LEVEGŐTISZTASÁG-VÉDELMI ELJÁRÁSOK II. Segédlet az előadások anyagához

EÖTVÖS JÓZSEF FŐISKOLA MŰSZAKI FAKULTÁS

Vincze Lászlóné dr.

LEVEGŐTISZTASÁG-VÉDELMI ELJÁRÁSOK II. Segédlet az előadások anyagához KÉZIRAT

BAJA 2004.

TARTALOMJEGYZÉK 1.

AZ NOX KIBOCSÁTÁS CSÖKKENTÉSE ............................................................................................... 3 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5.

2.

FOKOZATOS TÜZELÉS ELVE ................................................................................................................... 3 FÜSTGÁZ RECIRKULÁCIÓ ...................................................................................................................... 6 . VÍZ-ADAGOLÁS AZ ÉGÉSI FOLYAMATBA ............................................................................................. 7 KATALÍTIKUS ÉGETÉS ........................................................................................................................... 8 KOMBINÁLT ELJÁRÁSOK ....................................................................................................................... 8

FÜSTGÁZOK NOX TARTALMÁNAK CSÖKKENTÉSE ..................................................................... 8 2.1. NEDVES ELJÁRÁSOK (ABSZORPCIÓ) ...................................................................................................... 8 2.1.1. Nátrium-hidroxidos elnyeletés ........................................................................................................ 8 2.1.2. Hidrogénperoxid és natrium hipoklorit ........................................................................................... 9 2.1.3. Egyéb abszorbensek ........................................................................................................................ 9 2.2. ADSZORPCIÓS MÓDSZEREK ................................................................................................................... 9 2.2.1. Regenerálható adszorpciós eljárás ................................................................................................. 9 2.3. REDUKCIÓS ELJÁRÁS .......................................................................................................................... 10 2.3.1. Redukciós eljárás katalizátor nélkül (SNR, SNCR) ....................................................................... 10 2.3.2. Szelektív katalítikus redukció (SCR) .............................................................................................. 11 2.4. KOMBINÁLT ELJÁRÁSOK ..................................................................................................................... 13

3.

SO2 ELTÁVOLÍTÁS ................................................................................................................................. 16 3.1. ABSZORPCIÓS ELJÁRÁSOK.................................................................................................................. 16 3.1.1. Abszorpció H2O2-al, ún. DEGUSSA eljárás .................................................................................. 17 3.1.2. Meszes eljárás ............................................................................................................................... 17 3.1.3. Nedves eljárás mészkővel .............................................................................................................. 19 3.1.4. Nátriumhidroxidos abszorpció ...................................................................................................... 19 3.1.5. Wellman-Lord eljárás, Na2SO3 és NaHSO3 –al ............................................................................ 19 3.1.6. Füstgáz kéntelenítés KmnO4- tartalmú mosófolyadékkal .............................................................. 20 3.1.7. Füstgázmosás ammóniával............................................................................................................ 21 3.1.8. Füstgázmosás híg kénsavval ......................................................................................................... 21 3.2. ADSZORPCIÓS ELJÁRÁSOK .................................................................................................................. 21 3.2.1. Nyugvóágyas adszorpció ............................................................................................................... 22 3.2.2. Vándorlóágyas eljárás .................................................................................................................. 23 3.2.3. Porlasztásos leválasztó ................................................................................................................. 24 3.2.4. Katalítikus kéndioxid-eltávolítás ................................................................................................... 25

4.

KOMBINÁLT ELJÁRÁSOK SO2 ÉS NOX ELTÁVOLÍTÁSÁRA ...................................................... 25 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6.

5.

SOX ÉS NOX EGYÜTTES ELTÁVOLÍTÁSA, KATALIZÁTOROS ELJÁRÁSSAL .............................................. 25 SHELL-ELJÁRÁS (RÉZOXIDOS) ............................................................................................................. 27 SCR ÉS MÉSZKŐSZUSZPENZIÓS ELJÁRÁS KOMBINÁCIÓJA ................................................................... 28 DEGUSSA ELJÁRÁS .............................................................................................................................. 29 FÉLSZÁRAZ FÜSTGÁZTISZTÍTÁS .......................................................................................................... 29 BIOLÓGIA KÉNTELENÍTÉS ................................................................................................................... 30

ILLÉKONY SZERVES VEGYÜLETEK ELTÁVOLÍTÁSA (VOC) .................................................. 32 5.1. ABSZORPCIÓ ....................................................................................................................................... 32 5.2. ADSZORPCIÓ ....................................................................................................................................... 32 5.3. KONDENZÁCIÓ .................................................................................................................................... 34 5.4. MEMBRÁN ELJÁRÁSOK ....................................................................................................................... 34 5.5. ELÉGETÉSES MÓDSZER........................................................................................................................ 35 5.5.1. Termikus égetés ............................................................................................................................. 35 5.5.2. Katalítikus égetés .......................................................................................................................... 35 5.6. BIOLÓGIAI ELTÁVOLÍTÁS,BIOLÓGIAI LEBONTÁS ................................................................................. 36 5.6.1. Biomosók ....................................................................................................................................... 36 5.6.2. Bioszűrők ....................................................................................................................................... 36 5.6.3. Bioreaktor ..................................................................................................................................... 37

IRODALOM ........................................................................................................................................................ 38

Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás

2

Vincze Lászlóné dr.: A levegőtisztaságvédelem eljárásai II.

1. Az NOx kibocsátás csökkentése Az eljárások csoportosítása: a./ NOxképződés csökkentése a tűztérben fokozatos tüzelés elve füstgáz recirkuláció víz adagolás az égési folyamatba katalítikus égetés kombinált módszerek b./ füstgázkezelési eljárások

1.1. Fokozatos tüzelés elve

1. ábra: A fokozatos tüzelés alternatívái

A megvalósítás alternatívái: o o o

Az égési levegő több fokozatban történő bevezetése(…ábra), ezen belül egyes megoldások esetén füstgáz recirkulációval kombinálva, pl. SSC égő. (2. ábra) A tüzelőanyag több fokozatban történő elégetése (1. ábra) A tüzelőanyag és az égési levegő több fokozatban történő bevezetése (1. ábra)


3


2. ábra: Az SSC ég vázlata

3. ábra: Az NOx képződés jelleggörbéje SSC égőnél


4


h [m ] tű ztérh ő m érsék let g ö rb ék

k azán tű ztér

te rc ierle v e g ő red u k áló g áz ég ő sze k u n d erlev eg ő alap é g ő k p rim e rlev e g ő

1

O 2/tü a . t tű ztér [°C ]

jelö lése k : 1 fo k o zatú ég etés: 2 fo k o zatú ég etés:

2 fo k o zatú ég etés re d u k áló g á zég ő v el:

.

.4. ábra: A hőmérséklet-lefutás és oxigénkoncentráció változása a kazánban többfokozatú égetés esetén

5. ábra A primer égési tér levegőtényezőjének hatása az NO x képződésre


5


1.2. Füstgáz recirkuláció Külső és belső füstgázvisszavezetés (recirkuláció teljes vagy részleges) hatása kedvező az NOx képződés szempontjából. Belső visszavezetéskor a füstgáz egy részét az égőn keresztül juttatják vissza a tűztérbe, így az égési levegő inert gázokkal hígul, O2 parciális nyomása csökken. (2.ábra) 60-80% NOx csökkenés érhető el. Külső visszavezetés esetén az égők feletti tűztérbe áramoltatják vissza a füstgáz egy részét (6.ábra), 5-10% NOx csökkenés érhető el.

6. ábra: A füstgázrecirkuláció hatása az NOx képződésre

Különböző megoldások által elérhető NOx emisszió csökkenések %-ban a következő táblázatban található.

NOx szegény égő füstgáz recirkuláció égési levegő hőmérsékletének csökkentése kétfokozatú égetés redukáló gázégő együtt

Sarokégős szénportüzelés 10...30% 5...15% 10...40% 10...30% — 35...60%

pakura/gudron tüzelés 10...30% 10...35% 10...30%

földgáztüzelés

10...30% 30...50% 40...70%

10...30% 30...50% 50...80%


20...40% 20...70% 10...60%

6


1.3. Víz adagolás az égési folyamatba Minimális NOx képződés érhető el a víz vagy vízgőz égési zónába történő porlasztásával. A hatást befolyásoló tényezők: a vízadagolás módja, helye, a keveredés mértéke. 50-70% NOx képződés csökkenés érhető el. Elve: az égési folyamat során a keletkező atomos oxigén vízgőz jelenlétében elsősorban a C-vel, ill. a CO-val reagál, nem pedig a levegő nitrogénjével. Párhuzamosan lejátszódik a mégis képződő NO katalítikus redukciója: 2NO + 2 H2 = N2 + 2 H2O; ahol a katalizátor szerepét a magas hőmérsékleten a tűzálló burkolat fémoxidjai látják el. (8. ábra)

7. ábra: A vízporlasztás módja kísérleti kemencénél

8. ábra A gőzadagolás hatására bekövetkező NOx csökkenés mértéke


7


1.4. Katalítikus égetés Elve: katalizátor hatására kisebb hőmérsékleten (1000 oC alatt) zajlik az égési folyamat, emiatt kevesebb az NOx képződés. Gondot jelent a katalizátorok rövid élettartama. Katalizátor lehet: Pt, króm-oxid, cink alapú…stb.

1.5.

Kombinált eljárások

Leggyakoribb a többfokozatú tüzelés és a füstgázrecirkuláció kombinációja (9.ábra)

9. ábra A kombinált tüzelés blokksémája

2. Füstgázok NOx tartalmának csökkentése Alapvetően két csoport: Nedves eljárások Száraz eljárások

2.1.

Nedves eljárások (abszorpció)

Nem nagyon terjedt el, de más szennyezőkkel együtt van jelentősége (por, SO2) Fő probléma az abszorbens folyadékok regenerálása.

2.1.1. Nátrium-hidroxidos elnyeletés NO + NO2 + NaOH 2 NO2 + 2 NaOH

2 NaNO2 + H2O

NaNO2 + NaNO3 + H2O


8


2.1.2. Hidrogénperoxid és nátriumhipoklorit alkalmazása 2 NO + 3 H2O2

2HNO3 + 2 H2O

2 NO + 3 NaOCl + H2O 3 NO2 + H2O

2HNO3 + 3 NaCl 2HNO3 + NO

2.1.3. Egyéb abszorbensek Mésztej Ferroszulfát

2.2.

Adszorpciós módszerek

Adszorbens: SnO2, aktív szén, szilikagél, szintetikus anyagok, … Kerámia hordozóra felvitt vegyületek: FeSO4, NaOH, KmnO4…

2.2.1. Regenerálható adszorpciós eljárás

10. ábra: Regenerálható adszorpciós NOx leválasztó


9


2.3.

Redukciós eljárás

2.3.1. Redukciós eljárás katalizátor nélkül (SNR, SNCR)

11. ábra: A hőmérséklet hatása a redukciós folyamatra

Nem-szelektív katalitikus redukció (NSCR) metán alkalmazása esetén CH 4

4 NO2

CH 4

2O2

CH 4

4 NO

4 NO CO2 2N2

CO2

2 H 2O

2 H 2O CO2

2 H 2O

Oxigénmentes esetben alkalmazható H2 vagy CO is. A hőmérséklet 850-1000 o C. Ammónia alkalmazásával szelektív NO NH

NH 5 3

4

1 3

O2

2

O2 NO

N2 3 2

3 2

H 2O

H 2O

Amennyiben a tisztítandó füstgáz oxigént tartalmaz csak az ammónia alkalmazható redukálószerként.


10


2.3.2. Szelektív katalítikus redukció (SCR) Alacsonyabb hőmérsékleten megy végbe, az SCR-hez hasonló adalékanyagokkal. (150-450 oC 6 NO

4 NH

6 NO 2

8 NH

4 NO

4 NH

2 NO 2

5N 2

3

7N2

3

O2

3

4 NH

3

6 H 2O

O2

12 H 2 O 4N2

6 H 2O

3N 2

f› ‡ talakul‡ si mechanizmu

s

f› ‡ talakul‡ si mechanizmu

s

6 H 2O

Katalizátor mérgek 320oC alatt képződnek. 1

SO 2

2

2 NH NH

3

3

O2

SO 3

SO 3

H 2O

SO 3

H 2O

NH

4

2

SO 4

NH 4 HSO

4

amm — nium szulf‡ t amm — nium hidrogŽnsz

ulf‡ t

alkáli és alkáli földfém oxidok, pernye

12. ábra: A katalítikus redukció elvi vázlata


11


13. ábra: Az NOx redukciójának hatásfoka katalizátor alkalmazása esetén

Az SCR helye a füstgáztisztítási folyamatban: 1 0 5 °C

1 .)

K azán

1 5 0 °C

3 7 0 °C

3 7 0 °C SCR

LH

1 5 0 °C

5 5 °C

EF

FG D 1 0 0 °C 1 0 5 °C

3 7 0 °C

3 7 0 °C

2 .)

K azán

EF

1 5 0 °C

3 7 0 °C SCR

5 5 °C

LH

FG D 1 0 0 °C

1 3 5 °C 3 7 0 °C

3 .)

K azán

1 5 0 °C LH

EF

3 7 0 °C

5 5 °C

1 5 0 °C

SCR

FG D 2 9 0 °C

3 7 0 °C g ázfû tés

jelölés: SCR: Szelektív katalitikus redukáló berendezés LH: Léghevítő EF: Elektrofilter FGD: Füstgázkéntelenítő


12


2.4.

Kombinált eljárások

Eltérőek lehetnek aszerint, hogy a füstgáz pormentesítése a DENOX berendezés előtt, vagy után történik. Poros gáz

14. ábra: DENOX leválasztási technológia elrendezési vázlata előportalanítóval

Pormentes gáz

15. ábra: DENOX leválasztási technológia elrendezési vázlata utóportalanítóval

Nagy kéntartalmú tüzelőanyagok égetésekor a DENOX berendezés elé kéntelenítőt is telepítenek (16.ábra)


13


16. ábra: Denox leválasztó kéntelenítővel

17. ábra: DENOX leválasztó telepítési példa erőművi kazánnál.


14


18. ábra: katalítikus redukció földgáztüzelésű izzító és hőkezelő kemencéknél.


15


3. SO2 eltávolítás 3.1. Abszorpciós eljárások Ezek az eljárások a nedves eljárások csoportjába tartoznak.

Előny

Hátrány

Független a hordozó közeg nedvesség-

Nagy hőmérséklet esetén az elnyelető

tartalmától

közeg párolgási vesztesége

A lekötő abszorbens folyadék hatékony-

Korrózióveszély (az elnyelető folyadék

sága fizikai és kémiai módszerekkel fo-

többnyire vagy savas, vagy lúgos kémha-

kozható, az aktivitása folyamatosan tart-

tású vizes oldat)

ható

Üzemeltetési problémák

Azonos szerkezeti kivitel többféle célra alkalmazható

Az abszorbens anyaga: -ne legyen illékony, -szagtalan legyen -alacsony viszkozitású -ne legyen lobbanékony (tűz és robbanásveszély) -olcsó legyen Abszorbens lehet: semlegesítő oldatok, szerves oldószerek, olajok, víz… A tisztítóberendezés kapacitása az időegység alatt átáramoltatott gáz térfogatával jellemezhető (m3/h), azonban növelésének korlátai: 

Csökken a tartózkodási idő, ennek következtében a tisztítási hatásfok



Nő a tisztítóberendezésben a nyomásveszteség, azaz nő az energiaszükség-

let 

Nő a folyadék kihordás (magával ragadás)

A készülékek leggyakoribb típusai: 

Mosótornyok



Venturi tisztítók



Folyadék recirkulációs légtisztítók (FCL)


16


Az abszorpció hatásfoka függ:  Hőmérséklet  SO2 parciális nyomása  tartózkodási idő  szorbens koncentrációja  gáz-folyadékfázis közti érintkezési felület nagysága, ez a leginkább változtatható, és így a meghatározó az abszorpció hatékonysága szempontjából. A túl finom cseppek visszatartása cseppleválasztókkal történhet. Néhány gyakorlati példa.

3.1.1. Abszorpció H2O2-al, ún. DEGUSSA eljárás Az eljárás lényege, hogy a kéndioxid megkötése H2O2 tartalmú mosófolyadékkal történik:

SO2 + H2O2

H2SO4

A tisztítási hatásfok 98-99 % 3000 m3/h technológiai véggáz esetén. Pl. 1500-1700 mg SO2/m3 tisztítandó gáz esetén a tisztított gáz kéndioxid tartalma kisebb lesz 20 mg SO2/m3-nél.

3.1.2. Meszes eljárás Széntüzelésű kazánok füstgázainak kéntelenítése Ca(OH)2 alkalmazásával történik. A mésztejes eljárásnál mészhidrát és víz keverékét, az ún. mésztejet használják kénmegkötésre az alábbi reakciók szerint:

Ca(OH)2 + SO2

CaSO3 + H2O

Szükséges a keletkező CaSO3 oxidálása és kikristályosítása gipsz formájában:

CaSO3 + ½ O2 CaSO4 + 2 H2O

CaSO4 CaSO4 · 2 H2O


17


19. ábra: Meszes-abszorpciós füstgáztisztítás 1. hőcserélő, 2. abszorber, 3. permetező elemek, 4. cseppleválasztó, 5. porleválasztó, 6. ventilátor, 7. oxidációs levegő ventilátor, 8. abszorber tartály, 9. mészhidrát tartály, 10. hidrociklon, 11. vákuum szalag-szűrő, 12. gipsz szárító, 13. vízkezelés, 14. recirkulációs tartály, 15. szivattyú, 16. mészkő tartály

20. ábra: Abszorpciós berendezés 1-abszorpciós folyadék, 2-tisztítandó gáz, 3- terelő tányérok, 4- abszorpciós folyadék eltávolítása regeneráláshoz, 5- tisztított gáz


18


3.1.3. Nedves eljárás mészkővel A mészköves eljárásnál lejátszódó kémiai reakciók (abszorpció, semlegesítés, oxidáció, kristályosítás:

SO2 + H2O CaCO3 + H2SO3

H2SO3

CaSO3 + CO2 + H2O

CaSO3 + ½ O2 CaSO4 + 2 H2O

CaSO4 CaSO4 · 2 H2O

Ügyelni kell, hogy a CaSO3-t oxidációja CaSO4-á lehetőleg nagy hatásfokkal menjen végbe, akkor a keletkező, megfelelő tisztaságú gipsz jól értékesíthető.

3.1.4. Nátriumhidroxidos abszorpció A nátriumhidroxid kiváló oldhatósága miatt kevesebb üzemeltetési probléma adódik, mint a meszes eljárások során.

3.1.5. Wellman-Lord eljárás, Na2SO3 és NaHSO3 –al Ez az eljárás a nátriumhidroxid, vagy a nátrium sók, pl. Na2SO3 és NaHSO3 egyensúlyi vizes oldatát használja a kéntartalmú gázok megkötésére. Vegyszertakarékossági és környezetkímélési szempontból magasabb hőmérsékleten regenerálhatók . Oldás 40-50 oC-n: Előnye a meszes eljáráshoz képest az alkalmazott anyagok jobb vízoldhatóságában és a egyes üzemeltetési problémák (pl. dugulás, lerakódás) megszünésével magyarázható.

SO2 + H2O + Na2SO3 NaOH + NaHSO3 Regenerálás 110 oC-n: Na2SO3 + H2O

2 NaHSO3 Na2SO3 + H2O 2 NaOH + SO2

A keletkező nagytisztaságú SO2 a vegyiparban jól értékesíthető.


19


3./ ábra 21. ábra: A Wellmann-Lord eljárás elvi vázlata 1. vizes előmosó, 2. 11.13. 19. hőcserélő, 3.18. cseppleválasztó, 4. abszorber, 5. 8.10.15.16. szivattyú, 6.7. bepárló kristályosító, 8. kondenzvíz tartály, 12. kihajtó oszlop, 14. oldótartály,17. kén-dioxid kompresszor

3.1.6. Füstgáz kéntelenítés KmnO4- tartalmú mosófolyadékkal

22. ábra:: Kéntelenítés káliumpermanganát tartalmú mosó folyadékkal 1- szennyezett levegő, 2- Ventúri mosó, 3- könyök, 4- folyadékleválasztó ciklon, 5- mosófolyadék tartály, 6- keringtetőszivattyú, 7- töltetes tartály, 8- cseppleválasztó, 9- KMnO4 oldat, 10- tisztított levegő, 11- vízleeresztés (szennyezett!)

A KMnO4 egyúttal az esetleges szag és bűzanyagokat is abszorbeálja.


20


3.1.7. Füstgázmosás ammóniával Német és francia vállalatoknál elterjedt, a végtermék legtöbbször ammóniumszulfát.

3.1.8. Füstgázmosás híg kénsavval Japánban több erőműben alkalmazzák, a végtermék gipsz.. A kéndioxid elnyeletését és oxidációját vas(III)szulfáttal katalizálják. (Chiyoda eljárás)

3.2. Adszorpciós eljárások A szennyezőanyag felületen (pl. gáz-folyadék, gáz-szilárd határfelület) történő megkötődését adszorpciónak nevezzük. A kötés lehet fizikai és/vagy kémiai. Kémiai adszorpció esetén az adszorpciós folyamat nem reverzibilis, míg a fizikai adszorpció reverzibilis. Maga az adszorpció folyamata függ az állapothatározóktól, a berendezés típusától (felület, méret, adszorbens minőség), a tartózkodási időtől (áramlási sebesség), a tisztítandó gázban levő szennyező anyag mennyiségétől. A berendezések fő típusai:  Nyugvó ágyas adszorpció: a tisztítandó gáz áthalad a nyugvó adszorbenssel töltött berendezésen, közben a szennyező anyag adszorbeálódik.  Mozgó ágyas adszorpció: a tisztítandó gáz is áramlik és az adszorbens is mozog.  Fluid ágyas adszorpció: a tisztítandó gáz áramlása lebegésben tartja az adszorbenst (felület).  Porlasztásos adszorpció: a finom szemcseeloszlású, nem higroszkópos adszorbens anyagot beporlasztják a tisztítandó gázáramba. Gyakorlati példák.


21


3.2.1. Nyugvóágyas adszorpció 3.2.1.1.

SO2 megkötése nyugvóágyas adszorberen

23. ábra: Két egységből álló nyugvóágyas adszorber elvi vázlata 1,2- adszorber, 3- aktívszén ágy, 4- kondenzátor, 5- dekantáló, 6- szennyezett gáz, 7- tisztított gáz, 8vízgőz, vagy forró gáz, 9- könnyű komponens, 10- nehéz (nagyobb sűrűségű) komponens

Az SO2 megkötése kémiai reakcióval történik az alábbiak szerint (gáz-folyadék határfelület):

Mn2O3 + 2 SO2 + ½ O2

2 MnSO4

A keletkező MnSO4 vízgőz lefúvatással eltávolítható és a párhuzamosan működő egységek váltott kapcsolásával regenerálható, mivel a vízben a lefúvatott vízgőzzel távozó MnSO4 leülepedik és NaOH adagolás során a következőképpen nyerhető vissza:

2 MnSO4 + 4 NaOH + ½ O2

Mn2O3 + 2 Na2SO4 + H2O

3.2.1.2. Szulfacid eljárás Az eljárás lényege, hogy a füstgáz SO2-tartalmát aktívszenes adszorpcióval kötik meg. Az adszorpció előtt a füstgáz hőmérsékletét legalább 120oC, vagy alá célszerű hűteni, továbbá célszerű a portartalmát is csökkenteni az adszorbens védelme érdekében. (a felületi lerakódások fokozottan rontják a leválasztás hatásfokát). Az aktív szénen a SO2 megkötődik majd a levegő oxigénjével SO3 képződik, ami a füstgáz nedvességtartalmával kénsavvá alakul. Reaktiváláskor az aktív szenet vízzel mossák, melynek eredménye híg, 10-20 m/m %-os kénsav. Ezt a híg kénsavas oldatot a füstgáz hűtésére és mosására visszavezetik a Ventúri mosóba.


22


24. ábra: Szulfacid eljárás elvi vázlata 1. Venturi-mosó, 2. 3. nyugvó aktívszén ágy, 4. keringtető szivattyú, 5. tartály, 6. merülőfejes kénsavbepárló, 7. savhűtő, 8. savszűrő

3.2.1.3. Adszorpció barnaszén koksszal Az előző eljárással analóg, de a drága aktívszenet helyettesítik vele. A szakirodalmi adatok szerint 99-100% hatásfokkal leválasztja a következő szennyezőket: por, kéndioxid, sósav, HF, és a nehézfém gőzöket (fajlagos felület

275 m2/g, a különböző berendezések 10.000-

60.000 m3/h kapacitásúak).

3.2.2. Vándorlóágyas eljárás A Reinluft eljárás: a reaktor két részből áll, az egyik az adszorber, a másik a regeneráló egység. A lehűtött 150 oC-os füstgázt az adszorber alsó részébe vezetik be. A füstgázban levő kéndioxidot az aktív koksz adszorbeálja és egyidejűleg SO3-á alakul, amely vízgőzzel kénsavvá alakul. A füstgáz egy részét visszaforgatják az adszorber felmelegedésének csökkentése céljából. A kénsavval telített adszorber a torony deszorber részébe vándorol, ahol kb. 370 oC-os inert gázzal kezelnek. Ezen a hőmérsékleten a deszorbeált kénsav SO 3-ra és vízre bomlik, a jelenlevő szénnel reagál kéndioxid és széndioxid képződésével.

H2SO4 2 SO3 + C

H2O + SO3 2 SO2 + CO2


23


25. ábra: Reinluft eljárás elvi vázlata 1. aktívszén osztályozó, 2. regeneráló (deszorber), 3. adszorber, 4. hűtő, 5. előmelegítő, 6.7.9. fúvók, 8. aktívszén adagoló, 10. kénsavüzem

Másik, az ún. Bergbau eljárás, amely elve analóg az aktívszenes adszorberekkel, de aktív kokszot alkalmaz, és továbbfejlesztett változata az SO2-n kívül NOx csökkentésére is alkalmas. (részletes tárgyalása a 2.1.kombinált eljárások fejezetben) További fejlesztés az is, hogy a kéntartalmú véggázok tovább feldolgozása pl. Resox eljárással egészen az elemi kén előállításáig történik. Regenerálás kb 600 oC-on, ahol a kénsav elbomlik, egyúttal aktívszén fogyással kell számolni.

3.2.3. Porlasztásos leválasztó Az SO2 mellett HCl leválasztására is alkalmas. (pl. hulladékégetők véggázai) Szilárd adszorbens beinjektálása történik a reaktortérbe. A rendszerben az SO 2 eltávolítása CaCO3 adagolásával történik. Adszorbens lehet még:, Fe2O3; Al2O3; MnO; …stb. PL. LIFAC eljárás során a tűztérbe mészkőport fújnak be. Hasonló reakciók játszódnak le mint a fluid ágyas berendezésekben, de a rövidebb tartózkodási idő miatt a hatásfok alacsonyabb. Ennek javítása érdekében a kazán alacsonyabb hőmérsékletű helyén vízgőzt fecskendeznek a füstgázba.


24


Másik hatékonyabb eljárás során mészhidrátot adagolnak (Ca(OH)3), de csak megfelelő, pl, elektrosztatikus pernyeleválasztó után. A keletkező nem értékesíthető hulladék elhelyezése gondot okozhat.

3.2.4. Katalítikus kéndioxid-eltávolítás Ezek a módszerek a kontakt kénsavgyártás elvét használják ki, azaz a kéndioxidot V2O5 katalizátor alkalmazásával SO3-á alakítják, 450 oC körüli hőmérsékleten, majd vízzel elnyeletik. A végtermék legtöbb estben kénsavoldat (pl. Monsanto-eljárás), de van olyan változat is amikor a gázelegyet ammóniával reagáltatják, melynek a végterméke (NH4)2SO4. (Kiyoura TIT-eljárás)

4. Kombinált eljárások SO2 és NOx eltávolítására 4.1. SOx és NOx együttes eltávolítása, katalizátoros eljárással (Bergbau-Forschung eljárás) Az eredetileg SO2 emisszió csökkentésére alkalmazott eljárás továbbfejlesztett változata. Jellemzője, hogy az aktív koksz katalizátort tartalmaz az NO x redukciójához, amely 80-150 Co hőmérsékleten is hatékony. Az eljárás során az SO2 vízgőz és oxigén jelenlétében kénsavvá alakul és a maximum 150 Co-os hőmérsékleten az aktív szénen adszorbeálódva marad. Ugyanakkor az aktív koksz katalizálja az NH3 és az NOx reakcióját, amely a nem adszorbeálódott SO2 jelenlétében is végbemegy. Az NOx átalakulása az SO2 koncentráció és/vagy a hőmérséklet csökkenésével nő. A szimultán folyamat a következő ábrán szemlélhető.


25


26. ábra:: A Bergbau-Forschung eljárás elvi vázlata 1. vándorlóágyas reaktor, 2. deszorber, 3. aktívkoksz bunker, 4. ciklon, 5. pneumatikus szállítóberendezés, 6. aktívkoksz osztályozó, 7. koksz hűtő, 8. gázkemence, 9.homokfogó kamra, 10. redukáló reaktor, 11. kénelválasztó, 12. füstgázventilátor

A füstgáz először egy mozgóágyas adszorberen áramlik keresztirányban, mialatt az SO 2 koncentráció annyira lecsökken, hogy ezután közel szelektív ammóniás NOx redukció valósul meg (analóg az SCR-el). Az adszorberből kilépő kis mennyiségű SO2-t tartalmazó gázhoz NH3 adagolnak és egy második lépcsőbe vezetik, ahol a kívánt

NOx + NH3

N2 + H2O

átalakulás lejátszódik. Regeneráláskor a kénsavval telített aktív kokszot fluidágyas berendezésbe vezetik, ahol az adszorbeált kénsav deszorpciójakor kéndioxidban dús gáz keletkezik, amely tovább feldolgozható. A deszorpció során a füstgázt 800 Co –ra melegített homokkal keverik össze, így 650 Co –ra melegszik. Ezen a hőmérsékleten deszorpciós és bomlási folyamat megy végbe, a H2SO4 elbomlik SO3-ra és H2O-ra. Az SO3-at a szén SO2vé redukálja. A távozó, regenerált aktív kokszot hűtés után először a második katalítikus lépcsőbe vezetik, ahol katalizátor szerepet tölt be az NOx redukciója során. Innen az aktív koksz az első lépcsőbe kerül, ahol adszorbensként az SO2 megkötésében van szerepe. A deszorberből nyert kb. 20 V/V% SO2 tartalmú gázt elemi kénné alakítják pl.Claus eljárással.


26


A Bergbau-Fischer eljárás alkalmazásának korlátai: -

nagy SO2 tartalom esetén a szimultán NOx eltávolítás csökken,

-

eltömődések lehetnek az ammóniumsók miatt,

-

a tisztított gázban maradák ammónia jelenhet meg

-

katalizátor beszerezhetősége és költsége

4.2. Shell-eljárás (rézoxidos) SOx és NOx együttes eltávolítására alkalmazott eljárás során az SO2-t rézszulfát alakban távolítják el, a nitrogénoxidokat pedig katalítikusan nitrogénné redukálják. A folyamat során nyugvóágyas reaktorban az alumíniumoxid hordozóra felvitt rézoxid köti meg a füstgáz SO2 tartalmát.(a füstgáz hőmérséklete 380-400 Co)

CuO + SO2 + ½ O2 Cu + ½ O2 2 Cu2S + 5 O2

CuSO4 CuO

2 CuO + 2 CuSO4

A reakció exoterm, a keletkező hő felmelegíti a füstgázt. A katalizátorágy regenerálása H2 és vízgőz segítségével történik:

CuSO4 + 2 H2

Cu + SO2 + 2 H2O

(H2 felesleg esetén Cu2S képződhet) A regeneráláskor keletkező kéndioxid elemi kénné dolgozható fel (pl. Claus eljárással). Ez az un. SFGD eljárás 1500-3000 ppm SO2 tartalmú füstgáz kéntelítését 90 %-os hatásfokkal teszi lehetővé, előnyösen összeköthető hő hasznosítással. Az NOx eltávolítása katalizátor alkalmazásával megy végbe.


27


27. ábra: Az SFGD eljárás elvi vázlata 1- adszorber, 2- fúvó, 3- hőhasznosítási hőcserélő, permetezőhűtő, 5- szivattyú, 6- hűtő, 7- adszorber, 8- tartály, 9- munkavízhűtő, 10-, 14- hőcserélő, 11- sztripper, 15- redukálóreaktor

4.3. SCR és mészkőszuszpenziós eljárás kombinációja Célja az SOx és NOx együttes eltávolítása a következő blokkséma alapján (szimultán hőhasznosítás, porleválasztás): hideg levegő

ammónia

szén

kazán

350-400 C

o

SCR

350-400C

o

hőcserélő

150 C

o

levegő

mészkő 100 C 150 C

o

Elektrosztatikus porleválasztó

o

hőcserélő

50 C

o

kéntelenítő

gipsz

28. ábra: SCR és mészkőszuszpenziós eljárás kombinációja


28


4.4. Degussa eljárás A portalanítás után célszerű a kéndioxid és nitrogénoxidok leválasztása.

29. ábra: Degussa eljárás

4.5.

Félszáraz füstgáztisztítás

A kvázi száraz vagy félszáraz füstgáztisztításként ismert eljárás lényegében a meszes abszorpció elvén alapul, azonban a műveletet úgy hajtják végre, hogy a melléktermékként keletkező - az említett példában gipsz - száraz formában kerül ki a rendszerből, elkerülve ezzel a szennyvízkezelés problémáját. A 38. ábrán látható kapcsolási vázlaton a porlasztó szárítóban(1) a belépő forró füstgázzal a (5) tartályból érkező kalciumszulfitban dús zagy érintkezik. A porlasztó szárítóban száraz termék - gipsz - keletkezik, a füstgáz lehűl és nedvességgel telítődik. A füstgáz a porleválasztó ciklonba kerül(2), ahol a gázárammal elragadott szilárd részecskék leválasztásra kerülnek. A nedves mosóban (3) a füstgáz teljes tisztítása megtörténik, majd a ventilátoron(4) keresztül kerül elvezetésre.


29


30. ábra: Félszáraz füstgáztisztítás kapcsolási vázlata

4.6. Biológia kéntelenítés Füstgázok biológiai kéntelenítése során a 13.ábrán látható séma szerint (BIO-FGD), kevesebb vegyszerigény és energiaigény jelentkezik a kémiai kezeléshez képest. Az sem elhanyagolandó, hogy a gipsz helyett a keletkező termék elemi kén.

31. ábra:: BIO-FGD eljárás


30


A bruttó reakció:

SO2 + szubsztrátum + ½ O2  S + CO2 + H2O Az első abszorberben a kéndioxidot NaOH oldattal megkötik, majd a bioreaktorba vezetik.

NaOH + SO2  NaHSO3 Az első aerob reaktorban szulfid képződik, majd a második reaktorban ellenőrzött O2adagolással elemi kén keletkezik. (Oxigén túladagolás szulfát képződéshez vezetne.)

1. reaktor:

NaHSO3 + 3 H2  NaHS + 3 H2O

2. reaktor

NaHS +1/2 O2  S + NaOH

A keletkező kén tartalmú szuszpenziót ülepítik, víztelenítik, tisztítják és tiszta ként nyernek ki. Kísérleti üzemi adatok ismeretesek. 1500 m3/h füstgázt kezeltek 95 % hatásfokkal, ami 15 kg/h kéndioxid terhelést jelent. Többváltozós technológia, fejlesztés alatt.


31


5. Illékony szerves vegyületek eltávolítása (VOC) A mikroszennyezők közül az illékony szerves szennyezések környezetvédelmi szempontból szükséges és indokolt eltávolítása mellett gazdasági tényezőként kell figyelembe venni a VOC ismételt felhasználási, újrahasználati lehetőségét.

5.1. Abszorpció Főleg nagy VOC koncentrációjú hulladékgázok kezelésére használják.

32. ábra

5.2. Adszorpció Az aktív szenes adszorberek a legelterjedtebbek. Előnyösen alkalmazhatók vízzel nem elegyedő, nem vizes rendszerekben is. A párhuzamos, felváltva használt berendezések regenerálása pl. forró N2 gázzal történhet.

33. ábra


32


Folyamatosan működő adszorberek elvi működése.

34. ábra: Munders féle forgódobos adszorber elvi működése

Az adszorbens lehet az aktív szénen kívül egyéb, pl.zeolit is.

35. ábra: Folytonos üzemű rotációs adszorber


33


5.3. Kondenzáció Hűtéssel. esetleg nyomás változtatással cseppfolyósítják az illékony anyagokat.

36. ábra: A kondenzáció elve

5.4. Membrán eljárások Korszerű, szelektíven szétválasztható, vegyszeradagolás nélküli eljárás. A kinyert VOC ismételten felhasználható.

37. ábra: Oldószer visszanyerés membrán eljárással 1-nyomásnövelő szivattyú, 2- leválasztó tartály, 3-membrán egység, 4- injektor, 5-vákumszivattyú, 6gyűjtőtartály, 7-hőcserélő, 8- szelep


34


5.5. Elégetéses módszer 5.5.1. Termikus égetés Roncsolásos eljárás, a kémiai oxidáció elvén alapul. Ipari technológiák során kikerülő szerves gázok és gőzök, valamint könnyen oxidálható szervetlen szennyező mennyisége minimális szintre csökkenthető, esetleg meg is szüntethető (tökéletes égetés). Az égetés alaptípusai: 

nyílt lánggal történő égetés



közvetlen elégetés utánégetőben, nagy hőmérsékleten



katalitikus elégetés, viszonylag alacsony hőmérsékleten.

38. ábra: Termikus égetés

5.5.2. Katalítikus égetés

39. ábra: Katalítikus égetés


35


5.6. Biológiai eltávolítás,biológiai lebontás 5.6.1. Biomosók A szennyezett levegőt vízzel mossák és a vizes oldatot viszik a biológiai mosóreaktorba.

40. ábra: Biomosó

5.6.2. Bioszűrők A támrétegre helyezett szerves hordozóanyagon (pl.:tőzeg, faháncs…) telepítik meg a mikroorganizmusokat A nedvesített levegő szennyezésének lebontása a hordozófelületen kialakult folyadékfilmen megy végbe, a hordozó egyúttal tápanyag is.

41. ábra: Biológiai szűrő


36


5.6.3. Bioreaktor Töltetük szintetikus porózus anyag. A mikroorganizmusok életfeltételeihez szükséges tápanyagot oldat formájában cirkuláltatják.

42. ábra: Bioreaktor elvi működése


37


IRODALOM

1. Dr. Örvös Mária : Levegőtisztaság-védelem, Jegyzet BMGE, Gépészmérnöki Kar, Budapest, 2000. 2. Farkas Ferenc: A műanyagok és a környezet, Akadémiai Kiadó, Budapest, 2000. 3. Gács Iván Katona Zoltán: Környezetvédelem, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1998. 4. Moser M. - Pálmai Gy.: A környezetvédelem alapjai, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1992. 5. Sipos Zoltán: Ipari levegőtisztaság-védelem, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1987. 6. Woperáné Serédi Ágnes: SOx és NOx emisszió csökkentése, ETHNICA Alapítvány kiadása, Debrecen, 1991. 7.

Dr.Nagy Géza – Dr.Papp Zoltán: Levegővédelem, Főiskolai jegyzet, Győr, SZIF


38

LEVEGŐTISZTASÁG-VÉDELMI ELJÁRÁSOK II. Segédlet az előadások anyagához

Recommend Documents