air pollution management and technologies
DESCRIPTION
Chemical EngineeringTRANSCRIPT
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 1
1
Air pollutionAir pollution management and Technologiesmanagement and TechnologiesDr.Dr. PisutPisut PainmanakulPainmanakul
1. ระบบของมลพิษอากาศ
2. การเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอน
3. อนุภาคขนาดเล็ก
4. มลพิษจากไนโตรเจนและซัลเฟอร
5. สาร VOCs และมลพิษจากกลิ่น
1. ระบบของมลพิษอากาศ
2. การเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอน
3. อนุภาคขนาดเล็ก
4. มลพิษจากไนโตรเจนและซัลเฟอร
5. สาร VOCs และมลพิษจากกลิ่น
2
ไนโตรเจน (N) 78%
ออกซิเจน (O) 21%
อ่ืนๆ 1%
อากาศบริสุทธิ์ อากาศเสีย
อ่ืนๆ ???%ฝุน สารมลพิษตางๆ
ระบบของมลพิษอากาศ
3
แหลงกําเนิดมลพิษมี 2 แบบ คือ
1. แบบเกิดเองโดยธรรมชาติ
2. แบบมนุษยสรางขึ้น
ผูรับมลพิษ
บรรยากาศ
4
ระบบของมลพิษอากาศ
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 2
5
3. Carbon oxides
2. Nitrogen Oxides
1. Sulfur Oxides
6. Particulate matters (Hydrocarbon + Sulfur + Nitro Oxides Fine PM)
4. Volatile Organic Compounds (VOCs)
5. Hazardous organic substances and Heavy Metals
7. Photochemical Oxidants (NO + HC + O2+ Sunlight OO33+ NO+ NO22)
8. Greenhouse gases
ระบบของมลพิษอากาศ
แหลงกําเนิด
แพรกระจายข้ึนบรรยากาศชั้นบน อยูในบรรยากาศชั้นลาง
ลงมาอยูท่ีตนไม แหลงนํ้า ผิวดิน
สารมลพษิปฐมภูมิ สารมลพษิทุติยภูมิ
6
ระบบของมลพิษอากาศ
7
Primary Air Pollutants Secondary Air Pollutants
* ฝุน ควัน * O3
* CO * NO2 , HNO3
* SO2 * H2SO4
* NO, NO2
* Pb
ระบบของมลพิษอากาศ
8
• Carbon monoxide (CO) (~ 50%)
• Dust (PM)
• Oxides of Nitrogen (NOx)
• Oxides of Sulfur (SOx)
• Unburned Hydrocarbons (HC) Odors VOCs
Normally in low concentrations
(part per million; ppm to part per billion; ppb)
ระบบของมลพิษอากาศ
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 3
9
Improve Dispersion
Tall stacks, Intermittent control schemes and Relocate the plant
Reduce Emissions
Process change and Pollution prevention
Downstream pollution control device1. Dilution
ระบบของมลพิษอากาศ
10
Downstream pollution control device2. Air ventilation
Capture velocity =0.25 – 10.16 m/s
)r.x10.(VQ
)y4.(VQ
22round
2square
)VP.(FVP)VP.(FP SlotSlotddd)pa(
)pa(
2
d
d
29.1
VVP
25.0F
Dust velocity in pipe = 12.7 – 120 m/s
VPipe Particle size....elbowpipeDuct hhP
inletinletoutlet)essurePrStaticFan( VPPPFSP
11
s/m35)25273(
)273170(24
T
TTQQ 3
Std
StdActualStdActual
อัตราการไหลที่สภาวะจริงมีคาสูงกวาอัตราไหลที่สภาวะมาตรฐาน ดังนั้น ในการที่จะลดขนาดและกําลังของ
ระบบควบคุมมลพิษก็สามารถทําไดโดยการลดอุณหภูมิของกาซใหไดมากที่สุดกอนที่จะปลอยเขาสูระบบ
Dew point of Gaseous and effect of sulphur
ระบบของมลพิษอากาศ
1. ระบบของมลพิษอากาศ
2.2. การเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอนการเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอน
3. อนุภาคขนาดเล็ก
4. มลพิษจากไนโตรเจนและซัลเฟอร
5. สาร VOCs และมลพิษจากกลิ่น
1. ระบบของมลพิษอากาศ
2.2. การเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอนการเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอน
3. อนุภาคขนาดเล็ก
4. มลพิษจากไนโตรเจนและซัลเฟอร
5. สาร VOCs และมลพิษจากกลิ่น
12
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 4
13
CO2emissions
Greenhouse gases
(water vapor, carbon dioxide, methane,nitrous oxide, and ozone)
Greenhouse Effect
Global Climate changes
Ozone depletion
14
Global Warming
Solutions
Prevention Cleanup
Cut fossil fuel use (especially coal)
Shift from coal to natural gas
Improve energy efficiency
Shift to renewable energy resources
Transfer energy efficiency andrenewable energy technologies todeveloping countries
Reduce deforestation
Use more sustainable agriculture
Limit urban sprawl
Reduce poverty
Slow population growth
Store (sequester) CO2 byplanting trees
Sequester CO2 deep underground
Sequester CO2 in soil by using no-tillcultivation and taking crop land out ofproduction
Sequester CO2 in the deep ocean
Repair leaky natural gas pipelines andfacilities
Use feeds that reduceCH4 emissions bybelching cows
Remove CO2 from smokestackand vehicle emissions
EcologyEcology = A specific biological community and its physicalenvironment interacting in an exchange of matter and energy.
Consumer
Decomposer
Producer
C6H12O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O + EnergyCO
16
Effect of Air pollutantsEffect of Air pollutants -- COCO
• มีผลตอระบบการทํางานของรางกาย (Systemic effect) การขนถาย
ออกซิเจนของรางกาย
O2 + Hb → Hb O2
O2/ CO human blood Hb มีแรงดึงตอ CO ประมาณ 240 เทาของแรงดึงที่มีตอ
O2
Hb CO ในเลือดทําให แรงดึงระหวาง O2 และ Hb แนนขึ้น
คารบอนมอนอกไซดทําใหรางกายขาดออกซิเจน
ผลโดยตรงลดความสามารถในการขนถายออกซิเจนของเลือด
ผลขั้นที่สองคารบอกซีฮีโมโกลบินรบกวนการปลดปลอยออกซิเจนของออกซี
ฮีโมโกลบิน
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 5
17
Effect of Air pollutantsEffect of Air pollutants -- COCO
18
• Intermediates product of chemical reaction between carbonaceousfuels and oxygen
• CO occurs when oxygen is insufficient
–Poor mixing of fuel and air
– CO formed in high-temp zone
Combustion - TheoryTheory
22222yx N)b(76.3OH)2
y(CO)x(N)b(76.3O)b(HC
)4
y()x()b( 3.76 = จํานวนโมลไนโตรเจนในอากาศที่มีอยูในทุกๆ โมลของออกซิเจน
OH3CO6O)5.7(HC:Benzene
OH4CO7O)9(HC:Toluene
N52.7OH2CON52.7O)2(CH:Methane
22266
22287
222224
19 2020
Combustion - TheoryTheory
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 6
2121
Combustion - TheoryTheory
Stoic
Stoic
AF
AF
FAF
A
= อัตราสวนสมมูล (Equivalent ratio)
11
%36.4
46.0*48.9
%55.15
64.1*48.9
22
• A/F in molar ratio ofstoichiometry
• Line: y/x of hydrocarbon (CxHy)
– Methane (CH4): y/x = 4
– Benzene (C6H6): y/x = 1
– Coals: y/x = 0.2 – 0.8
Combustion - TheoryTheory
Fuel
Air
StoicFuel
Air
Stoic MW
MW.b67.4
m
mF
A
Stoic
Stoic
AF
AF
FAF
A
23
Combustion - TheoryTheory
24
Combustion - TheoryTheory
1716
1.29*2*67.4
MW
MW.b67.4
FA
Fuel
Air
Stoic
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 7
25
Combustion - TheoryTheory
1. ระบบของมลพิษอากาศ
2. การเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอน
3. อนุภาคขนาดเล็ก
4. มลพิษจากไนโตรเจนและซัลเฟอร
5. สาร VOCs และมลพิษจากกลิ่น
1. ระบบของมลพิษอากาศ
2. การเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอน
3. อนุภาคขนาดเล็ก
4. มลพิษจากไนโตรเจนและซัลเฟอร
5. สาร VOCs และมลพิษจากกลิ่น
26
27
อนุภาคฝุน อนุภาคฝุน : Particulate Matter (PM): Particulate Matter (PM)
มลพิษทางฝุนมลพิษทางฝุน คือการรวมตัวกันของของแข็งขนาดเล็กกับสารที่เปนละอองหรืแอโรซอลที่ปะปนอยูในอากาศ มีขนาดต้ังแตเล็กมากจนถึงขนาดใหญสังเกตได
รางกายตามธรรมชาติแลวสามารถท่ีจะปองกันฝุนไดโดยการไอหรอืการกรอง แตไมสารถปองกันฝุนท่ีมีขนาดเล็กมากกวา 10 ไมครอนหรือขนาด micrometers เทียบไดกับขนาด 1 ใน 7 ของเสนผานศูนยกลางของเสนผม ฝุนท่ีมีขนาดเล็กเหลานี้สามารถท่ีจะผานเขาไปสู ระบบการทํางานของปอด ระบบการแลกเปล่ียนกาซและระบบหมุนเวียนเลือดได
28
PM characterizationPM characterization
Particle characteristics
Concentration Size Distribution
Number Mass Coarse Fine Monodisperse Polydisperse
1000/cm3
2.5 g/cm3
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 8
29
Aerodynamic diameter
PM characterization - SizesSizes
ppspa .DD
30
• Total Suspended Particulate Matter (TSP)
• PM10
• PM2.5
• Particles less than 0.1
• Condensable Particulate Matter
PM characterization – Size categoriesSize categories
31
remains for all weight distribution
PM characterization – Lognormal distributionLognormal distribution
2ggm,pgm,p )(ln3)number(Dln)mass(Dln
32
PM characterization – Formation of PMFormation of PM
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 9
33
Behavior of PMBehavior of PM
10 m34
Collection MethodsCollection Methods
Gravity settling chamber Gravity
Mechanical collectors Centrifugal force
Electrostatic precipitators Electrostatic force
Fabric (Bag) filters Inertia impact, Direct interceptionand Diffusion
Particulate wet scrubbers Inertia impact, Direct interceptionand Diffusion
35
Gravity settler/Cyclone
Cyclone (High Efficiency)
Spray tower
ESP
Venturi Wet scrubber Equation
Particle size
Collection MethodsCollection Methods
Bag filter
36
Gravity settling chamberGravity settling chamber
This devices relies upon gravity settling to remove particles from the gas stream. Gravity
settling chambers are used only for very large particles in the upper end of the supercoarse
size range (approximately 75 micrometers and larger).
Particles in still air have two forces acting on them; (1) a gravitational force downward and
(2) the air resistance (or drag) force upward. When particles begin to fall, they quickly reach
a terminal settling velocity, which represents the constant velocity of a falling particle when
the gravitational force downward is balanced by the air resistance (or drag) force upward.
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 10
37
Centrifugal separator (cyclone)Centrifugal separator (cyclone)
Mechanical collectors use the centrifugal force of theparticles for collection. The particulate-laden gas stream isforced to spin in a cyclonic manner. The mass of theparticles causes them to move toward the outside of thevortex. Most of the large-diameter particles enter a hopperbelow the cyclonic tubes while the gas stream turns andexits the tube.
38
Electrostatic precipitators (ESP)Electrostatic precipitators (ESP)
Electrostatic attraction of particles is accomplished by establishing a strong electrical field and
creating unipolar ions. The particles passing through the electrical field are charged by the ions
being driven along the electrical field lines (Charged particles). Several parameters dictate the
effectiveness of electrostatic attraction including the particle size, gas flow rate, and resistivity.
Charging – precipitation – rapping
39
Case studyCase study 44 –– PM naturePM nature
จงคํานวณ พ้ืนที่ผวิและปริมาตรของอนุภาคฝุน (ดังรูป)
ความเร็วสูงสุดในการเคลื่อนที่ของอนุภาค
เวลาที่อนภุาคดังกลาวเคลื่อนที่ได 2 เมตรในอากาศกอนตกถึงพื้นดิน
ระยะทางที่อนุภาคเคลื่อนทีไ่ดสูงสดุ (Stopping distance)
พ้ืนที่อุปกรณกาํจัดฝุนแบบใชแรงโนมถวงที่จําเปน สําหรับจัดการกับ
อัตราไหลของอนุภาคนีเ้ทากับ 1000 m3/min
กําหนดให อุณหภูมิเทากับ 25 C และความดันท่ี 1 atm
ความหนาแนนของอนุภาคเทากับ 1000 kg/m3
.18
C..d.Ux
p2pTo
cetandisstop
18
d)(gU
2pairs
arminLa
W.L
QU air
T
40
Case studyCase study 44 –– PM naturePM nature
s/cm029.0
10.75.118
)103()204.11000(81.9
18
d)(gU
5
26
2pairs
arminLa
m083.0.18
C..d.Ux p
2pTo
cetandisstop
23
T
air m5747min/s60s/m0029.0
min/m1000
U
QA
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 11
Collection MethodsCollection Methods –– Bag FilterBag Filter
%100onInterceptiDiffusionpactImoverallT
T is independent to the gas flow rate Good for unstable gas flow conditions
f
a0
A
QUratioClothtoAir
Filtration (Face) velocity
2/3b
2/1
2/12
2/1b
6/1
3/22
I
IT
D.
V.D.3
V.D.
D.6
7.0K
K
Collection MethodsCollection Methods –– Wet scrubberWet scrubber
Cross flow scrubber
Wetted wall
Counter-flow scrubber
Spray tower
Co- flow scrubber
Venturi wet scrubber
Pollution Flooding High efficiency
Collection MethodsCollection Methods –– Wet scrubberWet scrubber
Scrubber
Gas – Liquid contactor
Cyclone
Gas – Liquid separator
Liquid-Solidseparator
Dirty gasMixed gasand liquid Clean gas
Dirty liquid
Dirty liquid
Clean liquid
Collection MethodsCollection Methods -- ChoosingChoosing
Particle size
Required Collection efficiency
Gas flow rate
Time between cleanings
Nature of particle
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 12
1. ระบบของมลพิษอากาศ
2. การเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอน
3. อนุภาคขนาดเล็ก
4. มลพิษจากไนโตรเจนและซัลเฟอร
5. สาร VOCs และมลพิษจากกลิ่น
1. ระบบของมลพิษอากาศ
2. การเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอน
3. อนุภาคขนาดเล็ก
4. มลพิษจากไนโตรเจนและซัลเฟอร
5. สาร VOCs และมลพิษจากกลิ่น
45
3. Carbon oxides
2. Sulfur Oxides
1. Nitrogen Oxides
6. Particulate matters + (Hydrocarbon + Sulfur + Nitro Oxides Fine PM)
4. Volatile Organic Compounds (VOCs)
5. Hazardous organic substances and Heavy Metals
7. Photochemical Oxidants (NO + HC + O2+ Sunlight OO33+ NO+ NO22)
8. Greenhouse gases
Types of Air pollutantsTypes of Air pollutants
46
0.1 – 1 ไมครอน
47 48
กลไกการเกิด SOx
เชื้อเพลิงท่ีมีกาํมะถันหรือซัลเฟอรเปนองคประกอบ (ไม < 0.1%) (ถานหิน 0.5 - 3%)
Pyrites, Sulfates และสารอินทรีย
94 – 95 % ของซัลเฟอรจะเปล่ียนเปน SO2
เพียง 0.5 – 2.0 จะถูกเปล่ียนเปน SO3
อุณหภูมิลดลงตํ่ากวา 316 ºC SO3 จะรวมตัวกับนํ้าเกิดเปนกรดซัลฟุริก (H2SO4)
S + O2→ SO2
S + 1.5O2→ SO3
SO3 + H2O→ H2SO4
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 13
49
ผลกระทบตอส่ิงแวดลอม
50
การจัดการ SO2
การใชเชื้อเพลิงที่มีซัลเฟอรต่ํา
กาซธรรมชาติ หรือเลือกใช (ถานหินซัลเฟอรตํ่า 0.6 – 1 % )
การกําจัดซัลเฟอรไดออกไซดในไอเสีย
วิธีการ Flue Gas Desulfurization (FGD) แบบ
เปยก หรือแบบกึ่งแหงและแหง
วิธีการดูดซับดวยปูนขาว
วิธีการดูดซับดวยแมกนีเซียมไฮดรอกไซด
อื่นๆ
การปรับปรุงคุณภาพถานหิน
Coal Gasification
Coal Liquefaction
Coal Cleaningทําการแยกซัลเฟอรในถานหินที่ทําใหมีขนาดเล็กลงออกในรูปของกาซ H2S และกาซอ่ืนๆ โดยลดขนาดถานหิน เผาที่ T, P สูงและจํากัดปริมาณ O2
51
NOx SOx
• ไมมาจากเชื้อเพลิงทั้งหมด (เชื้อเพลง 10 – 20% และการ
ทําปฏิกิริยาระหวางไนโตรเจนในบรรยากาศและออกซิเจนใน
เปลวไฟภายใตอุณหภูมิสูง
• ทั้งหมดกอตัวมาจากซัลเฟอรที่เปนสวนประกอบใน
เชื้อเพลิง
• สามารถลดลงไดมากโดยการปรับแตงเวลา อุณหภูมิ และ
องคประกอบของออกซิเจนในเปลวไฟ
• ใชไมไดผลกับกรณีซัลเฟอร
• ยานพาหนะเปนสาเหตหุลัก • มักเกิดจากเชื้อเพลิงที่เลือกใช
• NO ละลายน้ําไดต่ํามาก และปฏิกิริยาการรวมตัวกับน้ําเกิด
เปนกรดไนตริกนั้นชามาก (หลายชั่วโมง)
• SO2 ละลายน้ําไดดีมากและสามารถทําปฏิกิริยากับสารเคมี
พวกดาง (หินปูน) ในเวลาไมก่ีวินาที
• รูปสุดทายจากการบําบัดคือ N2 และ O2 • รูปสุดทายของการบําบัดคือ CaSO4 52
กลไกการเกิด NOx
Emission(NO + NO2) --> NOx>95 [%] as NO< 5 [%] as NO2
Free AtmosphereNO + 1/2 O2 --> NO2
Rules:
NO + NO2 calculated as NO2
Generally only NO (nitrogenmonoxide) is measured !!!
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 14
53
Thermal NOx
N2 + O2 ↔ 2NO (อุณหภูมิสูง)
NO + ½ O2 ↔ NO2 ( อุณหภูมิสูง ใชเวลานาน)
ปจจัยสาํคญั
1) อุณหภูมิของเปลวไฟ
2) ระยะเวลา ณ อุณหภูมิสูง
3) ปริมาณออกซิเจน
ควบคุมใหความเขมขน O2
ควบคุมอุณหภูมใิหต่ํา
ระยะเวลาเผาไหมส้ันลง
ประเภทของ NOx
54
Fuel NOx
ไนโตรเจนเปนองคประกอบในเช้ือเพลิง
ความเขมขนของ NOx สัมพันธกับปริมาณไนโตรเจนในเช้ือเพลิง
มีมากในเช้ือเพลิงจากหินนํ้ามัน (รอยละ 2)
อตัราการเกดิ NOx จากไนโตรเจนในเชือ้เพลงิ
- ความเขมขนของ O2 ในเปลวไฟ
- อัตราการผสมระหวางเช้ือเพลิงและอากาศ
ปรบัปรงุสภาพการเผาไหม
• เผาไหมแบบหลายข้ันตอน
• อุนอากาศกอนเผาไหม
ประเภทของ NOx
OHNNONH/NHHCNOFuel
OHNOONH/NHHCNOFuel
2222
2222
55เกิดจากปฏิกิริยาระหวางไนโตรเจนและออกซิเจนกับธาตุคารบอนที่ไวตอปฏิกิริยา (จากเชื้อเพลิง)
22
2
2
NNOOHCN
ONOON
NHCNNCH
Prompt NOx
เปนอิสระจากอุณหภูมิ
และเกิดขึ้นที่ T ตํ่า
ประเภทของ NOx
56
- ปริมาณ N ในเช้ือเพลิง
- ความเขมขนของ O2
การควบคุมและปองกัน NOx ในกาซไอเสีย
- อุณหภูมิเปลวไฟ
- ระยะเวลาท่ีกาซอยูในเตาเผา
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 15
5757
การกําจัด NOx ในกาซไอเสีย
ประเภท วิธกีาร สารกอปฏกิริิยา
แบบแหง
วิธีการทําปฏิกิริยา Catalytic Reduction ดวยแอมโมเนีย แอมโมเนีย, ยูเรีย
วิธี Non-Catalytic Reduction แอมโมเนีย, ยูเรีย
วิธี Activated Carbon เปนวิธีกําจัดกํามะถัน (ติดผิว)
และไนโตรเจน (ทําใหเกิด Reduction) พรอมกนั
แอมโมเนีย
วิธีฉายลําอิเลคตรอน (วิธีกําจัดกํามะถันและไนโตรเจน
พรอมกัน) NH3SO4 และ NH3NO3
แอมโมเนีย, ยูเรีย
แบบเปยก
วิธี Oxidation Reduction
โดย NO เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (O3) และดูดซับดวยสารละลายโซเดียมซัลไฟท
โอโซน
คลอรีนไดออกไซด
โซเดียมซัลไฟท
1. ระบบของมลพิษอากาศ
2. การเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอน
3. อนุภาคขนาดเล็ก
4. มลพิษจากไนโตรเจนและซัลเฟอร
5. สาร VOCs และมลพิษจากกลิ่น
1. ระบบของมลพิษอากาศ
2. การเผาไหมและมลพิษประเภทคารบอน
3. อนุภาคขนาดเล็ก
4. มลพิษจากไนโตรเจนและซัลเฟอร
5. สาร VOCs และมลพิษจากกลิ่น
58
59
Definition of VOCsDefinition of VOCs
สารอินทรียระเหย (Volatile Organic Compounds)
• เปนกลุมของสารท่ีประกอบดวยคารบอนกับไฮโดรเจนและธาตุอ่ืน ซึ่งมีความดันไอท่ีสภาวะปกติสูงพอท่ีจะระเหยสูบรรยากาศ
• คํานิยามของสารอินทรียระเหย
• สหรัฐอเมริกา : เปนสารอินทรียใดๆ ที่ทาํปฏิกิริยาโฟโตเคมิคัล
• สหภาพยุโรป : เปนสารประกอบอินทรียที่มีจุดเดือดไมเกิน 250 ซ ที่ความดันบรรยากาศ 101.3 kPa
• เราสามารถจําแนกสารอินทรียระเหยเปน 2 กลุมหลักคือ ไฮโดรคารบอนและอนพุันธของสารไฮโดรคารบอน
60
Definition of VOCsDefinition of VOCs
• แหลงกําเนิดจากกิจกรรมของมนษุยไดแก
• ยานพาหนะ : รถยนต รถจักรยานยนต รถประจําทาง และรถบรรทุก
• โรงงาน : โรงไฟฟา โรงกล่ันน้ํามัน โรงงานอุตสาหกรรมทั่วไป
• แหลงกําเนิดภายในอาคาร : วัสดุอาคาร การทาํความสะอาดอาคารดวยสารเคมี เคร่ืองใชสํานักงาน
• แหลงกําเนิดธรรมชาติ ไดแก ตนไมจําพวกมะนาว สน และไฟปา เปนตน
แนวทางในการควบคุมการปลอยสารอินทรียระเหย ไดแก
• การลดการใชพลังงานและเพิม่ประสิทธิภาพการใชพลังงาน
• การใชเทคโนโลยีควบคุมการปลอยสารอินทรียระเหยท้ังจากยานพาหนะ จากโรงงาน และจากแหลงกําเนิดในอาคาร
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 16
61
Control/Reduction Methods
• Restrict or Reduce quantity of pollutant formed in
production process
• Adsorbed on surface of solids (Adsorption)
• Absorbed by liquid solvents (Absorption)
• Oxidized by catalytic or Incinerated to non-pollutant
forms (Incineration)
62
Control/Reduction Methods
• Restrict quantity of pollutant formed in production
process
– Substitution (water-base paint, Natural gas/propane)
– Process Modification (Solvent/fuel, fluidized-bed power coating)
– Leakage control (filling, breathing, empty modification, seal leak)
P
P.xyP.xP.y
VaporAA
AVapor
AAA
VOCsAir
Air
VVOCVOCs
emissionVOCs
VOCsAirVOCsemissionVOCs
M.T.R
P.
P
P.xC
M.C.yC
T.R
M.P.xC VOCs
VVOCVOCs
VOCs
63
Modified sealsFloating roof
64
Control/Reduction Methods
• Restrict or Reduce quantity of pollutant formed in
production process
• Adsorbed on surface of solids (Adsorption)
• Absorbed by liquid solvents (Absorption)
• Oxidized by catalytic or Incinerated to non-pollutant
forms (Incineration)
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 17
65
กระบวนการถายเทมวลสาร (Mass transfer) ของโมเลกุลหรือคอลลอยด ซึ่งอยูใน
ของเหลวหรือกาซ ใหมาเกาะจับและตดิบนผิวของสารตัวกลาง (Media) ของแข็ง
Adsorbent ของแข็งท่ีมีพื้นท่ีผิวเปนท่ีเกาะจับ
Adsorbate โมเลกุลหรือคอลลอยดท่ีตองการบําบัด
แรงในการดูดติดผิว (Adsorption force)
แรงกายภาพ
(Physical force)
แรงทางเคมี
(Chemical force)
แรงกายภาพและเคมี
(Physical and chemical force)
Adsorption
66
http://www.cee.vt.edu/program_areas/environmental/teach/wtprimer/carbon/sketcarb.html#Carbon
กําลังขยายกลองจุลทรรศน
ถานกัมมันตมรีูเล็กๆ (cavernous pores)จํานวนมาก ทําใหมีพื้นท่ีผิวมากกวาสารชนิดอ่ืนท่ีมีน้ําหนักเทากัน
Carbonizedcoconuts
Activatedcoconuts
Adsorbent ถานกัมมันต (Activated carbon)
Adsorption - AdsorbentAdsorbent
6767
Adsorption - AdsorbentAdsorbent
68
Adsorption
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 18
69
Absorption
• Bringing dirty gas into contact with scrubbing clean
liquid, and separating clean gas from dirty liquid
• Rate of mass transfer is proportional to surface area and
concentration gradient
• Need large area with good contact (packed tower)
• Generally arranged in counter flow (give best
concentration gradient)
70
Absorption
Plate (Tray) Packed Bubble (Spray) column
Liquid
Gas
Gas Liquid
Liquide
Gaz
Gaz Liquide
Liquide
Gaz
Gaz Liquide
Liquide
Gaz
Liquide
Gaz
71
AbsorptionGas SolubilityThe gas solubility should be high, thus increasing the rate of absorption and decreasing thequantity of solvent required. Generally solvent with a chemical nature similar to the solute to beabsorbed will provide good solubility. A chemical reaction of the solvent with the solute willfrequently result in very high gas solubility, but if the solvent is to be recovered for re-use, thereaction must be reversible.Volatility The solvent should have a low vapour pressure to reduce loss of solvent in
the gas leaving an absorption column.Corrosiveness The materials of construction required for the equipment should not be
unusual or expensive.Cost The solvent should be inexpensive, so that losses are not costly, and
should be readily available.Viscosity Low viscosity is preferred for reasons of rapid absorption rates, improved
flooding characteristics in packed column, low pressure drops on pumping,and good heat transfer characteristics.
Others → The solvent should be non-toxic, non-flammable and chemically stable.
Choosing of Absorbent
72
Absorption
2/12/2009
Dr. Pisut Painmanakul 19
73
Incineration or Afterburning
• For removing combustible air pollutants
• When high volume flow rate and low concentration
• Most odorous pollutants are combustible or chemically
changed to less odorous when heated sufficiently with oxygen
• Organic aerosols causing visible plumes, smog, or health
hazard will be destroyed
• 3 types: direct flame, thermal, and catalytic
Most important 3 T: Time, Temperature, Turbulence
74
• Flammability of waste and fuel in the mixture of air
• Explosive Possibility: most violent with slight fuel-rich
• Stoichiometric mixture of hydrocarbons and air has a heat
combustion of 100 Btu/scf (3725 kJ/m3)
• Lower Explosive Limit (L.E.L) ~ 50% ~50 Btu/scf transportation
recommend 25%LEL ~10-15 Btu/scf
• Waste gases are burned directly in a combustor w/ or w/o
additional fuel
Incineration – Direct flame IncinerationDirect flame Incineration
75
• For very low combustible pollutants concentrations, 1 – 20
Btu/scf (40 – 750 kJ/m3)
• Waste gas is preheated and passed through combustion zone
of a burner with supplement fuel
• Temp 1000 – 1500 F (540 – 820 C), low cost chamber and less
NOx
Incineration – Thermal IncinerationThermal Incineration
7676
• Competitive to Thermal Incineration,
using catalyst to accelerate chemical
reaction rate, result in much smaller
residence time (1/20 – 1/50)
• Reaction occurs at low temp (320 –
540 C) on surface of catalyst, no direct
flame, achieve 95-98% efficiency
Incineration – Catalytic IncinerationCatalytic Incineration