Fiziko-kémiai módszerek a finomkémiai ipar hulladékvizeinek kezelésére Környezettudományi Doktori Iskolák Konferenciája 2012. 08. 31. Tóth András József1 – Dr. Mizsey Péter1, 2
[email protected] 1 Kémiai
és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék 2 Műszaki Kémiai Kutatóintézet 1
BEVEZETÉS - hulladékvíz - ipari melléktermék - probléma: nagy mennyiség és nehéz kezelhetőség - megoldás: Hulladékvíz
kezelési stratégia – elvi koncepciók
Hulladékkezelés hierarchia-diagram
2
KEZELENDŐ HULLADÉKVIZEK
Problémák: - szárazanyag-tartalom
- szennyező komponens -kémiai oxigénigény (KOI) 1
2
3
4
5
-adszorbeálódó szerves halogéntartalom (AOX)
3
TECHNOLÓGIAI HULLADÉKVÍZ KEZELÉSI STRATÉGIA
28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet
4
FELADATOK I. REKTIFIKÁLÁS 1. Laboratóriumi és félüzemi kísérletek Számítógépes szimulációval modellezett folyamat kísérleti vizsgálata.
2. Ipari berendezés tervezése
II. MEMBRÁNMŰVELET Csak az eredmények bemutatása.
III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK A rektifikálás és a szennyvízdíjak összehasonlítása. 5
I. REKTIFIKÁLÁS – 1. kísérletek 1. A célok, vagyis a sikeres laborkísérlet kritériumai 1. F, D, W tömegáram legyen állandó.
2. xD, xW legyen állandó. 3. D: szennyező komponensben dúsuljon. 4. W: határértékekre: sz. komp., AOX, KOI.
2. A mérés menete 1. Analitikai módszerek kiválasztása: GC és Karl-Fischer titrálás. 2. Minimális tányérszám meghatározása. 3. Adott elegyre a fűtőszükséglet (reb. duty) kísérleti meghatározása.
4. Modellezés: ChemCAD szoftver, UNIQUAC rutin. Változtatott paraméterek: F, W, R Célparaméterek: xD, xW, reb. duty
Kidolgozott metodika
5. Laboratóriumi kísérlet: modellezett F, W, R beállítása. 6. Kísérlet és szimuláció összevetése: anyag- és komponens mérlegek. 6
I. REKTIFIKÁLÁS – 1. kísérletek 3. A laboratóriumi berendezés felépítése 4. Félüzemi berendezés felépítése Oszlop töltött magassága
0,70 m + 0,65 m (két részes)
Oszlop átmérője
0,04 m
Töltet típusa
Raschig-gyűrű Oszlop töltött magassága 1,5 m + 1,5 m (két részes)
Töltet átmérője
Oszlop átmérője
Szivattyú Elméleti tányérszám Betáplálás helye
Reflux szabályozó Fűtés
4 mm
0,05 m
Töltet típusa
Sulzer Mellapak 750Y Prominent GALA1005 Szivattyú Prominent GALA1005 9 Elméleti tányérszám 14
Betáplálás helye Reflux szabályozó
Fűtés
5. tányér
Iludest RT-2
7. tányér Iludest RT-2
direkt fűtőgőz (2 bar) elektromos fűtőlap (1 kW)
7
I. REKTIFIKÁLÁS – 1. kísérletek 5. Eredmények
D
Minta R
W
D/F arány
T [0C] 87,3
0,01
AOX Sz. komp. [ppm] [m/m%] F 0,14
1
10
Sz. komp. [m/m%] 65,3
1 AOX5
2
4
75,6
83,2
0,19
ny.
-
3
4
99,8
64,8
0,26
ny.
8 ppm
4
10
11,9
93,5
0,26
0,06
5
10
94,1
76,5
0,07
0,32
[ppm]
7850 2360 2 2 8,5E-03
W
- 25.) 28/2004. (XII. KvVM rendelet: 8,5E-03 HATÁRÉRTÉK
1000 ppm
I. REKTIFIKÁLÁS – 2. tervezés 1. Célok: - folyamatos üzem - 8000 munkaóra/év - D és W, mint a kísérleteknél
2. Gazdaságossági megfontolások: - lehető legkisebb méretek - lehetőleg 1 kolonna dolgozzon fel több elegyet - direkt fűtőgőz alkalmazásával W hígítható - energiaszükséglet csökkentése: üstmaradékot használni F előmelegítésére 9
975 kg/h I. REKTIFIKÁLÁS – 2. tervezés
4.
Desztillátum adatai: Mátl, V, nátl, T, λpára Sulzer-töltetes kolonna tervezése Qk - hőáram Hűtővíz adatai: T, cp
3. Raschig-gyűrűs kolonna tervezése
Átmérő: Norton-féle terhelési diagram – 0,26 m Magasság – 5 m Fp - tölettényező F - üzemi F betáplálás gőzterhelési faktor v dp - töltetméret R - refluxarány HETP - 1 N-nek megfelelő H G - gőzáram 5. Hőszükséglet ρG - gőzsűrűség N – elméleti tányérszám v - gőzsebesség T - hőmérséklet V - páraáram ρL - folyadék sűrűség N = 17 A - oszlopkeresztmetszet
Magasság: Beck-módszer – 5 m Átmérő – 0,2 m
dp=25,4 mm kerámia
N=9
Zk - résztöltet-magasság F - üzemi betáplálás V - páraáram 44 kg/h l - folyadékterhelés Qü - hőáram (Q *1,2) R - refluxarány ρG - gőzsűrűség Sulzer M k750.Y K1…2 - töltettényezők Fűtőgőzvadatai: T, p, λ D/F arány - gőzsebesség nt - hatékonysági szám áram D - desztillátum A - oszlopkeresztmetszet N - elméleti tányérszám 10
REKTIFIKÁLÓ OSZLOP FELÉPÍTÉSE
11
II. MEMBRÁNMŰVELET
CM-CELF Membrantechnik AG P-28
Minta 2 3 4
F 298000 238000 40000
KOI [mgO2/l] W W-NF 22000 16600 11000 9600 3700 1030
W-RO 3800 -
12
III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK 1. Szennyvízdíj [millió Ft/év]
Csatornahasználati díj (szennyvízelvezetési díj + vízterhelési díj + áfa)
F
W
0,33
0,31
1
0,28
0,22
2
0,04
0,03
3
0,01
0,008
4
0,63
0,56
5
0,26
0,27
átlag
www.fcsm.hu 13
III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK 1. Szennyvízdíj [millió Ft/év]
Csatornahasználati díj
+ Csatornabírság
(szennyvízelvezetési díj + vízterhelési díj + áfa)
F
W
0,33
0,31
0,28
csak KOI-bírság F
W
1
1,25
0,59
0,22
2
28,06
1,77
0,04
0,03
3
3,16
0,13
0,01
0,008
4
0,15
0,02
0,63
0,56
5
10,39
2,03
0,26
0,27
átlag
8,60
0,91
www.fcsm.hu
220/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet 14
III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK 1. Szennyvízdíj [millió Ft/év]
Csatornahasználati díj
+ Csatornabírság
(szennyvízelvezetési díj + vízterhelési díj + áfa)
F
W
0,33
0,31
0,28
AOX- és KOI-bírság F
W
1
107616
0,59
0,22
2
28,06
1,77
0,04
0,03
3
3,16
0,13
0,01
0,008
4
0,15
0,02
0,63
0,56
5
61115
2,03
0,26
0,27
átlag
www.fcsm.hu
220/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet 15
III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK 2. A 2-es és 3-as elegyet feldolgozó rektifikáló oszlop költsége Guthrie-korreláció, 10 év amortizáció
16
III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK 3. A vizsgált megoldások költségeinek összegzése Csatornadíj + Bírság
Újrahasznosítás, vagy égetés
F [millió Ft/év] 28,00
2
3,15
3 Rektifikálás + Csatornadíj + Bírság
W [millió Ft/év] 3,90
2
0,45
3
17
ÖSSZEFOGLALÁS Műszaki és gazdasági szempontból hatékony, a célt teljesítő hulladékvízkezelő technológia összehangolása és kivitelezése. - metodika kidolgozása folyamatos üzemű kísérlet elvégzésére - üzemi kolonna számítások összehasonlítása - a kolonna megépítési és üzemeltetési költségeinek összevetése a bírságokkal
A munka lehetséges folytatásai: - membrános kísérletek - üst bepárlásának vizsgálata
Lényeg: Növelni az újrahasznosítási hányadot! 18
Köszönjük a következő pályázatok támogatását: 76139-es számú OTKA TÁMOP-4.2.1-08/1/KMR-2008-0001 TÁMOP 4.2.1/B-09/11/KMR-2010-0002 TÁMOP-4.2.2.B-10/1-2010-0009 TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0025 SH 7/2/14-es számú svájci-magyar közös projekt
Köszönöm a figyelmet !
19
