowanej fazie gazowej. 4. APARATURA I METODYKA BADAŃ ADSORPCJI PAR RTĘCI NA KOKSIE AKTYWNYM Powietrze wysycane parami rtęci, otrzymane według metody opisanej powyżej, kierowano do dwustopniowego reaktora badawczego. Pierwsza część reaktora, wypełniona pierścieniami Raschiga, pełniła rolę mieszalnika - podgrzewacza, w drugiej części umieszczano próbkę koksu aktywnego o masie m c. Długość reaktora wynosiła 300 mm, a średnica 36 mm. Założoną temperaturę uzyskiwano za pomocą płaszcza grzewczego i termostatu z poliglikolem etylenowym. Układ umożliwiał badania adsorpcji par rtęci w zakresie temperatur 20 160 C. Czas wszystkich pomiarów był taki sam i wynosił 3 godziny. Każdorazowo stosowano stały przepływ mieszaniny gazowej wynoszący F 0v = 300 dm 3 /h, co zapewniało te same warunki dynamiczne procesu we wszystkich pomiarach. Stężenie par rtęci w fazie gazowej zmieniano w poszczególnych pomiarach w zakresie 10 1000 ng Hg/dm 3. Pomiar rozpoczynano od ustabilizowania natężenia przepływu gazu (F 0v ) i stężenia początkowego par rtęci (C 0Hg ) w gazie. Następnie powietrze z parami rtęci kierowano do reaktora. Na wylocie z reaktora pobierano okresowo próbki gazu, oznaczając w nich stężenie par rtęci. Wyznaczone w ten sposób krzywe przebicia złoża C Hg (t) pozwalają na określenie stopnia usunięcia rtęci z fazy gazowej, zwanego dalej w skrócie stopniem adsorpcji t CHg 1 (1) C Wyznaczenie pełnych krzywych przebicia od momentu przebicia złoża do całkowitego jego wysycenia wymaga bardzo długich pomiarów. W badaniach rozpoznawczych stwierdzono, że całkowite wysycenia złoża koksu aktywnego przez zaadsorbowaną rtęć osiąga się dopiero po upływie ponad 50 godzin. Stosowanie tak długich czasów pomiaru jest bardzo trudne do realizacji w warunkach laboratoryjnych. Ze względów praktycznych ograniczono zatem czas pojedynczego pomiaru adsorpcji do trzech godzin. Należy jednak podkreślić, że wyznaczenie częściowych krzywych przebicia C Hg (t) pozwala na określenie skuteczności adsorpcji w okresie 3 godzin oraz porównanie przebiegu adsorpcji przy różnych parametrach procesowych. Na podstawie krzywych przebicia C Hg (t) i bilansu masowego fazy gazowej obliczano średnie stężenie rtęci w fazie stałej G wyrażone w ng Hg/kg koksu aktywnego. Wielkość ta nazywana też dynamiczną pojemnością adsorpcyjną koksu aktywnego względem par rtęci stosowano do opisu fazy stałej. Obliczano ją z zależności 0Hg

Usuwanie par rtęci na złożu koksu aktywnego AKP-5 229 t F0 v G C 0 Hg C Hg t dt (2) m c 0 Wielkości (t) oraz G(t) mogą posłużyć do porównywania właściwości sorpcyjnych par rtęci różnych typów materiałów węglowych. 5. WPŁYW TEMPERATURY NA PRZEBIEG PROCESU USUWANIA PAR RTĘCI Pierwszy etap badań obejmował pomiary adsorpcji par rtęci w temperaturach z zakresu 20 160ºC. Wykonano dwie serie badań, stosując złoże koksu aktywnego o wysokości 5 i 10 cm. Wszystkie pomiary w tym bloku badań wykonano przy stałym stężeniu początkowym par rtęci C 0 = 200 ng/dm 3. Wykonano łącznie 16 pomiarów, wyznaczając każdorazowo krzywe przebicia złoża C Hg (t) oraz zmianę średniego stężenia rtęci w złożu koksu aktywnego w czasie G(t). Wielkości te posłużyły do określenia wpływu temperatury ma przebieg procesu. Analiza przebiegu zależności (t) i G(t) uzyskanych w różnych temperaturach wykazała, że poszczególne krzywe mają zbliżony przebieg, wzajemnie nakładając się bez wyraźnego wpływu temperatury. Ogólnie można stwierdzić, że temperatura nie ma wyraźnego wpływu na przebieg procesu adsorpcji par rtęci na złożu koksu aktywnego. Obserwuje się to przy obu przebadanych wysokościach złoża koksu aktywnego. Uzyskane wyniki pomiarów opisano za pomocą funkcji regresji wielu zmiennych. Do obliczeń wykorzystano program STATISTICA 6.0 firmy Stat Soft, Inc. [13]. Stosowano opcję ogólnych modeli liniowych (GLM). Wyjściowy model trójparametrowej zależności ma postać z = A 0,0 + A 1,0 x + A 0,1 y + A 2,0 x 2 + A 0,2 y 2 + A 1,1 x y (3) gdzie: z - zmienna zależna; x, y - zmienne zależne; A ij - współczynniki równania regresji; i, j - rzędy współczynnika regresji w stosunku do x i y. W ogólnym przypadku model wyjściowy posiada 6 współczynników regresji, obejmujących efekty oddziaływania pomiędzy zmiennymi niezależnymi a zmienną zależną do wielomianu drugiego stopnia włącznie oraz współczynnik krzyżowy. Współczynniki te można wyznaczyć metodą najmniejszych kwadratów. W celu uzyskania możliwie najprostszego modelu eliminowano współczynniki najmniej istotne, przy równoczesnej analizie wartości współczynnika korelacji R i istotności korelacji F. Obliczenia wykonano dla dwóch zmiennych zależnych. W pierwszym układzie zmienną zależną (z) był bezwymiarowy stopień adsorpcji par rtęci α, natomiast w drugim - średnie stężenie rtęci w fazie stałej G. Zmiennymi niezależnymi w obu przypadkach były: czas t i temperatura T. Przykładowe funkcje uzyskane przy wysokości złoża L = 5 cm i stężeniu C 0Hg = 200 ng/dm 3 są następujące (rys. rys. 1 i 2):

230 K. Jastrząb α = 0,896 0,0039 t + 1,27 10 5 t 2 3,31 10 7 T 2 1,22 10 6 t T (R = 0,89, F = 1777) (4) G = 9,52 t + 0,526 T 0,00366 T 2 (R = 0,991, F = 2904) (5) Rys. 1. Zależność stopnia adsorpcji par rtęci od czasu i temperatury. L = 10 cm, C 0Hg = = 200 ng/dm 3 0,9 0,8 0,7 0,6 Rys. 2. Zależność średniego stężenia rtęci w złożu koksu aktywnego (dynamicznej pojemności adsorpcyjnej) od czasu i temperatury. L = 10 cm, C 0Hg = 200 ng/dm 3 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 Otrzymane funkcje regresji bardzo dobrze opisują dane pomiarowe i w pełni nadają się do celów projektowych. Świadczą o tym wysokie wartości F i zbliżone do jedności wartości R. Należy jednak podkreślić, że z uwagi na brak sensu fizycz-

Usuwanie par rtęci na złożu koksu aktywnego AKP-5 231 nego otrzymanych zależności ich stosowanie poza przebadanym zakresem parametrów może przynieść znaczące błędy w szacowaniu wartości i G. Analiza przebiegu otrzymanych zależności potwierdza niewielki wpływ temperatury na przebieg procesu. Powyższy wniosek jest bardzo ważny z technologicznego punktu widzenia, gdyż w warunkach przemysłowych proces oczyszczania gazów spalinowych prowadzony jest w temperaturze 120 C. Usuwanie par rtęci na koksie AKP-5 nie wymaga zatem specjalnych warunków temperaturowych. Z tego powodu badania wykonane w dalszej części pracy były prowadzone w temperaturze 120 C. 6. WPŁYWU WYSOKOŚCI ZŁOŻA I STĘŻENIA POCZĄTKOWEGO PAR RTĘCI W GAZACH NA PRZEBIEG PROCESU Przebadano proces adsorpcji par rtęci w złożu koksu aktywnego przy sześciu stężeniach par rtęci z przedziału 50 1000 ng/dm 3. Wykonano 4 serie badań, stosując wysokości złoża 5, 10, 15 i 20 cm. Wszystkie pomiary wykonano w stałej temperaturze T = 120 C. Czas trwania pomiaru był taki sam i wynosił 180 min. Wykonano łącznie 22 pomiary, wyznaczając każdorazowo krzywą przebicia złoża C Hg (t), którą przeliczano na zależności α(t) oraz G(t). Na podstawie uzyskanych wyników można określić wpływ czasu, wysokości złoża i stężenia początkowego par rtęci procesu usuwania par rtęci z gazów odlotowych na nieruchomym złożu koksu aktywnego AKP-5. Stopień adsorpcji par rtęci maleje wraz ze zmniejszeniem wysokości złoża i wzrostem stężenia początkowego par rtęci. Przy małych wysokościach złoża L = 5 cm i wysokich stężeniach początkowych C 0 > 500 ng/dm 3 obserwuje się stopniowe wysycenie złoża, które traci zdolność adsorpcji par rtęci. Najniższa zmierzona wartość stopnia adsorpcji wynosiła 0,35. Uzyskano ją, stosując złoże o wysokości 5 cm, przy stężeniu 500 ng/dm 3 po upływie 180 min. Średnie stężenie rtęci w złożu koksu aktywnego AKP-5 maleje wraz ze wzrostem wysokości złoża sorbentu. Zmniejszenie stężenia par rtęci również powoduje słabsze wysycenie złoża przy tym samym czasie adsorpcji. Przykładowo: przy stałym stężeniu 100 ng Hg/dm 3 i wysokości złoża 15 cm stężenie rtęci w złożu koksu wynosi 717 ng Hg/g, zaś przy wysokości złoża 20 cm G = 497 ng Hg/g. Największe stężenie rtęci w koksie aktywnym uzyskano po upływie 180 min przy stężeniu par rtęci w gazach 1000 ng/dm 3 i wysokości złoża 5 cm. Wynosiło ono 5 mg Hg/kg koksu aktywnego. Podobnie jak uprzednio, stosując opcję ogólnych modeli liniowych (GLM) programu STATISTICA, opracowano ogólne modele regresji, eliminując współczynniki nieistotne w celu otrzymania możliwie najprostszego modelu. Przykładowe funkcje: α = 0,969 2,57 10 6 t 2 8,39 10 8 C 0Hg 2 3,15 10 6 t C 0Hg (R = 0,878, F = 17419) (6)

232 K. Jastrząb G = 30,5 + 3,75 t 0,0069 t 2 + 9,29 10 5 C 0Hg 2 + 0,0226 t C 0Hg (R = 0,977, F = 7419) (7) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Rys. 3. Zależność stopnia adsorpcji par rtęci od czasu i początkowego stężenia par rtęci α(t, C 0Hg ) dla czasu adsorpcji t = 180 min i temperatury T = 120 C 5000 4000 3000 2000 1000 Rys. 4. Zależność średniego stężenia rtęci w złożu koksu aktywnego (dynamicznej pojemności adsorpcyjnej) od czasu i początkowego stężenia par rtęci G(t, C 0Hg ) dla czasu adsorpcji t = 180 min i temperatury T = 120 C

Usuwanie par rtęci na złożu koksu aktywnego AKP-5 233 uzyskane dla wysokości złoża L = 20 cm przedstawiono na rysunkach 3 i 4. Modele te mogą posłużyć do opisu przebiegu usuwania par rtęci na złożu koksu aktywnego AKP-5 przy różnych parametrach procesu. PODSUMOWANIE Wykonane badania potwierdziły możliwość skutecznego usuwania par rtęci na koksie aktywnym AKP-5 w warunkach dynamicznych. Temperatura nie ma wpływu na przebieg adsorpcji w zakresie 20 160 C. Zastosowanie złoża o wysokości 20 cm zapewnia całkowite usunięcie par rtęci z gazów przez okres 3 godzin nawet przy stężeniu par rtęci w gazach na poziomie 200 ng/dm 3. Należy sądzić, że zwiększenie wysokości złoża koksu aktywnego znacząco wydłuży czas ochronnego działania złoża. Koks aktywny posiada pojemność adsorpcyjną par rtęci znacznie przekraczającą 5 mg/kg. Opracowane równania regresji bardzo dobrze opisują dane pomiarowe w przebadanym zakresie parametrów pomimo niewielkiej liczby współczynników. LITERATURA [1] Pacyna J., Pacyna E., Mercury Strategy Development in the EU and UN; Current global emissions and their scenarios, MEC3 Third International Expert's Workshop, Katowice, 5-7 czerwca 2006. [2] Dutchak S., Assessment of long-range transport of Hg, PCBs and γ-hch to the Russian North, part 3: Model approaches and Assessment Programme, AMAP 2002. [3] Bureau of Waste Prevention Division of Planning and Evaluation: Evaluation of the technological and economic feasibility of controlling and eliminating mercury emission from the combustion of solid fuel, Pursuant to 310 CMR 7.29, Emissions Standards for Power Plants, grudzień 2002. [4] Komisja Europejska: Strategia Wspólnoty w zakresie rtęci, Komunikat Komisji dla Rady i Parlamentu Europejskiego; Bruksela 28.01.2005. [5] Dyrektywa Rady 96/61/EC (IPPC) Parlamentu Europejskiego i Rady z 24 września 1996 r. w sprawie zintegrowanego zapobiegania i ograniczania zanieczyszczeń. [6] Dyrektywa nr 2001/80/WE (LPC) Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2001 r. w sprawie ograniczenia emisji niektórych zanieczyszczeń do powietrza z dużych źródeł spalania paliw. [7] Dyrektywa Nr 2001/81/WE (NEC) Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2001 r. w sprawie krajowych pułapów emisji dla niektórych zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego. [8] Europejska Komisja Ochrony Środowiska, Draft Reference Document on Best Available Techniques for Large Combustion Plants, Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC), Draft, grudzień 2004. [9] Knoblauch K., Richter E., Juntgen H., Fuel 1981, 60(9), 832. [10] Olson D., Tsui K., Shiraishi I., Fuel Processing Technology 2000, 65-66, 393. [11] Jastrząb K., Szarawara J., Polish J. Appl. Chem. 1996, 40(3), 187. [12] Jastrząb K., Zin M., Inżynieria i Ochrona Środowiska 2000, 3(3-4), 377. [13] Instrukcja programu STATISTICA 6.0 firmy Stat Soft, Inc. 1984-2001.

234 K. Jastrząb REMOVAL OF MERCURY VAPOUR ON A ACTIVE COKE AKP-5 The results of the investigation of mercury vapour removal from the exhaust gases on the stationary bed of the AKP-5 active coke have been presented in the paper. The effect of time, adsorbent bed height, temperature and mercury vapour concentration on the process run were determined. There was proved that mercury vapour removal took place, in sufficient degree, in temperatures above 100 C with use of slight height active coke bed. The obtained results corroborated the possibility of use the investigated carbon material to mercury vapour removal from combustion gases. KEYWORDS: heavy metals emission, mercury, combustion gases, active coke