levegővédelem (ngb km012 1)

Levegővédelem (NGB KM012 1)Gázhalmazállapotú légszennyezők

leválasztása

2011-2012-es tanév I. félév

Előadó: Lautner Péter

Gázhalmazállapotú légszennyező anyagok leválasztó eljárásai és

berendezései• Nedves eljárások

– Abszorpciós eljárások

• Biológiai eljárások• Száraz eljárások

– Adszorpciós eljárások – Égetéses eljárások

• Nyílt lángú égetés• Utóégetés• Katalitikus égetés

• A gáz halmazállapotú anyagok emissziójának megakadályozása/csökkentése két úton történhet.

– A légszennyező technológia oly módon történő módosításával, hogy az emisszió megszűnik, vagy a megengedett normák alá csökken.

– Légtechnikailag zárt szerkezetben végbemenő folyamatoknál a keletkező légszennyező anyagokat leválasztó berendezésen/eljáráson átvezetve a kibocsátás mértéke a megengedett normák alá csökken.

A levegőtisztaság-védelmi előírások meghatározzák a kibocsátott véggázban megengedett légszennyező anyag koncentrációt (esetlegesen tömegáramot), és előírják a szükséges tisztítási hatásfokot.

A megfelelő tisztító berendezés kiválasztásához ismerni kell a gáz áramlási sebességét, hőmérsékletét, összetételét és a szennyezőanyag koncentrációt, a leválasztandó anyag fizikai és kémiai tulajdonságait.

A leválasztás megtervezésekor fontos szempont a leválasztott komponens további kezelése.– átalakítás ártalmatlan anyaggá– visszanyerés hasznosítható formában– a keletkezett anyag kezelése/lerakása

Nedves eljárásokelőnyei / hátrányai

A nedves eljárások előnyei:

• Azonos szerkezeti kivitel mellett többféle igényhez lehet alkalmazni

• Az abszorbensek hatékonysága fizikai és kémiai módszerekkel fokozható, az aktivitás szintje folyamatosan fenntartható

• Az eljárás alkalmazhatósága független a hordozó közeg (levegő, gáz, füstgáz ) vízgőz tartalmától

A nedves eljárások hátrányai:

• Magasabb hőmérsékletű hordozó közeg esetén fellép az abszorbens párolgása

• A nedvesség állandó jelenléte korróziós problémákat okozhat

• Kezeléstechnikai problémák jelentkezhetnek

Nedves eljárásokleválasztási irányzatok

Gyártói irányzatok:

1. Felületbázisú légtisztítók a tisztító térbe a folyadék bevezetés öntözéssel vagy porlasztással történik terelő csatornák vagy nagy fajlagos felületű töltetek alkalmazásával, a tisztítandó gáz és az abszorbens érintkezési felületének növelése céljából.

2. Energia bázisú légtisztítókviszonylag kisebb térben és felületen történik a tisztítandó gáz és az abszorbens érintkezése, nagy energia tartalom mellett az abszorpció intenzitásának fokozása céljából

Nedves eljárásokleválasztási irányzatok

A gázok folyadékokban való oldékonysága függ a:

•a folyadék és a gáz anyagi sajátosságait kifejező fajlagos abszorpciótól

•a gáz parciális nyomásától (növekvő nyomás>növekvő oldékonyság)

•a hőmérséklettől (csökkenő hőmérséklet>növekvő oldékonyság).

A gázok a megfelelően megválasztott folyadékokban nem csak fizikai abszorpcióra, hanem kémiai reakcióba is léphetnek, amivel többszörösére emelhető a tisztítás hatékonysága.

Nedves eljárásokAz abszorbensel szemben támasztott követelmények

Ne legyen illékony és gyúlékony, legyen olcsó, alacsony viszkozitású és szagtalan.

Alkalmas abszorbens lehet:

•Semlegesítő vegyi anyagok oldatai

•Szerves oldószerek, olajok

•Víz, vizes oldatok

A tisztító berendezés kapacitása az egységnyi idő alatt a berendezésen átvezetett gáz mennyiségével, térfogatával jellemezhető.

Az áramlási sebesség növelésénak akadályai:•Csökken a tartózkodási idő

•Nő a nyomásveszteség (magasabb energiaigény)

•Megnövekszik a cseppkihordás

Nedves eljárásokAbszorpciós tornyok felosztása

A leggyakoribb és legegyszerűbb abszorber csoport.

Megkülönböztetünk üres és töltött oszlopokat.

Az üres torony kisebb nyomásesése alacsonyabb energiafelhasználást eredményez,de kisebb a leválasztási hatásfok mint a töltetes oszlopnál.

Nedves eljárásokTöltet nélküli ellenáramú mosótorony

Nedves eljárásokTöltet nélküli ellenáramú mosótorony

porlasztóval

Porlasztó típusok:

Nedves eljárásokTöltött oszlopok

Töltet típusok:A tornyok szükség szerint bélelhetők, vagy

sav illetve lúgálló anyagból készülhetnek a leválasztandó anyagok illetve a mosófolyadék tulajdonságai szerint.

A töltetek változatos formájúak (golyó, nyereg, Rasching gyűrű,..) és eltérő anyagúak (kerámia, saválló acél, szén…) lehetnek

A töltetek elhelyezése lehet rendezett illetve rendezetlen.

A gázáramlás sebességének meghatározása a töltött oszlopoknál fokozott figyelmet igényel mert túl nagy áramlás elárasztáshoz vezet, és a mosó nem üzemel.

Nedves eljárásokTöltött oszlopok

Töltet tartó és folyadék elosztó tálcák:

A mosófolyadéknak a töltetágy teljes keresztmetszetében és magasságában való egyenletes elosztás érdekében folyadékelosztó és töltettartó rácsokat alkalmaznak.

A töltetek a mosófolyadék jelentős részét hajlamosak a mosó falához vezetni ezért minden töltetszakasznál a tálcákat be kell építeni.

Nedves eljárásokA buborék- és habkolonnák azonos eleven működnek, ezekben a berendezésekben a gázt áramoltatjuk keresztül a folyadékon.

Az egyenletes buborékoltatás érdekében valamilyen gázelosztót alkalmazhatunk, ezek tartják a folyadékot s megfelelő nyomáskülönbséggel bevezethető a gáz.

A buborékkolonnában a gáz áramlási sebességétől, a folyadék viszkozitásától és a felületi feszültségtől függően kisebb-nagyobb méretű egyedi buborékok alakulhatnak ki, amelyek összeolvadhatnak és széteshetnek. Ez az áramlási kép akkor jellemző, ha a gáz lineáris áramlási sebessége a 0,5 m/s értéket nem haladja meg.

Nedves eljárásokHa a gáz sebessége ennél nagyobb, akkor dinamikus hab jöhet létre; ilyen viszonyok között működik a habkolonna.

A gázsebesség további növelésével a folyadék teljes egészében habbá alakulhat át. 4,5 m/s fölötti gázsebesség esetén a gáz cseppek formájában magával ragadja a folyadékot és kihordja a berendezésből.

A habkolonnákban a folyadék tartózkodási ideje igen nagy is lehet, ezért lassú folyamatok lejátszatására is alkalmasak.

Nedves eljárásokAz ellenáramú berendezésnél általában több folyadék-tartólemezt alkalmazunk, és a perforációk biztosítják a folyadék lecsepegését.

A keresztáramú buborékoszlopnál a folyadék az egyes tányérokról túlfolyókon át távozik; alkalmazásuk akkor előnyös, ha nagy gázmennyiséget kevés mosófolyadékkal kívánunk tisztítani.

Az elárasztásos kolonnáknál az egész rendszer összefüggő habréteget képez, a habmagasságot (és így a folyadékelvezetést is) túlfolyóval szabályozhatjuk.

Nedves eljárásokTányéros oszlopok

Szitatányéros és buboréksapkás

•

Nedves eljárásokHabkolonnák.

• Turbulens áramlású töltetes gázmosó

Nedves eljárások

Lebegtető ágyas gázmosó

• A lényeg a könnyű (pl: polietilén) golyókból álló ágy, amit a gázáramlás lebegésben tart.A mozgó golyók intenzív érintkezést biztosítanak a gáz és a folyadék között, a golyók mozgása egyúttal megakadályozza a tömődést is.

Nedves eljárások

Nedves eljárásokBHS mosóA szennyezett gázt először a nyomáskiegyenlítő térbe vezetik, ahol kis méretű Ventúri cső van elhelyezve úgy, hogy az azokon keresztüláramló szennyezett gáz a torokrészbe folyadékot szív fel.A kitáguló térben a cseppek és a gáz veszít sebességéből és a cseppek visszahullnak az abszorpciós folyadékba. A tisztított gáz egy cseppleválasztón keresztül távozik a készülékből.

Nedves eljárások

Pease-Antoni típusú Ventúri mosó

Az egyik legelterjedtebb típus.

A radiálisan elhelyezett torkolati csöveken vezetik be a folyadékot elérve, hogy az axiális sebesség zéró.

Az a) ábra kis szögeltéréssel illetve a b) ábra egymással szemben párhuzamos vonal mentén történő folyadék bevezetést szemléltet.

Nedves eljárások

Körting típusú Ventúri mosó

Az ábrán látható Ventúri-mosó lényege a fúvókával (porlasztóval) történő abszorbens bevezetés amelyhez nagynyomású levegőt használnak.

Nedves eljárások

Inatra típusú Ventúri mosó

Az ábrán látható Ventúri-mosó elsődlegesen forró gázok hűtésére, illetve nedvesítésére használatos..

Nedves eljárások

Wagner-Bíró típusú Ventúri leválasztó

A Ventúri mosók azon hibáját, hogy nagy mennyiségű gáz teljes keresztmetszetében nehezen érhető el a tisztítás az ábrán látható leválasztó készülék kiküszöböli.

A megoldást a sok kis átmérőjű torok kialakítása jelentette.

Így a folyadék eloszlása is egyenletesebb..

Nedves eljárásokPermetkamra

Könnyen abszorbeálódó gázok esetén alkalmazzák permetkamrát, amelyben a tisztítandó gázt érintőlegesen vezetik be.

A permetkamra előnye az egyenáramú és ellenáramú működtetés lehetőségén túl a rendszer dugulás mentessége.

Hátránya a töltött és tányéros oszlopokhoz képest alacsony hatásfok.

Nedves eljárásokCsepp leválasztók

Áramlási rácselem.

Perdítőelemes centrifugális cseppleválasztó

Rostágyas cseppleválasztó

A nedves gáztisztítás során magas a gázokkal távozó folyadékrészecskék, cseppek aránya. Ezért a nedves leválasztást rendszeresen cseppleválasztók beépítése követi.

A rácselem ütköztetéssel választja le a cseppeket.

A perdítőelemes leválasztó a centrifugális erőt használja ki.

A legegyszerűbb megoldás a rostágyas „szűrés”, valójában a szűrőhálón ütköztetéses leválasztás történik.

Biológiai légtisztításMegkülönböztetünk biológiai mosókat (nedves eljárás) és biológiai szűrőket („száraz”eljárás)

A biológiai mosóknál a mosófolyadék regenerációja a mikroorganizmusok biológiai lebontó tevékenysége és biológiai szűrőbetétek alkalmazásával történik.

A biológiai szűrőknél a szennyezett levegőt biológiailag aktív anyagon (komposzt, tőzeg, csarab..) áramoltatják át és adszorbeálják A lebontást mikroorganizmusok végzik.

Működési feltételek:

•Szűrőágy állandó nedvesítése•Optimális hőmérséklet tartása (25-30 °C)•Biológiailag lebontható légszennyező (pl.: bűz anyagok)•Toxikus anyagok kizárása

Száraz eljárások

A száraz légtisztítási három fő csoportja:

•Adszorpciós eljárások

•Elégetéses eljárások

•Kondenzációs eljárások

Elsősorban az elégetéses eljárások terjedtek el, ezt követik az adszorpciós módszerek és a kondenzációs valamely nagyobb hatásfokú technológia kiegészítő lépéseként jelenik meg.

Száraz eljárásokAdszorpciós eljárások

Gázok szilárd felületen való megkötését adszorpciónak nevezzük.

Az adszorpció lehet kémiai és fizikai erők eredménye.

A folyamat lehet reverzibilis (megfordítható), ez elsősorban a fizikai erők hatására létrejött adszorpció, és lehet nem reverzibilis ez elsősorban a kémiai kötéssel létrejött adszorpció.

A szilárd anyagot amin a gáz megkötődik adszorbensnek nevezzük.

Kiválasztásánál alapelv, hogy apoláris molekulát apoláris adszorbenssel, poláris molekulát poláris adszorbenssel tudunk megkötni.

Adszorbensként használatos anyagok: aktív szén, szilikagél, polimer gélek, szilikátok, alumínium-oxid, zeolitok, …

Száraz eljárásokAdszorpciós eljárások

A nyugvó ágyas recirkulációs eljárás a hűtéstechnikában terjedt el.

A nyugvó ágyas regenerálható adszorbereket magas koncentrációk megkötésérehasználják

A nyugvó ágyas nem regenerálható adszorberek alacsony koncentrációk teljes megkötésére használják.

Nagyobb koncentrációk esetén regenerálható adszorber egységet használnak ahol felváltva két vagy több adszorber üzemel és közben egy egységet regenerálnak.

Száraz eljárásokNyugvó ágyas adszorpciós berendezések

Fix ágyas adszorberek Fél folyamatos adszorber

Száraz eljárásokAdszorpciós eljárások hatásosságát befolyásoló tényezők

1. Az adszorbens ágy mérete2. Az ágyazat töltése3. Az adszorbens felülete4. Az adszorbens minősége (anyagi tulajdonságai)5. A tisztítandó gázáram sebessége6. Az eltávolítandó szennyező gáz koncentrációja7. A gázáramban jelenlevő zavaró komponensek8. A rendszer hőmérséklete és nyomása9. Az exotermikus adszorpciós folyama során keletkezett hő elvezetése

Száraz eljárásokElégetéses eljárások:

Az ipari eljárások során kibocsátott legtöbb szerves gáz és gőz, valamint könnyen oxidálható szervetlen gázössztevő alkalmas arra, hogy különféle tüzelési eljárás útján mennyiségük minimális értékre csökkenthető, esetleg megszüntethető legyen.

Az elégetéses módszer három alaptípusa:

1. Nyílt lánggal történő égetés2. Közvetlen elégetés utóégetőben magas hőmérsékleten3. Katalitikus égetés viszonylag kis hőmérsékleten

.

Száraz eljárásokElégetéses eljárások:

Bármely termikus égetési rendszert döntően négy paraméter határoz meg

1. A gázok hőmérséklete2. Az oxigén mennyisége3. A szennyező anyagok tartózkodási ideje az oxidációs hőmérsékleten4. A turbulencia, amely biztosítja az érintkezést a szennyezőanyagok

és a láng között

A klór-, fluor- és kéntartalmú anyagok égetése során HCl, HF, SO2 keletkezik. Ezek a gázok vízgőz jelenlétében agresszív savakat alkotnak. Amennyiben ezek az anyagok jelentős mennyiségben vannak, a gázban akkor az utóégető után más leválasztó rendszert (abszorber, adszorber,..) is üzemeltetni kell.

Száraz eljárásokElégetéses eljárások:Nyílt lánggal történő elégetés

Elvi kialakítás

Kőolaj finomítók és vegyi üzemek alkalmazzák.

Csak könnyen éghető, illékony gázok esetén alkalmazható.

A legkevésbé jó módszer.

Rövid az égési idő a tökéletes oxidációhoz.

Nem teljesíti a környezetvédelmi előírásokat.

A lángba gyakran kevernek gőzt vagy inert gázokat a turbulencia létrehozása érdekében.

A vízgőz a fáklya koromképződését is csökkenti:

C+H2O=CO+H2


Tényleges kéménytorok kiképzés

A fáklyák két fő típusa a magas fáklya (50-100m) és az alacsony fáklya.

A magas fáklya előnyei, hogy biztonsági és környezetvédelmi okokból jobb a magas elhelyezés.

A láng kialvása utáni elpuffanás a magasban következik be, jobb a hígulás,.

Hátrány a nagy zajhatás és magas gőzigény.


Bunsen fáklya Az alacsony fáklyák néhány méter magas tűzálló anyagú kémények.Eltérő égőtípusokkal égetik el a tisztítandó gázt.Csak kisebb gázmennyiség elégetésére alkalmasak.Előnyük a gőz helyett alkalmazható víz porlasztás.Hátrányuk a talajközeli kibocsátás miatti gyenge hígulás.

Száraz eljárásokKözvetlen elégetés utánégető berendezésben

A közvetlen elégetés rendszerint gáz vagy olajtüzelésű berendezésben történik, ahol a gázokat a gyulladási hőmérsékletre hevítve és levegővel (oxigénnel) összekeverve a megfelelő tartózkodási idő mellett tökéletesen elégnek.

A berendezés magas energetikai költségei miatt a kialakítás rendszerint tartalmaz előmelegítő és hőhasznosító szakaszt is.

Egy jól tervezett berendezés akár 90% -99% hatásfokkal is üzemeltethető.

Száraz eljárásokKatalitikus égetés

A katalitikus égetés lényege az alacsonyabb hőmérsékleten valamilyen katalizátor (Pt, Pt-Al2O3, fémoxidok,..) jelenlétében lezajló oxidáció.

A hőigény termikus égetéssel szemben ~50%.

A tisztítási hatásfok 99%

Élettartam helyes üzemvitel esetén több év.

Katalizátorral szembeni elvárások:

•Nagy fajlagos felület

•Katalizátor mérgekkel ( As, Pb, Hg, Zn, ..) szembeni ellenállás

•Könnyű regenerálhatóság


A katalizátor hatékonysága fokozható azzal, ha felvisszük valamilyen nagy felületű szilárd természetes ( kovaföld, agyag,..) vagy szintetikus (szilikagél, kovasav,..) anyagra.A hordozó előnyei:

•Növeli a fajlagos felületet (drága katalizátor esetén igen előnyös)

•Növeli a katalizátor mérgekkel ( As, Pb, Hg, Zn, ..) szembeni ellenállás

•Fokozza a katalizátor stabilitását

Ha a folyamatokra kedvezően hat akkor több féle katalizátor vegyesen is alkalmazható. Az is előfordulhat hogy két katalizátor nem erősíti, hanem gyengíti egymás hatását.

Ha a katalitikus működés hőfoka nem megfelelő úgy előmelegítő égő alkalmazása is szükséges lehet.

A keletkezett hőt célszerű hasznosítani.


A katalitikus égető fő részei:

•Kontakt kemence

•Hőcserélő

•Ventilátor

•Támasztó (előmelegítő) égő

•Mérő és szabályozó műszerek

A gáznemű légszennyező anyagok leválasztó

berendezéseinek összevetése:

levegővédelem (ngb km012 1)

Documents