LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM
2.1 2.3
NOx-emissziók ellenőrzési lehetőségei széntüzelésű kazánokban Tárgyszavak: emisszió; ellenőrzés; széntüzelés; kazán; kazánüzemeltetés; levegőtisztaság; nitrogén-oxid-kibocsátás.
Nitrogén-oxid-(NOx-)emissziók számos forrásból származnak, a hatályos szabályozások szerinti csökkentésük az egész világon fontos feladat. Az 1. ábra az Egyesült Államok 2001. évi NOx-emisszióit mutatja be. Számos rendelet szabályozza az NOx-emissziók csökkentését (a savas esőkre, az ózonszintre, az új forrásokra vonatkozó előírások, illetve a levegőtisztasági törvény). Az emissziókat ellenőrző technológiák kiemelt szerepet játszanak a levegő szennyeződését csökkentő stratégiák kidolgozásában és megvalósításában. Miután az erőművekből távozó emissziók messzi távolságokba jutnak el, nagy földrajzi térségekben befolyásolják a környezet állapotát. Ez az összeállítás a széntüzelésű erőművekből távozó NOx már működő és még kísérleti fázisban levő ellenőrzési technológiáit ismerteti és értékeli. NOx-képződés az égetési folyamatokban NOx az égetés során az alábbi kémiai folyamatokban képződik: – A – nitrogén égetési levegő oxigénje hatására végbemenő diszszociációja és oxidációja során keletkező – termikus NOx a porított szén elégetésekor keletkező NOx-emisszók mintegy 20%-át adhatja. Keletkezése csökkenthető a kemencében az oxigénkoncentráció, az égetésizóna-hőmérséklet és a füstgáz tartózkodási idejének a csökkentésével. Ennek megvalósítása érdekében növelhető az égetési zóna mérete, illetve speciális égők alkalmazásával csökkenthető az égetés sebessége. – A tüzelőanyagban kémiailag kötött nitrogén oxidációja során, amely a porított szén elégetésekor keletkező NOx-emissziók 80%-
át adja. Keletkezése függ a tüzelőanyag nitrogéntartalmától és a jelen levő oxigén koncentrációjától, mennyisége csökkenthető kis nitrogéntartalmú szenek elégetésével, illetve a rendszer oxigéntartalmának a csökkentésével. – A molekuláris nitrogén és a szénhidrogén gyökök között végbemenő reakciókban („prompt” NOx, mennyisége elhanyagolható).
ipari folyamatok, 1 031 000 t, 5%
erőművek, 4 891 000 t 22%
ipari és egyéb égetés, 3 708 000 t, 17%
szállítmányozás, 12 405 000 t, 55% vegyes terület és pontforrások, 314 000 t, 1%
1. ábra Az Egyesült Államok NOx-emisszióinak forrásai 2001-ben
Primer NOx-ellenőrzési technológiák A kis NOx-kibocsátású égők (LNB) az égetési folyamat sztöchiometikus viszonyainak és a hőmérsékleti profiloknak az ellenőrzésével korlátozzák az NOx képződését. A tüzelőanyag és a levegő teljes keveredésének a megakadályozása miatt az LNB-égők lángja hosszabb a hagyományos égőkénél. Az elérhető NOx-eltávolítási hatásfok 50%. Az NOx-képződést befolyásolják az elégetett szén tulajdonságai és a kemence paraméterei. Finomabbra őrölt szén alkalmazásakor nagyobb NOx-emissziócsökkenés érhető el. Több illékony anyagot tartalmazó szén elégetésekor nagyobb az illékonyanyag-kibocsátás az égő környezetében, az NOx-képződés gátolt, mert az égő körüli, tüzelőanyagban gazdag környezetben a tüzelőanyag nitrogén tartalma N2-vé alakul.
Az LNB-égők alkalmazásakor nő az el nem égett szén mennyisége. A növekedés mértéke függ a szén tulajdonságaitól, az égő és a kemence kialakításától és a levegőfeleslegtől. Ha a szálló hamuban nő az el nem égett szén mennyisége, a hamu nem használható fel betonadalékként. A túlhevített levegőt alkalmazó rendszerekben (OFA) az égetési levegő 5–20%-át elterelik az égőtől és az égő felett elhelyezett nyílásokon vezetik be. Az LNB-vel való együttes alkalmazás további 10–25%-kal csökkenti az egyébként 20–60%-os NOx-emisszió-csökkenés mértékét.
A primer ellenőrzési technológiák fejlesztésének lehetőségei Az LNB és a több lépcsős OFA együttes alkalmazásával (koncentrikus égető rendszer több lépcsős OFA-val tangenciálisan fűtött kemencékhez telepítve) szub-bitumenes szenek elégetésekor több mint 60%kal csökkenthető az NOx-emisszió. Kisebb illóanyagtartalmú szenek elégetésekor nagyobb az NOx-emissziók értéke. A forgó – az égetési levegőt ellentétes irányban bevezető – (ROFA) rendszerben a levegőt először a láng megbontására injektálják be, majd egy ciklonális gázáramot hoznak létre az égés hatásfokának a javítására. A levegősebesség növelésére segédventillátort alkalmaznak, biztosítva a kemencében a jobb keveredést. Az ezen technológiával az Egyesült Államokban üzemelő egy és a Svédországban üzemelő hat, többféle tüzelőanyagot (szén, fahulladék, városi hulladék, nehézolaj) elégető berendezés előnyei az égéstermékek jobb eloszlása, a kemence mentén bekövetkező kisebb hőmérséklet-változás és a kisebb levegőfeleslegigény. A svéd üzemekben az NOx-emisszió csökkenése 45–60%. Az el nem égett szén és/vagy a levegőfelesleg csökkentése javítja a kazán hatásfokát és csökkenti a segédáram felhasználást.
Az égetés hatásfokát javító eljárások A szén- és az égetési levegőáram sebességének instabilitása korlátozza az NOx-emissziók csökkenthetőségét. Az NOx-emissziókra vonatkozó szabályozásoknak való megfelelés érdekében a ciklonkazánok OFA-t használnak ugyan, de a legtöbb berendezésben még tovább kell csökkenteni az NOx-emissziót. További égetési lépcső telepítése nem célszerű, mert a ciklonkazánok már így is a salakcsapolási határ közelében üzemelnek. A sztöchiometrikus levegő/tüzelőanyag arány csökkentése a salakcsapolás befagyásához vezethet, különösen a kis kéntartal-
mú szenek elégetésekor. Oxigén injektálása a ciklonkazánokba nemcsak csökkenti az NOx képződését, de növeli a hőmérsékletet, csökkentve ezáltal a salakbefagyás veszélyét.
Szekunder ellenőrzési technológiák Számos széntüzelésű kazánnál a primer, illetve az égetést javító technológiákkal nem lehet megfelelően alacsony NOx-emissziókat elérni. Ekkor az alábbi szekunder eljárások valamelyike alkalmazandó: Az utánégetés során a betáplált tüzelőanyag hőtartalmának 25%-át másodlagos (utánégető) tüzelőanyagként a fő égető zóna fölé vezetik, tüzelőanyagban gazdag utánégető zóna kialakítása érdekében. A keletkező szénhidrogén-vegyületek az NOx-el reagálva HCN-t, izociánsavat, izocianátot és egyéb nitrogén-vegyületet képeznek, amelyek N2-vé redukálhatók. Az NOx-emisszió csökkenését a kemence méretezése, a tartózkodási idő és a sztöchiometriai viszonyok befolyásolják. Az utánégetéshez szükséges hőmennyiség növelése és a primer égetéshez szükséges hőmennyiség ezzel arányos csökkentése csökkenti a sztöchiometriai arányokat az utánégető zónában, javítva ezáltal az NOx-redukció hatásfokát. Az utánégetéshez alkalmazott tüzelőanyag függ annak rendelkezésre állásától, az üzemeltetési/beruházási költségek arányától és a kazán jellemzőitől. Szén elégetésekor a földgázhoz képest nagyobb tartózkodási idő szükséges az utánégető zónában, továbbá nagyobb felsőkemence-tér, a szén megfelelő kiégése érdekében. Miután a szén kiégése korlátozza az utánégetéshez beinjektálható tüzelőanyag mennyiségét, a szénrészecskeméret eloszlása fontos paraméter. A szén szemcseméretének a csökkentésével megfelelő NOx-csökkenés és szénkiégési teljesítmény érhető el. Az utánégetési technológiát először egy 300 MW teljesítményű berendezésnél alkalmazták Ukrajnában és 50% NOx-emisszió-csökkenést értek el. Jelenleg a világon több mint 40 kazánnál alkalmazzák az eljárást, az NOx-emisszió-csökkenés 25–78%. Az Egyesült Államokban 26 utánégető berendezést telepítettek, amelyből 21 gazdasági okokból (a földgáz magas ára) nem üzemel. A szelektív nem katalitikus redukáló (SNCR) technológiában az NH3 vagy a karbamid reagenst az égető zóna felett táplálják a kemencébe, ahol az NOx-szel reagálva N2-t és vizet képez. A reagens egy része el nem reagáltan a kéményen át távozik, ez az ún. „NH3-szökés”. Nagy mennyi-
ségű, „elszökött” NH3 a füstgáz SO2- és SO3-tartalmával reagálva ammónium-szulfátot és biszulfátot képez, ami eltömheti a levegő-előmelegítő járatait, és a szaghatás miatt csökkenti a szálló hamu értékesíthetőségét. Korábbi – téves – elképzelés szerint az SNCR-folyamatban a reagenst ott kell a füstgázba injektálni, ahol a gáz hőmérséklete 980– 1150 oC, ezért úgy vélték, hogy az eljárás nem alkalmazható ciklon- vagy falfűtésű, vízzáras kazánoknál. Valójában több berendezés üzemel hatékonyan, ahol a reagenst 1150 oC-nál magasabb hőmérsékletű gázba fecskendezik be. Ekkor a nagy kiindulási NOx-koncentráció miatt a redukció az uralkodó folyamat az oxidáció felett. 980 oC alatt az SNCRreakció lelassul. Fluid ágyas égetőkben – ahol elegendő keverési idő áll rendelkezésre – az SNCR-reakció teljesen végbemegy, ekkor az NOx redukciója nagy, az „NH3-szökés” pedig kicsi. A karbamidot vizes oldatban, az NH3-t gáz halmazállapotban vagy vizes oldatban injektálják a rendszerbe. A füstgáz keveredése a vizes oldatban betáplált reagensekkel jobb, mert az oldatcseppek messzebbre behatolnak a füstházba, mint a gáz halmazállapotú NH3. A karbamid oldata kevésbé illékony, mint az NH3-é, ezért a karbamid oldatcseppek jobban behatolnak a füstgázba. Az SNCR-eljárás teljesítményét befolyásolja a terhelés változása, két kulcsparaméter (a füstgáz hőmérséklete a kemence kimeneténél és a gáz tartózkodási ideje) változása miatt, ezért több lépcsős injektáló rendszert alkalmaznak vagy változtatják a beinjektált reagens mennyiségét. A kialakított 2 vagy 3 injektáló zóna mindegyike automatikusan ki-be kapcsolható. Az NOx-eltávolítás hatásfoka 15–66%: kisebb (76 MW) teljesítményű berendezésekben meghaladja a 60%-ot, nagyobb (500 MW) teljesítményű berendezésekben pedig 30%. A szelektív katalitikus redukáló (SCR) eljárásban NH3-t adagolnak a katalizátor (V2O5–TiO2) rétegeken áthaladó füstgázba. Az NH3 és az NOx a katalizátor felületén reagálva N2-t és vizet alkot. Az eljárás a 340– 400 oC-on hatékony, az elérhető NOx-csökkenés 80–90%. Az eljárás előnye az SNCR-rel szemben a kisebb távozó NOx-mennyiség és az „NH3-szökés” csökkenése. Az eljárás teljesítményét befolyásolja a füstgáz NH3/NOx mólaránya. Ha ez az arány nem megfelelő, további katalizátor alkalmazása szükséges. A gázáram szennyeződései deaktiválják a katalizátort (a katalizátor anyagának mérgeződése, eltömődések), ezért katalizátorkezelő rendszerek szükségesek a katalizátoraktivitás lehető legkisebb költségű fenntartására.
Átfogó tervezés keretében minimalizálják a katalizátorral kapcsolatos költségeket, és optimalizálják a berendezés üzemvitelét, a minimális költségű áramtermelés érdekében. Ha például a katalizátorcsere ciklusidejét a katalizátorterhelés növelésével akarják meghosszabbítani, nőnek a katalizátorral kapcsolatos költségek és a katalizátoron fellépő nyomásesés. Ha az eltávolított NOx mennyiségét akarják növelni, nő a felhasznált NH3 mennyisége, a katalizátorcsere gyakorisága, a terhelése és a nyomásveszteség. Európában a katalizátorok 15%-át cserélik évente, az Egyesült Államokban a csere gyakorisága évente 1,5 réteg vagy 16%. Az SCR-katalizátorok arzénnal mérgeződnek a nedves kemencékben, ahol visszainjektálják a szálló hamut. Az ilyen berendezések üzemeltetői salakfolyósító adalékként mészkövet adagolnak a szénhez. A füstgáz magas As-tartalma növeli a katalizátorcsere gyakoriságát, illetve a katalizátorterhelést. Az Egyesült Államok számos erőművében kis kén- és nagy Catartalmú, szub-bitumenes szenet égetnek el, hogy megfeleljenek az SO2emissziókra vonatkozó előírásoknak. E szenek elégetésekor lerakódás keletkezik az SCR-katalizátoron, gyorsítva annak deaktiválódását. A nyugat-pennsylvaniai és a nyugat-virginiai szenek As-tartalma nem nagy, de elégetésükkor szokatlanul kevés szabad CaO található a szálló hamuban (a CaO a gáz halmazállapotú As-ból Ca-arzenidet képez). Túl kevés szabad CaO esetén az As nem távolítható el, így mérgezi a katalizátort: az As-oxid kémiailag kötődik meg a katalizátor felületén, ezért a katalizátor nem tisztítható. A nagy portartalmú SCR-rendszereknél a keletkező ammóniumbiszulfát eltömheti a levegő-előmelegítő (APH) járatait. Ennek mértéke függ az SO3 és az NH3 mennyiségétől, valamint az APH-lerakódásnak kedvező üzemi és tervezési paraméterektől. Az SCR katalizátor az SO2 SO3-má oxidálásával növeli a füstgázban az SO3 koncentrációját, ami a reaktorból elszökött NH3-mal reagálva ammónium-szulfátot és biszulfátot képez. A száraz ammónium-szulfát nem okoz eltömődést, a biszulfát ugyanakkor a szálló hamuval keveredve nedves, nyúlós anyagot alkot, ami lerakódik az APH 230 oC-nál hidegebb szakaszaiban. Az APH eltömődése csökkenthető az „NH3-szökés” 2–5 ppm között tartásával. Az SCR-technológiát már elterjedten alkalmazzák Japánban és Németországban. Az Egyesült Államokban 1991 és 1993 között több, mint 150 SCR-rendszert telepítettek széntüzelésű kazánokhoz. Az NOxemisszió-csökkenés hatásfoka 80%-nál nagyobb volt, esetenként elérte a 90%-ot.
A szekunder ellenőrzési technológiák korszerűsítése A továbbfejlesztett gázutánégető technológiában (AGR) karbamidot vagy NH3-t adagolnak az utánégető zónába. A keletkező szabad gyökök növelik az NOx redukcióját. Két típusú ARG-rendszer létezik: a nem szinergetikus (az NRG és az SNCR-eljárások összekapcsolása) és a szinergetikus (a nitrogénvegyület befecskendezése az égetési levegővel vagy az előtt). Sovány gáz elégetésekor (FLGR) földgáznak a kemence kimeneti szakaszába való, ellenőrzött adagolása csökkenti az NOx-emissziót. Míg a földgáz-utánégető rendszerben (NRG) a kemencébe táplált hőmennyiség 15–20%-a származik a gázból és a kiégetéshez levegő szükséges, az FLGR-technológia esetében az NOx redukciójához 10%-nál kevesebb gázból származó hőmennyiségre van szükség, és a kiégetéshez nem kell levegő. Az NOx-emisszió-csökkenés hatásfoka 33–45%. A technológia az Egyesült Államokban 12 kazánnál üzemel. A nagy amintartalmú, sovány gáz elégetése (AEFLGR) hasonlít az AGR eljáráshoz, de itt nem használnak levegőt a kiégetéshez. Tüzelőanyagban gazdag NOx-redukáló zónákat hoznak létre a kemencében, a redukció jó hatásfokú, mert a helyi, alacsony oxigéntartalmú környezetben az NOx-et redukáló reakciónak nem kell versenyeznie a termikus NOx-reakcióval, ami korlátozza az SNCR-eljárás teljesítményét. A hibrid-szelektív redukció (HSR) során SNCR-rendszert alkalmaznak az NOx-redukciójára és ellenőrzött „NH3-szökés” megvalósítására. Az eljárás beruházási költsége kisebb, mint az SCR-é, jobb a reagens hasznosítása, mint az SNCR-eljárásban, és jól ellenőrizhető az „NH3szökés”. 95%-os NOx-emisszió-csökkentés érhető el 5 ppm-nél kisebb „NH3-szökéssel” és 55% reagens hasznosítással. A csöves SCR-eljárásban a katalizátort egy csőben helyezik el (ha nincs elég hely a reaktor és a csatlakozó csővezetékek telepítésére). Az eljárással 320 MW teljesítményű kemencéből távozó füstgáz 25%-át kezelték. Az elérhető NOx-emisszió-csökkenés 85–90%, 10 ppm-nél kisebb „NH3-szökés” mellett. Az eljárás teljesítménye növelhető katalizátorral borított levegőmelegítő kosarak telepítésével. A karbamid/NH3-folyamatokban száraz vagy 19–29%-os vizes NH3oldatot adagolnak reagensként az SCR-rendszerekbe. A folyamat továbbfejlesztett változatában az NH3-reagenst karbamidból állítják elő az alkalmazás helyén. A keletkező NH3-ekvivalens mennyiségét tekintve a száraz NH3 olcsóbb, mint a karbamid, a karbamid pedig olcsóbb a vizes NH3-oldatnál.
Új fejlesztésű, NOx-emissziót ellenőrző technológiák Rétegelt NOx-ellenőrzés ciklonkazánokhoz. A ciklonégők magas hőmérsékletű lángja a hamut megolvasztva salakot képez. A láng magas hőmérséklete miatt nagyobb az ellenőrizetlen NOx-emisszió. Ezek a berendezések az Egyesült Államok áramtermelő kapacitásának csak 8%-át adják, de a széntüzelésű erőművek NOx-emissziójának 20%-át. NH3 vagy karbamid injektálása a kazán magas hőmérsékletű szakaszába az NOx nem katalitikus redukcióját okozza. Lépcsős ciklonfűtésű kemencéknél nitrogéntartalmú adalékot használnak az NOx-redukció növelésére. A technológiával az NOx-emissziók 25–30%-kal csökkenthetők. A növelt oxigéntartalmú környezetben végzett égetés során az égetéshez használt levegő kis mennyiségét az égőnél oxigénnel helyettesítik. A nagyobb lánghőmérséklet miatt a szénből távozó nitrogénvegyületek a kazán alsó régiójába kerülnek, a levegő betáplálás pedig hatékonyabbá teszi az NOx-redukciót. Az oxigént nem használó (alap) esetben is alacsonyak az NOx-emissziók, amit az oxigén adagolása tovább csökkent (az elérhető emissziócsökkenés 50%). Az emissziócsökkenés mértéke független a kiindulási NOx-koncentrációtól. Az eljárás alkalmazásával 40– 50% költségmegtakarítás érhető el az SCR-technológiához képest. Az alacsony NOx-kibocsátású, tangenciális fűtésű rendszerek költsége alacsony, az NOx-eltávolítás hatékony. Az NOx-eltávolítás és az égetés teljesítménye függ az elégetésre kerülő szén tulajdonságaitól. Az NOx-emisszió reaktívabb szub-bitumenes szén elégetésekor volt a legkisebb, ezt követték a mérsékelten reaktív, a nagy illóanyagtartalmú bitumenes szenek és a legkevésbé reaktív, közepes mennyiségű illóanyagot tartalmazó szenek. Az előfűtést alkalmazó (Methane de-NOx) rendszerek gázzal való szén-előfűtést alkalmaznak az NOx elővegyületeinek a lebontására és az NOx képződésének a megakadályozására. A porított szenet elégetése előtt előmelegítő kamrában a földgáz elégetésekor keletkező füstgázzal 820 oC-ra melegítik. Az előmelegítés során az illékony szénalkotórészek (így az NOx-vegyületek) oxigénhiányos környezetbe kerülnek, ahol a nitrogénvegyületek N2-vé és nem NOx-szé alakulnak.
Többfajta szennyezőanyagot egyszerre ellenőrző technológiák Az elektronsugarat alkalmazó eljárás során párhuzamosan távolítják el az NOx-t és az SO2-t. A sugárforrást a kemence szemcsés anyagot
leválasztó egységében helyezik el. A füstgáz párologtató–permetező hűtőben 60–66 oC-ra hűl. A füstgázba gáz halmazállapotú NH3-t injektálnak, nagy energiájú elektronsugárral besugározzák, és vizet adagolnak a rendszerbe a hőmérséklet-növekedés megakadályozása érdekében. A besugárzás során keletkező hidroxilgyökök és oxigénatomok az NOx-et és az SO2-t oxidálják, az oxidált vegyületek a jelen levő vízzel kénsavat és salétromsavat képeznek, amelyeket az NH3 semlegesít. A keletkező melléktermékek granulálás után műtrágyaként hasznosíthatók. Az eljárással 90% NOx- és minimum 95% SO2-csökkenés érhető el. Nagyobb sugárdózis és nagyobb füstgáz-hőmérséklet növeli az NOx-eltávolítás hatásfokát, míg az SO2-eltávolítás kisebb sugárdózist és hőmérsékletet igényel. A folyamat segédáramigénye jelentős, és függ a tervezett NOxcsökkentés mértékétől. A technológiát még csak kísérleti berendezésekben alkalmazzák. A ROFA- és ROTAMIX-eljárás együttes alkalmazásakor az NOx és SO2 jó hatásfokú, együttes eltávolítása valósítható meg. A hatásfokot a kazán paraméterei határozzák meg. A technológiával 10 berendezés üzemel Svédországban és 16 az Egyesült Államokban. A legújabb kísérletek során az SO2 69%-os csökkenését érték el Na-karbonát és 64%-ot mészkő felhasználásával, ugyanezen értékek a Hg esetében 67, illetve 89% voltak. Az SNOX-eljárásban az NOx és az SO2 leválasztását külön reaktorokban végzik, miközben a szemcsés anyagtartalom (PM) és a nyomelemek mennyisége is csökkenthető. A PM leválasztása csökkenti a katalizátorcsere gyakoriságát, a hőcserélőben az SO2-reaktorból kilépő forró füstgázok hője átadódik az SCR-reaktorba lépő gázáramnak, ezáltal csökken a külső energiaigény. Az NOx eltávolítására NH3-t injektálnak a rendszerbe, a reakcióban N2 és víz keletkezik. Az SO2-t SO3-má oxidálják, amelyből tömény kénsav képződik. Az eltávolítás hatásfoka mindkét vegyület esetében 90%-nál nagyobb. Az ún. „SOx-NOx–rox-boksz” (SNRB) eljárásban magas hőmérsékleten működő porleválasztóban kerül sor az NOx (NH3 injektálása a füstgázáramba az SCR-katalizátor felett), az SO2 (Ca- és Na-alapú adszorbensek beadagolása) és a PM eltávolítására. Az eltávolítás hatásfoka 90% NOx és 80–90% SO2. Az eljárás külső energiaigénye nagy, a kontrollreagensek ára magas. Az aktív szenet felhasználó folyamatban három lépésben valósul meg az NOx , az SO2 és a Hg párhuzamos eltávolítása: aktív szénen való adszorpció (első lépcsőben az SO2, második lépcsőben az NOx adszorpciója), a deszorpció és a termékek kinyerése. Az aktív szénágy ka-
pacitása az időben csökken, regenerálása a deszorberben történik, ahol az aktív szénen megkötött szennyező anyagok N2-vé, SO2-vé és vízzé bomlanak le. Lehűtés után a regenerált szenet szitálják, a szitán maradt szenet visszavezetik az abszorberbe. A Hg-t lerakásra alkalmas vegyületté alakítják (például szeléniumszűrőt alkalmaznak, amelyen a füstgáz Hg-tartalma HgSe-t képez. A 4-5 évig üzemképes szűrőt használaton kívül kerülése után veszélyes hulladékként kezelik). Az eltávolítás hatásfoka: 60–80% NOx , 90–98% SO2 és 90–99% Hg. Az eljárást ipari léptékben alkalmazzák Európában és Japánban az NOx és az SO2 eltávolítására. A Hg eltávolítása még kísérleti fázisban van. Az elektrokatalitikus oxidációs eljárásban az NOx-t, az SO2-t és a Hg-t párhuzamosan távolítják el. A rendszer elemei: a füstgáz szennyezőanyag-tartalmát nagy feszültség segítségével szabad gyökök keletkezésén át eltávolítható anyagokká oxidáló reaktor, abszobeáltató torony (a szennyezőanyagok abszorbeáltatása és a keletkező ammónium-nitrát és szulfát betöményítése), nedves leválasztó és a Hg-t eltávolító aktív szénszűrő rendszer. Az emissziócsökkentés hatásfoka: 90% NOx, 98– 99% SO2, 95% Hg, 95% finom részecskék. A technológia hátránya a nagy külső áramigény (a reaktor áramigénye függ az NOx-eltávolítás megkívánt mértékétől). Az eljárás még kísérleti fázisban van. Az NOXSO-eljárás száraz, regenerálható rendszer a közepes és nagy kéntartalmú szenet elégető kemencék füstgázából az NOx és az SO2 eltávolítására. A füstgáz fluid ágyas adszorberen halad át, az SO2 és az NOx adszorbeálódik a nagy felületi felszínű, Na-karbonáttal impregnált timföld adszorbensen. A tisztított füstgáz a kéményen át távozik. Az NOx-et deszorbeáltatják, és visszavezetik a kemencébe, ahol lebomlik. Az adszorbeált ként regenerátorban nyerik vissza, ahol magas hőmérsékleten a metánnal reagálva nagy koncentrációban SO2-t és H2S-t tartalmazó gáz képződik. A gázból elemi ként, a kénből cseppfolyós SO2-t állítanak elő. Az SO2-leválasztás hatásfoka 98%, az NOx-é 75–90%. A réz-oxid eljárásban a füstgázból párhuzamosan távolítják el az SO2-t, és redukálják az NOx-et. Az eljárás előnye, hogy az SO2 a rézzel impregnált timföld gömbökön adszorbeálódva CuSO4-et képez, amely NH3 jelenlétében szelektív redukáló katalizátora az NOx-nek. A folyamat bármilyen szén elégetésekor alkalmazható, a nedves mosókat használó rendszerektől eltérően hulladék nem keletkezik. A megkötött SO2-ből kén állítható elő. A folyamat négy egységből áll: abszorber, regenerátor, fű-
tőegység, égető. Az eltávolítás hatásfoka az NOx és az SO2 esetében egyaránt 90%. Összeállította: Regősné Knoska Judit Srivastava, R.; Hall, R. stb.: Nitrogen oxides emission control options for coal-fired electric utility boilers. = Journal of the Air and Wastes Management Association, 55. k. 9. sz. 2005. p. 1367–1388. Wendt, J. O.L., L.inak,W. P., stb.: Hybrid SNCR/SCR Technologies for NOx Control: Modeling and Experiment. = AIChE Journal., 47 k. 11.sz. 2001., p. 2603-2617 .
Egyéb irodalom Herczeg I.: Egyszerűen tisztább levegőt. = Környezetvédelem, 2006. júl. 4. sz. p. 6– 7.
Röviden Napsugárzással gerjeszthető heterogén fotokatalizátorok előállítása A vizek és a levegő szerves környezetszennyezői elleni küzdelem egyik ígéretes módja a heterogén fotokatalízis. A fotokatalizátorokkal szembeni elvárások a kicsiny energiafelhasználásuk, egyszerű technológiával nagy mennyiségben való előállíthatóságuk valamint az, hogy szennyező anyagok igen széles skálájával szemben eredményesen bevethetőek legyenek. A Szegedi Tudományegyetem kutatói TiO2 alapú fotokatalizátorokat preparáltak olyan módon, hogy az arra alapuló előállítási módszer ipari méretben is gazdaságos legyen. Kiindulási anyagként Ti(III) vegyületet választottak, annak oxidációja közben lejátszódó hidrolízisével amorf titán választható le. A leválasztást követő tisztítás utáni hőkezeléssel kellő fotokatalitikus aktivitású, kristályos, főleg anatáz módosulatból álló TiO2 állítható elő. A katalizátorokat minősítették; egyfelől kristályszerkezeti tulajdonságaikat és a kristályfajták szemcseméret szerinti eloszlását állapítottuk meg röntgendiffrakcióval, fajlagos felület mérésével, továbbá minősítették fotokatalitikus képességét is fenol folyadékfázisú, heterogén fotokatalitikus bontásával. Felvették az előállított anyagok elektronmikro-
szkópos képét, ami a vizuális értékelés mellett lehetővé tette az átlagos szemcseméret eloszlásának más fajta meghatározását is. A katalizátor-előállítás optimális körülményeinek megállapítása után vassal és vanádiummal adalékolt katalizátorokat állítottak elő azt remélve, hogy ezen fémoxidok jelenléte javítja a fotokatalizátor látható fénnyel (napsugárzással) való gerjesztésének hatékonyságát. A munka ezen szakaszában kialakítottak egy olyan kísérleti technikát, amivel biztosítani tudták, hogy a katalizátorokat kizárólag csak látható fénysugárzással gerjesszék. Az adalékok közül a vanádium nem volt lényeges hatással a katalizátor fenolbontó képességére sem látható, sem az UV-A sugárzással való gerjesztésnél. A vas-oxid formájában való adalékolása egy bizonyos koncentrációig szignifikánsan növelte a látható fénnyel gerjesztett katalizátor fenolbontó képességét. Ez elsősorban azzal volt értelmezhető, hogy a vas adalékolása kísérletileg is mérhető módon csökkenti a katalizátor tiltott sávjának energiáját (azaz növekedett a látható fénnyel való gerjeszthetőségének hatékonysága). A vasoxidnak a katalizátorba való beépítésével mintegy háromszorosára lehetett megnövelni a katalizátor fenolbontó képességét, ami a gyakorlati alkalmazások esetében már számottevő gazdaságosságot eredményezhet mind a beruházási, mind az üzemeltetési költségeket illetően. (II. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia, 2006. június 1–2., Pécs – előadás összefoglalója)
