otpadni-plinovi.pdf
TRANSCRIPT
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
1/144
Broj ugovora: HR.3.1.14-0014Naziv projekta: Inovativna škola za zelenu budućnost
Procesi obrade otpadnih plinovaVesna Tomaši ć
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
2/144
2
Sadrž aj izlaganja
• Uvod u problematiku
• Podjela onečišćujućih tvari prema agregacijskom stanju
• Tehnike zaštite zraka:
otprašivanje (suhi i mokri procesi)
uklanjanje plinova i para (postupci oporabe, postupci razgradnje)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
3/144
3
Okoliš – prirodno okruž je organizama i njihovih zajednica koje namomogućavaju postojanje i razvoj. Uključuje zrak, vodu, tlo, zemljinu kamenukoru, energiju te materijalna dobra i kulturnu baštinu koju je stvorio čovjek.Sve to obuhvaćeno je u raznolikosti i ukupnosti uzajamnog djelovanja
Zaštita okoliša – skup aktivnosti i mjera za sprječavanje opasnosti za okoliš,nastanka šteta i zagađivanja/onečišćivanja okoliša, smanjivanja i otklanjanja
šteta nanesenih okolišu te povrata okoliša u stanje prije nastanka štete.
One
čiš
ćenje
– pojava neke tvari u okolišu u određenom mjestu, vremenu ikoncentraciji koja nije posljedica trajnog stanja i ne uzrokuje štetu kao
zagađenje
Zaga enje – ljudskom djelatnošću uzrokovano unošenje zagađivala (tvari ilienergije) u okoliš koja uzrokuju štetne posljedice po živa bića i ljudskozdravlje, onemogućujući ili ometajući tradicijske ljudske djelatnosti
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
4/144
4
one
čiš
ćuju
ća tvar (ili one
čiš
ćivalo)
- svaka tvar prisutna u okolnom zrakukoja može imati štetan učinak na ljudsko zdravlje, kvalitetu življenja i/ili
okoliš u cjelini
onečišćivač – pravna ili fizička osoba koja posrednim ili neposrednim
djelovanjem ili propuštanjem djelovanja uzrokuje onečišćenje okoliša
emisija – ispuštanje ili istjecanje onečišćujućih tvari, mirisa (ili mirisnih
tvari), buke, topline, vibracije, radijacije ili svjetlosti u okoliš
imisija – koncentracija tvari na određenom mjestu i u određenom vremenu u
okolišu; primanje onečišćujućih tvari iz atmosfere u odgovarajući receptor
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
5/144
5
Povijest onečišćenja zrakaAko ne uč imo iz prošlosti neć emo usp jeti u buduć nosti.
Paul Crutzen, 1995.
400 BC – Hipokrat uočava povezanost onečišćenja zraka i gradova
61 AD – Seneka piše o onečišćenju u Rimu
1285 . – veliko onečišćenje zraka u Londonu zbog izgaranja jeftinog ugljena; tzv.
“Londonski smog”; donošenje prvog pravnog akta o onečišćenju zraka
1952.
–“Veliki Londonski smog”
četverodnevna magla u Londonu - od
posljedica one
čiš
ćenja umrlo 4.000 London
čana
1970. – emisija radionuklida, Three Mile Island, USA
1984. – ispuštanje metilnog izocijanata u Bhopalu, India
1986. – ispuštanje radionuklida, Černobil, Ukrajina
ubrzani industrijski razvoj, nagli porast broja stanovnika i «krize goriva»
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
6/144
6
Kad se počelo intenzivnije razmišljati o zaštiti zraka?
- Rimski zakon: Aerem corrumpere non licet/ Nije dozvoljeno onečišćenje
zraka- 1956. Pravilnik o čistom zraku, London
(Air Pollution Control Act): uvođenje zona
bez dima (“smokeless zones”);
uvodi se obaveza uporabe čišćeg ugljena
T h e F og of L on d on , D e c 5 th , 19 5 2
he Fog of Londo n, Dec 5th , 1952
- intenzivniji napori javljaju se 70-tih godina prošlog stoljeć
a (SAD – Clean AirAct, 1970.)
- naftna kriza 1973. god. i porast svijesti o problemima uzrokovanimonečišćenjem okoliša (aktivnosti usmjerene protiv vijetnamskog rata -uporaba TCDD-a, tzv. narančastog agensa i ostali događaji)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
7/144
7
Što mi možemo učiniti?
Zakonodavstvo na dr
ž avnoj i EU razini
1992. UN konvencija o klimatskim promjenama
1997. Kyoto protokol (smanjenje emisija stakleničkih plinova za 7 % u odnosu narazinu iz 1990. u periodu od 2008.-2012.)….
do 2050. radikalno smanjenje emisija CO2: do 80% ukupno, u proizvodnji el.energije do 95 %!
Na razini pojedinaca:
smanjenje potrošnje energije; smanjenje nastajanja otpada; sadnja drveća;recikliranje i supstitucija produkata...
Na razini znan osti i struke:
utjecaj na društvenu svijest (odgoj i obrazovanje); poboljšanje postojećih i razvojnovih tehnologija za smanjenje emisija i/ili pronalaženje alternativnih izvoraenergije i određenih produkata; utjecaj na smanjenje globalnih promjena (misliti
globalno, djelovati lokalno!)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
8/144
8
Zakonodavstvo u zaštiti zraka u RH
Z a k o n o z št t okoliša (NN 80/13, 153/13)
Zako n o zaštiti zraka (NN 130/11, 47/14)
+ niz provedbenih propisa na temelju tih zakona
P rimj ena p rav ne s t eč ev ine E U
(direktive, uredbe, odluke u područ ju zaštite okoliša; > 500 propisa)
Izv ršenj e o bv eza p reuzet ih m e unaro dnim ugo v o rima i s p o razumim a…
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
9/144
9
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
10/144
10
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
11/144
11
CO 2 , CH 4 i N 2 O mogu nastati prirodnim procesima, ali postoje i prirodni mehanizmi njihovoguklanjanja iz atmosfere!
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
12/144
12
Emisije onečišćujućih tvari u zrak na područ ju RH
Godišnji proračuni emisija od 1990. godine (Agencija za zaštitu okoliša)
Proračun emisija obuhvaća:
glavne one č iš ć uju ć e tvari: SO2, NOx, CO, NMVOC, NH3
č estice: TSP (ukupne lebdećečestice), PM10, PM2,5;čađa (BC)teške metale: Cd, Pb, Hg, As, Cr, Cu, Ni, Se, Zn
POS (postojani organski spojevi):
PAU(policiklički aromatski ugljikovodici),
HCB (heksaklorbenzen),PCB (poliklorirani bifenili),
PCDD/PCDF (poliklorirani dibenzo-dioksini/poliklorirani dibenzo-furani)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
13/144
13
Tablica 2. Trend ukupnih emisija u RH, 1990.-2013.
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
14/144
14
Podjela one č iš ć ivala prema agregacijskom stanju
č estice (aerosoli)
suspendirane/raspršene krute č estice u plinu (npr. lebdećečestice, dim i sl.)
suspendirane/raspršene teku ć e č estice u plinu (npr. raspršine, maglice i sl.)
ostale čestice: metalni oksidi i soli (čestice katalizatora, motorna vozila,izgaranje goriva i dr.), silikati, minerali, metalne pjene (metalna industrija i dr.)
organski i anorganski plinovi i pare
organski plinovi i pare
NMVOC, parafini, olefini, aromati (BTX), PAU, oksidirani HC (aldehidi, ketoni, alkoholi,
kiseline), halogenirani HC, PCDD/PCDF i dr.
anorganski plinovi i pare oksidi dušika (NO, NO2, N2O, NH3), oksidi sumpora (SO2, SO3), ugljikovi oksidi
(CO, CO2)
ostalo:
radioaktivne tvari (radioaktivni izotopi), otpadna toplina, svjetlosno onečišćenje
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
15/144
15
• agregacijskom stanju,
• sustavu na koji se primjenjuje (nepokretni i pokretni izvoriemisija),
• fizičko-kemijskim značajkama onečišćivala,
• koncentraciji onečišćivala i volumenu otpadnih plinova,
• stupnju disperzije onečišćivala u atmosferi,
• itd.
Izbor tehnike obrade otpadnih plinova zavisi o:
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
16/144
16
Strategija zaštite zraka
EEE (EEnvironmentalnvironmental,, EEngineeringngineering,, EEconomicconomic)
okoliš
ekonomski
čimbenici
inženjerstvo
(tehnike/metode)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
17/144
17
okoliš
lokacija ure aja/postrojenja za obradu otpadnih
plinova
dostupni prostor i uvjeti u okruženju
dostupnost potrebnih resursa
(npr. energija, voda i dr.) i pomoćnih ure aja (obrada
otpadnih voda, odlaganje krutog otpada i sl.)
maksimalno dozvoljene emisije u zrak
(zakonski propisi)
utjecaj ure aja/postrojenja na okoliš
(nastajanje otpadnih voda i krutog otpada, razina
buke u okolišu i dr.)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
18/144
18
kapitalni troškovi
(uređaji, instaliranje, dostupne tehnike)
radni troškovi (pomoćni uređaji) i troškovi
održavanja
očekivani vijek trajanja ure aja
ekonomskičimbenici
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
19/144
19
zna
čajke one
čiš
ćivala
(fizička i kemijska svojstva, koncentracije,oblik i veličina čestica, abrazivnost i dr.)
značajke plinskih struja
(volumni protoci, temperatura, vlaž
nost,sastav, viskoznost, gustoća, reaktivnost,
zapaljivost, korozivnost, toksičnost i dr.)
izvedba i radne značajke izabranog sustava
(veličina sustava, ukupna masa, učinkovitost idr.)
inženjerstvo(tehnike/metode)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
20/144
20
Pametna osoba rješava probleme,
a genijalci izbjegavaju nastanak problem a
Albert Einstein
PrevencijaPrevencija ili minimiziranjeili minimiziranje oneoneččiiššććenjaenja
(optimiranje procesa proizvodnje/procesa izgaranja,(optimiranje procesa proizvodnje/procesa izgaranja,primjenaprimjena tzvtzv. procesno. procesno-- ili proizvodnoili proizvodno--integriranih mjeraintegriranih mjera…….).)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
21/144
21
N aj manj e s us p endirane č estice: reda veličine oko 0,002 m(tj. 2 nm); zausporedbu tipične molekule plina su veličine od 0,0001-0,001m(tj. 0,1-1 nm)
Najve ć e suspendirane č estice : reda veličine oko 100 m (tj. 0,1 nm)
Suspendirajuće/lebdećečestice dijele se prema veličini:
a) grube čestice: 2,5 – 10 m PM10, PM2,5, PM0,1
b) fine
čestice: < 2,5
m (engl. P articulate M atter )
c) ultrafine
čestice: < 0,1
m
I. Uklanjanje suspendiranihI. Uklanjanje suspendiranih ččestica (aerosola) iz otpadnihestica (aerosola) iz otpadnih
plinovaplinova -- procesiprocesi otpraotpraššivanjaivanja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
22/144
22
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
23/144
23
Glavni izvori nastajanja suspendiranih č estica
•razli
čiti procesi izgaranja
energetika, ind. izgaranja, izgaranja u domaćinstvima i ostale vrste
izgaranja,
• promet
npr. habanje automobilskih guma,
• rukovanje različitim materijalima
usitnjavanje, mljevenje i sl.,
• habanje materijala, dijelova ure aja i sl.,
• reakcijom primarnih onečišćivala u atmosferi
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
24/144
24
Razlika između prirodnih i antropogenih izvora emisija u okoliš
prirodne emisije:
malen specifični maseni tok, velika površina emisije (izuzetak su emisije iz
vulkana)
antropogene emisije:
velik specifični maseni tok, uglavnom mala površina emisije
specifični maseni tok
2/ mkg E m
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
25/144
25
tzv. suhi procesi
gravitacijska sedimentacija, centrifugalna sedimentacija i sl. – uređaji za suho
otprašivanje
tzv. mokri procesi
procesi skrubiranja ili pranja otpadnih plinova – uređaji za mokro otprašivanje
elektrostatska precipitacija/taloženje (ESP)
ProcesiProcesi otpraotpraššivanjaivanja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
26/144
26
Suhi procesi - djelovanje različitih sila:
• gravitacijska sila (npr. gravitacijski taložnici)
•mas en a s ila ili sila inerc ij e
(npr. ciklon)
• površinska sila ili sila adh ezije (npr. vrećasti filtri)
• električ na sila (npr. ESP; pločasti taložnici ili elektrofiltri )
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
27/144
27
Suhi procesi – prednosti i nedostaci
mogućnost uklanjanja čestica bez primjene dodatnih sredstava,
mala potrošnja energije, niski troškovi pogona i održavanja,
umjereno učinkoviti,
dobri za uklanjanje krupnijih čestica (koriste se za predobradu, posebice kad suprisutne velike količine čestica u otpadnim plinovima),
vrećasti filtri učinkovitiji od ostalih uređaja, ali su skuplji; ograničena primjena
na suhe plinove, a mogu se koristiti pri nižim temperaturama; prihvatljivi zarazličite vrste onečiščivala,
ESP mogu se koristiti za obradu pri velikim volumnim protocima; jakoučinkoviti; nisu prihvatljivi za obradu u uvjetima promjene procesnih radnih
uvjeta
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
28/144
28
Mokri procesi
uvođenje kapljevine u struju otpadnog plina p rijeno s o n eč išć enja izp lins k e f aze u t ek uć in u
ovi procesi primjenjuju se kad je volumen nastale onečišćene tekućine malen
i kad je blizu uređaja za obradu otpadnih plinova dostupno odgovarajućepostrojenje za obradu otpadnih voda
primjena skrubera zahtjeva smanjenje temperature plina da bi se spriječiloisparavanje i da bi se razdvojile kapi tekućine od plina nakon uklanjanja
čestica (veličina kapi >> veličine čestica)
različite izvedbe mokrih procesa otprašivanja (uglavnom postupciskrubiranja), koji se mogu koristiti i za uklanjanje plinovitih onečišćivala
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
29/144
29
Mokri procesi – prednosti i nedostaci
• velika učinkovitost
• mogu se koristiti za istovremeno otprašivanje i uklanjanje plinovitih
onečišćčivala
• veliki troškovi rada (velik pad tlaka)
• dovode do nastajanja mulja
problemi s odlaganjem otpadnog mulja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
30/144
30
ProcesiProcesi otpraotpraššivanjaivanja
Metode koje se zasnivaju
na primjeni vanjske sile
Metode koje se zasnivaju
na uporabi prepreke/pregrade
smanjenje
veli č ine
č estice
gravitacijski
taložnik
cikloni i
centrifuge
elektrostatski
taložnici (ESP)
Filtri:
vrećasti
keramički
filtri sa zrnatim slojem…
mokri skruberi
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
31/144
31
Parametri koji utječu na uklanjanje suspendiranih čestica
Procesni parametri:
• temperatura
• tlak• protok otpadnog plina
• koncentracija čestica
• vlažnost …
Parametri koji se odnose načestice:
• raspodjela veličina i oblik čestica
• značajke čestica
• kemijski sastav čestica:sadr ž aj C
sadr ž aj alkalnih elemenata
sadr ž aj sumpora
sadr ž aj ostataka • točka taljenja, točka mekšanja
• kemijska stabilnost
• gustoća, korozivnost, toksičnost….
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
32/144
32
Pri izboru metode otprašivanja potrebno je znati:
gravimetrijski sastav
veličina čestica i raspodjela veličina čestica
promjer čestica
srednji promjer, ekvivalentni promjer, aerodinamički promjer i sl.
zakonitosti gibanja čestica u fluidu
vanjske sile, brzina taloženja, otpor oblika
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
33/144
33
Veličina čestica
jedan od glavnih čimbenika pri izboru i izvedbi uređaja za otprašivanje; česticesu najčešće nepravilnog oblika ekvivalentni promjer, d
e
(volumni ilipovršinski),
aerodinami
čki promjer, d
a
i sl.;nepravilnost oblika
čestica
izražava se f ak t o ro m s f erič no s t i
Kvantitativna raspodjela čestica jednakih fizičkih značajki
stanje disperznosti sustava i izbor odgovaraju ć e metode otprašivanja
Raspodjela veličina čestica izražava se f unk c ij o m gus t oć e raspod jele, qr
(x )
ili k um ulat iv no m f unk c ij o m ras p o dj ele, Qr
(x )
dQ r
(x)/dx=q r
(x)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
34/144
34
Koncentracija – masa suspendiranihčestica po jedinici volumena plina:
g/m3 ili g/m3
V
nd
V
nV
V
m p p p p p
6
3
1
6
3
/ d
V / m
V
n
p p
p
m p- masa čestica
V - volumen plinaV p1- volumen jedne čestice
p- gustoća čestice (po nekad oznaka č)
n- broj čestica
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
35/144
35
• Brzina padanja/taloženjačestica u fluidu
Stokesov zakon (Re
g f č č
d t
v )(2
18
1
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
36/144
36
• Brzina padanja/taloženjačestica u fluidu
Newtonov zakon
Dc
g č d f č
t v
)(
3
4
• ako je promjerčestice istog reda veličine kao i srednji slobodni molekula plina,
čestice će imati zadršku između molekula plina i brzina taloženja će bitimanja u odnosu na Stokesov zakon; u tom slučaju potrebna je korekcija brzine
taloženja odnosno faktora oblika pomoću Cunninghamovog korekcijskog
faktora, C.
1 2,0 1,257 0,40exp( 0,55 / )
0,499 8 /
p
p
C d
d
P M RT
– srednji slobodni put, m (6,3 ·10-6 cm za zrak)P – apsolutni tlak, Pa
R – opća plinska konstanta, J/(mol K)
M- molekularna masa, g/mol
– apsolutna viskoznost, kg/m sWark & Warner, 1981.
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
37/144
37
Vrijednosti C u n n i g h a m o v o g k o r e kc i js k o g fa k t o ra , C pri 1 atm i 25 ºC
za različite veličine čestica:
d
p
,
m C
0,01 22,5
0,05 5,020,10 2,89
0,5 1,334
1,0 1,166
2,0 1,0835,0 1,033
10,0 1,017
Korekcija faktora otpora, cD
cD= f (Re)!C Dc
Dc '
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
38/144
38
Zakonitosti gibanjačestica kroz fluid
4
2;
2
2
3
6
)(
d At
v A
Dc
d F
g f d b F
g f p
V mg g
F
U laminarnom područ ju: t dvd F 3 Stokes
Re
24
DcRe< 1
0,3 < Re < 1000 )7,0Re14,01(Re
24 Dc
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
39/144
39
Gravitacijski
ravitacijski
talo
aložžnikik
• koriste se za obradu jako “prljavih”
plinova (cementare,
metalurški procesi i
dr.),• jako su veliki,
• problemi vezani uz
koroziju
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
40/144
40
2Re 2
H g g
g g
d u uHW
H W
u – brzina strujanja plina, m/s
g – gustoća plina, kg/m3g – dinamička viskoznost, Pa·sdH – hidraulički promjer, m
l a m i n a rn o s tr u ja n j e:
turbulentno strujanje:
uH
Lt
v pd f )((
)exp(1)((uH
Lt v pd f
Flagan,Seifeld, 1988.
vt – brzina taloženja čestica (m/s)
u – prosječna linearna brzina plina
WH
Qu
u uvjetima intenzivnog turbulentnog
strujanja ote ž ano je talo ž enje č estica i
u č inkovitost je manja!
U č inkovitost
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
41/144
41
CiklonskiCiklonski separatorseparator ili ciklonili ciklon
P redno s t i
• jednostavan način rada velikaprimjena, naročito za predobradu
• mali kapitalni troškovi i troškovi
održavanja (nema pokretnih dijelova),
• moguć
nost rada pri povišenim T
N edo s t ac i
• velik pad tlaka (veliki troškovi rada)
• manja učinkovitost pri uklanjanju
manjih čestica < ca. 5 m• problemi pri T > 400 ºC
uobi č ajene vrijednosti ulazne brzine
strujanja otpadnog plina: 15-30 m/s
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
42/144
42
jako učinkoviti standardni brzi prolaz
Visina ulaza
H/D
0,5 ~ 0,44 0,5 0,75 ~ 0,8
Širina ulaza
W/D
0,2 ~ 0,21 0,25 0,375 ~ 0,35
Promjer izl.
cijevi, De/D
0,4 ~ 0,5 0,5 0,75
Duljina
uronjene cijevi,
S/D
0,5 0,625 ~ 0,6 0,875 ~ 0,85
Duljina tijela
L
b
/D
1,5 ~ 1,4 2,0 ~ 1,75 1,5 ~ 1,7
Duljina
konusnog
dijela, L
c
/D
2,5 2,0 2,5-2,0
Promjer cijevi za
uklanjanje
čestica, D
d
/D
0,375 ~ 0,4 0,25 ~ 0,4 0,375 ~ 0,4
Karakteristične
dimenzije ciklona
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
43/144
43
Uč inkovitost
d50 - promjerč
estice za koju se postiž
e 50 % tnaučinkovitost
W- širina ulazne cijevi, m
u – ulazna brzina strujanja plina, m/s
vt – tangencijalna brzina, m/s
č, g – gustoća čestica, gustoća plina, kg/m3g- dinamička viskoznost plina, Pa·sN – broj rotacija uvjetovan dimenzijama ciklona
2501
1
č d
d
H
c Lb L N
t v N u
g č u
W g d
2/1
)(2
950
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
44/144
44
pad tlaka u ciklonu:
2
2
1,
2
g
e
u KHW p Pa
D
H, W, De- karakteristič
ne dimenzije ciklonaK- konstanta
K=12-18 (Caplan, 1962) ili ~16 (Licht,1984.)
Δp: 250-2000 Pa
snaga ciklona:
W pQw F
Q - volumni protok, m3
/s
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
45/144
45
• sadrži velik broj ciklona manjihdimenzija (promjera 15-60 cm) povezanih
paralelno ili serijski
• što je promjer ciklona manji veća je
centrifugalna sila i veća učinkovitost• tangencijalno strujanje u svakom ciklonu
postiže se specifičnom izvedbom u
ulaznom dijelu cijevi
• učinkovitost od 90 % za čestice veličina 5-
10 m
MulticiklonMulticiklon
Theodore & Buonicore, Air
Pollution Control Equipment, CRC
Press, 1988
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
46/144
46
ESP (elektrostatskiESP (elektrostatski talotaložžnicinici,, elektrofiltrielektrofiltri))
• koriste električnu energiju za izdvajanječestica iz otpadnih plinskih smjesa
• koriste se za separaciju finihčestica (čak
< 0,1 m) iz svih vrsta otpadnih plinova srelativno velikom učinkovitošću
• krute čestice uklanjaju se iz plina na način
da se električki nabiju djelovanjem jedne
elektrode (ionizacijske elektrode) uslijed
čega se sakupljaju na drugoj elektrodi(sabirnoj ili kolektorskoj elektrodi)
• za ionizaciju plina koristi se p o j av a k o ro ne
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
47/144
47
korona - kad gradijent jačine električnog polja oko elektrode prekoračiodre enu grani
čnu vrijednost, pri
čemu njezino nastajanje zavisi o ja
čini
narinutog napona, obliku i razmaku elektroda, gustoći, vlažnosti,vodljivosti i temperaturi otpadne plinske smjese
pri pojavi korone dolazi do emisije svjetla u njezinoj blizini i pojave siktavogzvuka
otpadni
plin
ionizacijskaelektroda
ionizacijsko polje ili
korona
sabirna ili kolektorska
elektroda
čist
plin
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
48/144
48
• korona se može pojaviti na elektrodi priključ
enoj bilo na pozitivan, bilo nanegativan napon; negativna korona stabilnija je od pozitivne te napon
narinut elektrodi može biti viši kad je negativna zbog toga ionizacijskaelektroda u pravilu ima negativan napon
•pojava korone je jača ako je radijus zakrivljenja površine izbijanja manji
(zbog toga se ionizirajuće elektrode rade u obliku žice), tj. što su električne
silnice zbijenije,
•sabirne ili kolektorske elektrode rade se u obliku cijevi ili ploča ( jer je na
njima pojava korone nepoželjna) dvije osnovne izvedbe ESP: pločasti icijevni
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
49/144
49
Princip rada ESP i u č inkovitost zavisno o veli č ina č estica
Napon
: 20 - 80 kV, prosjek je ~ 40 kV
zavisi o udaljenosti između elektroda- uglavnom visokonaponsko istosmjerno električno polje
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
50/144
50
Pločasti ESP
uzemljene
sabirne ploče otpadni
plin
ionizacijskeelektrode
Dimenzije sabirnih elektroda:
1 - 2 m široke i 3 - 6 m visoke
Udaljenost elektroda:
15-35 cm
Brzina strujanja plina:
0,5-0,6 m/s
• koriste se za obradu velikih
količina značajno onečišćenog plina
• elektrode izrađene od
nekorozivnog materijala
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
51/144
51
Cijevni ESPPromjer sabirne elektrode:
50-200 mm (300 mm)
Duljina sabirne elektrode:
2-5 m
Brzina strujanja plina:
1-2 m/s
• cijevni ESP koriste se za
uklanjanje malih koncentracija
krutih čestica
•kapacitet ure aja pove
ćava
se paralelnim postavljanjem
više cijevi
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
52/144
52
R azlič ite izvedbe ionizacijske i sabirne elektrode
povećanje kapaciteta
F- konfiguracijski koeficijent,d - relativna udaljenost elektroda
sabirna elektroda:
•kružni oblik (najčešće)
• heksagonalni oblik
a) žica u cijevi
b) žica između dvije ploče
c) više žica između dviju ploča
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
53/144
53
Uč inkovitost
v- brzina gibanja/taloženja čestice u ESP-u
A - ukupna površina sabirnih ploča
Q – ukupan vol. protok otpadnog plina
A/Q – specif. površina nakupljanjačestica
C- Cunninghamov faktor korekcije
- viskoznost plinadč- promjer čestica
0 – dielektrična konstanta vakuuma(0 =8,85·10-12 C/V m)K – konstanta (K=1,5-2,4)
Eip – jačina ionizacijskog polja
Ep – jačina el. polja na sabirnoj elektrodi
Jakosti polja E ip i E p zavise od narinutog
napona i udaljenosti elektroda; E ip je vrlo
teško odrediti pa se ponekad uzima da je E ip =
E p !
Deutschova jednadžba (1922.)
)/(1 QvAe
p E jp KE
č Cd
v 03
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
54/144
54
Prosje č na brzina talo ž enja (White, 1977):
k- ugodiva konstanta (uglavnom 0,5-0,7)
Pk – snaga korone, W
Ik – struja korone, A
Vpr. – prosječni napon, V
Pk/A – gustoća snage, W/m2
)/(1
Qk kP e = f( P k )
)/(1 QvAe
k kP v pr V k I k P
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
55/144
55
Čimbenici koji utječu na dimenzije ESP
veličinačestica
volumen otpadnog plina
očekivani stupanj učinkovitosti
otpornostčestica na el. vodljivost, P
a) P ≤104 [Ωcm]– čestice imaju relativno veliku elektr. vodljivost
b) 104≤ P ≤ 1010 [Ωcm] – gotovo idealni uvjeti za uklanjanje čestica
c) 1010≤ P [Ωc m ] – učinkovitost je mala
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
56/144
56
ESP i otpornost lebdećeg pepela na električnu vodljivost
Ut j ec aj t emp erat ure i s adrž aja su m p o ra U tjecaj vlaž no s t i
kondicioniranje otpadnog plina s
H
2
O ili SO
3
, Na- ili amonijeve soli)
(200°F ~ 95°C, 300°F ~ 150°C, 450°F ~ 220 °C);
O pre z :
Tmože dovesti do kondenzacije H2
SO
4
i korozije
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
57/144
57
Suhi vs. tzv. mokri ESP
• mokri ESP rade na isti način kao i suhi, a razlik a j e u mehanizmu
č išć enj a, tj. sabirne elektrode se ispiru odgovaraju
ćom teku
ćinom umjestomehaničkog čišćenja kod suhih ESP
to značajno utječe na vrstu čestica koje se mogu ukloniti, učinkovitostuklanjanja, izvedbene parametre i uvjete održavanja uređaja.
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
58/144
58
FiltriranjeFiltriranje –– vrevreććasti filtriasti filtri
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
59/144
59
Filtriranje - osnovni princip rada
Filtar - membrana sa otvorima manjim od dimenzijačestica koje se trebaju
na njoj zadržati (ali ne manjim od dimenzija najsitnijihč
estica)
filtarski kola č ; površinski filtar
sredstvo za filtriranje
fluid
filtrat
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
60/144
60
Filtri - podjela i značajke
Površinski filtri , npr. vrećasti filtri:
vlakna (tekstil, npr. vuna (stabilna do T=95 °C), pamuk, polimeri i sl.)
Filtri s preprekama:
sinterirana vlakna (staklo, azbest, keramika ili metal (do 230 ° C)
Dubinski filtri (filtriranje kroz sloj)
Zna č ajke koje određuju kvalitetu filtriranja:
ukupni pad tlaka (ispred i iza filtarskog sredstva) potrebna energija
brzina filtriranja (protok otpadnog plina/površina filtriranja)
kem. i meh. značajke filtar sredstva održavanje i vijek trajanja pročišćavanje filtara/regeneracija
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
61/144
61
vlaknasti filtri membranski
(porozni) filtrikapilarni filtri
Vrste filtara
Na izbor filtar materijala s obzirom na
kemijski sastav
utječu:• toplinska stabilnost (maksimalno dozvoljena radna temperatura)
• kemijska otpornost
• otpornost na abraziju i sl.
gus t oć a pakiranja i porozn ost sloja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
62/144
62
Na č in prolaska otpadnog plina kroz vre ć aste (višekomorne) filtre
Promjer:
0,1-0,3 m;
Visina:
do 10 m
Broj elemenata/
komora:
100- nekoliko
1000
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
63/144
63
P redno s t i
velika učinkovitost (> 99 %) čak i pri uklanjanju vrlo malih čestica
(> 99,9 %)
mogućnost ponovne uporabe uklonjenih čestica (ukoliko ne dolazi domiješanja različitih vrsta čestica)
uklanjanje
čestica u suhom obliku pogodnom za odlaganje
primjena za uklanjanje različitih vrsta krutih čestica
modularna izvedba (veći broj filtarskih elemenata/komora)
fleksibilnost rada
mogu raditi pri različitim volumnim protocima
prihvatljiv pad tlaka
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
64/144
64
Nedostaci
potrebno je puno prostora za instaliranje vlakna se mogu oštetiti pri visokim temperaturama ili pri radu s korozivnim
tvarima
ne mogu raditi u mokrim uvjetima rada
nemogućnost uklanjanja higroskopnih čestica koje pri visokimtemperaturama (300-600 C) postaju ljepljive i teško ih je ukloniti (primjenaultrazvučnih vibracija)
mogućnost izbijanja požara ili eksplozije
P redno s t do m iniraju nad ned o s t ac ima!
50 % indus t rij s k ih p ro c es a p roč išć av anj a p lino v a
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
65/144
65
M e t o d e č išć enj a:
a) obrnutim strujanjem zraka
(propuhivanjem)b) pulsiranjem (impulsna trešnja)
c) protresivanjem (vibracijska trešnja)
a)
b)
c)
Pulsiranje on-line:
1) pulsom velikog tlaka
(nadtlak 3-7 bara)
2) pulsom srednjeg tlaka (1-2 bara)
3) pulsom malog tlaka
(0,5-0,7 bara)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
66/144
66
Brzina strujanja fluida po jedinici površine filtar kola
ča (Re < 2), (m/s)
F
Q p
u K A L
Darcyeva jednadžbau – linearna brzina strujanja, m/s
K- permeabilnost (propusnost), m2
F- viskoznost fluida, Pa·sL- debljina filtarskog kolača
Δp – pad tlaka, N/m2
Specifični (lokalni) otpor kolača, (m/kg)
1
(1 ) č K
pV V
V
– poroznost kolačaV – volumen kolača
Vp – volumen krutih čestica
Otpor filtarskog sredstva, R (Ruthova jednadžba)
1
(1 ) ( )č F F
p pu
L w R
(1 ) č dw dx K
R je ug l avn om b e z n a
č ajan
u od n os u n a !
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
67/144
67
K o n d i c i on i r an j e f il tr a
• slično kao i kod ESP, rad filtra može se poboljšati kondicioniranjem
otpadnog plina (npr. s SO3/NH3 i sl.), što također može utjecati na
uklanjanje filtar kolača tijekom čišćenja, tj. na preostali pad tlaka
nakonč
išć
enja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
68/144
68
K e r a m ič ki filtri (filtri s prepreka m a)
oblik svijeće
oblik cijevi
pločasti poprečni/paralelni filtri
Materijal izrade:
Al2O3 ili alumosilikatna vlakna, SiC, SiN i dr.
P rimj ena:
rad pri visokim temperaturama
u prisutnosti alkalija, S i vodene pare
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
69/144
69
Kerami
čki filtri (oblik cijevi)
Keramički filtri (oblik svijeće)
D už ina: 1-1,5 m
P ro mj er: 5-10 cm
Brzine strujanja: 1- 4 cm/s (do 10 cm/s)
Temp erat ura: 300 - 550 ºC
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
70/144
70
Keramički cijevni filtarKerami
čki plo
časti filtar
- mogućnostčišćenja reverznim pulsom čistog zraka- ca. 5 puta veća površina filtriranja po jediničnom
volumenu od filtra u obliku svijeće
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
71/144
71
KatalitiKatalitiččkoko filtriranjefiltriranje integracija procesa, tj. kombinacija površinske filtracije i katalize
Vlakna: ekspandirani politetrafluoroetilen (ePTFE)
Katalizator: TiO2/V2O5/WO3
Značajke:
• maliΔp
• temperatura 150-250 ˚C
• vlakna inertna do 260 ˚C
•η > 99 %
ePTFE- jako skup!
Primjena:
- spalionice
- metalna ind. i sl.
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
72/144
72
Usporedba učinkovitost i ekonomičnost različitih ure aja za otprašivanje
Učinkovitost, % Kapitalni
troškovi,
USD (1982)
Troškovi rada,
USD/toni
uklonjenih
čestica
ciklon 87 10500 1,68
ESP 98,3 96500 2,83
reverzni
vrećasti filtar
99,9 49000 3,14
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
73/144
73
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 1000100 10000
dimenzije čestica ( m)
uređaji za
otprašivanje
otpadnog plina
sedimentatori
skruberi
centrifugalni separatori
vrećasti filtri
uobičajeni filtri
filtri velike učinkovitostimehanički separatori
elektrostatski taložnici
(1 angstrem) (1 mm)
Primjenjivost metode otprašivanja s obzirom na veličinu čestica
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
74/144
74
SkrubiranjeSkrubiranje -- pranje plinova ipranje plinova ilili mokromokro otpraotpraššivanjeivanje
S k ruberi/ ap s o rberi
uređaji koji omogućavaju uklanjanje krutih čestica malih dimenzija (< 2-3 m)(uslijed kontaktiranja otpadnog onečišćenog plina s odgovarajućom
tekućinom, pri čemu nastaju aglomerati čestica i kapljica čije dimenzije su
znatno veće od dimenzija čestica, pa je lakše provesti njihovo uklanjanje
zahvaljujuć
i inerciji nastalih aglomerata kao glavnom mehanizmu separacije) teza uklanjanje plinova i mirisa/mirisnih tvari (moraju biti topljivi u odg.
teklućini ili otapalu)
Imaju istu funkciju kao i uobi č ajeni postupak apsorpcije plinova!
Ključ na svojstva: topljivost plina i odgovaraju ć e teku ć ine i brzina prijenosa iz
plinske u teku ć u fazu
N ač in k o nt ak t a p lina i t ek uć ine: istosmjerni ili protusmjerni tok
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
75/144
75
Raspršivanje tekuće faze postiže se na različite načine primjenom:
mlaznica/brizgalica
cjevčica za raspršivanje
rotirajućih diskova
sudaranjem mlazova tekućine u struji zraka
uvođenjem zraka pod pritiskom…
Izv edba p ro c es a s k rubiranj a:
• tzv. mokro skrubiranje (apsorpcija) – za pranje plinova i otprašivanje
• tzv. suho skrubiranje – najčešće za uklanjanje kiselih plinova i kondenzata
(npr. HF, SO2, HCl, PAH), teških metala, mirisa iz otpadnog plina ili korozivnih
plinova ubrizgavanje ili raspršivanje suhog apsorbensa
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
76/144
76
Klju
čni
čimbenici koji utje
ču na apsorpciju one
čiš
ćuju
će tvari u
odgovarajućoj tekućini (otapalu)
površina kontakta (promjer kapljica)
omjer tekuće i plinske faze
koncentracija onečišćujuće tvari u plinskoj struji
temperatura (apsorpcija i isparavanje!)
P o v eć anj e uč inkovitosti pri uklanjanju č es t ic a m alih dimen zija:
a) p rimj eno m v e
ć e energije
• povećanjem tlaka plina
• atomiziranjem veće količinetekućine
b ) p r im j e n o m m e t o d a k o j e d o v o d e d o
porasta veli
č ine
č estica:
• snižavanjem temperature kondenzacija• povećanjem protoka porast turbulencije• toplinski gradijenti u uskim prolazima
skrubera raste difuzija čestica u tekuću fazu
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
77/144
77
Izbor teku
ćine za skrubiranje
H2
O
(halidi, NH3 i dr.)
alkalne otopine (
za uklanjanje kiselih plinova: HCl, HF i H2SO4, halida,SO2, fenola, Cl2, desulfurizacija bioplina i dr.)
alkalno-oksidacijske otopine, npr. alkalna otopina s Na-hipokloritom,
ClO2, O3 ili H2O2
Na
2
S
4
otopine
(za uklanjanje Hg) kisele otopine (uklanjanje NH3, amina i sl.)
otopine monoetanol amina (MEA), dietanolamina (DEA) i sl. (apsorpcija i
uklanjanje H2S i dr.)
plinovite otpadne smjese
tekuć
e otpadne smjesetehnički gledano to je opravdano ako su volumni protoci nastale otpadnevode zanemarivo mali u odnosu na volumne protoke otpadnog plina koji seobrađuje i ako se obrada vode (i/ili nastalog mulja) može provesti primjenomnekog jednostavnog procesa
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
78/144
78
Razli
azliččite izvedbete izvedbe skruberakrubera
s krub e r
s raspršivanjem
ciklonski skruber
s raspršivanjem
s krub e r
s pliticam a
venturijev
s krub e r
različite izvedbe fleksibilnost rada i primjenjivost na različite sustave
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
79/144
79
onečišćen plin
čista tekućina
smjesa plina i
tekućine
skruber
kontakt plina itekućine
separacija plina i
tekućine
(kapljica) čist plin
onečišćena tekućina
(sadrži čestice)
(npr. ciklon)
separacija
tekućine i čestica
kruti ostatak
pumpa za
recirkuliranje
tekućine
Dijelovi integriranog sustava za skrubiranje (mokro otprašivanje)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
80/144
80
Prednosti procesa skrubiranja mogućnost rada s ljepljivim,
ekplozivnim i zapaljivim plinskim
smjesama
integrirani rad (istovremena apsorpcija
plina i uklanjanje krutih čestica)
uklanjanje kiselih plinova i mirisa
mogu
ća primjena zahlađenje/predobrdu vrućih plinova
neutralizacija kiselih i korozivnih
plinova
učinkovitost za separaciju čestica malih
dimenzija moguće dobivanje korisnih
međuprodukata (kemikalije, mineralna
gnojiva i sl.)
Nedostaci procesa skrubiranja problemi vezani uz koroziju i
smrzavanje problemi vezani uz obradu
otpadnih voda i muljeva
separirani materijali u vlažnom
stanju; skupo odlaganje otpadnog
mulja skupo održavanje ako se radi s
korozivnim materijalima
mogućnost velikog pada tlaka i
velike potrošnje energije
opasnost od stvrdnjavanja krutihčestica u kontaktu s vodom
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
81/144
81
Učinkovitost različitih sustava za otprašivanje s obzirom na veličinu čestica
Uređaj Učinkovitost
< 1 m 1-3m 3-10m > 10m
ESP96,5 98,25 99,1 99,5
Vrećasti filtar 100 99,75 >99,95 >99,95
Venturijev
skuber
> 70 99,5 >99,8 >99,98
Multiciklon 11 54 85 95
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
82/144
82
II.II. Uklanjanje plinovitih oneUklanjanje plinovitih oneččiiššććivala iz otpadnih plinovaivala iz otpadnih plinova
apsorpcija adsorpcija kondenzacijamembranska
separacija
spaljivanje:
topl. ili kat. biološkaobrada
Postupci oporabe
Postupci razgradnje
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
83/144
83
Razlika izme u plina i pare
Sli
čnosti:
• sastoje se od odvojenih molekulau slobodnom kretanju
• ekspandiraju i nastoje ispuniti
prostor u kojem se nalaze
• pokazuju tlak u svim smjerovima
• nalaze se u plinovitom stanju
Razlike:
• unutarnja energija molekula• komponenta u plinovitom stanju smatra
se plinom ako se nalazi daleko od
područ ja karakterističnog za tekuću fazu
(temperatura > kritične točke pri kojoj
dolazi do kondenzacije)
• para – komponenta u plinovitom stanju
koja je blizu područ ja karakterističnog za
tekuću fazu
• para se lako može adsorbirati napovršinu adsorbensa ili kondenzirati
Plinovi: SO2, NO, NO2, CO i sl.
Pare:
već
ina hlapljivih org.spojeva (VOC); izuzetak su metan,
etan, etilen i dr. VOC s niskom
točkom vrelišta)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
84/144
84
Apsorpcija – prijenos pl. onečišćenja iz plinske faze u tekuću fazu u kojoj je pl.komponenta topljiva; ako je odgovarajuća tekućina voda proces se često naziva
s k rubiranje ili is p iranj e
, a suprotno od toga jestripiranje
koje je obič
nopovezano sa spaljivanjem plina koji sadrži uklonjenu komponentu iz otpadnetekućine (npr. vode) ili kontaktiranjem tekuće smjese s prikladnim plinom ucilju uklanjanja jedne ili više komponenata iz tekuće faze (u praksi su apsorpcijai stripiranje često povezani procesi) s t ac io naran p ro c es
Adsorpcija – selektivno koncentriranje jedne ili više komponenata iz plinskefaze na površini mikroporozne krutine; koristi se za uklanjanje malihkoncentracija plina iz otpadnih plinskih struja
n e s ta c io n a r a n p r o ce s (zbog akumulacije adsorbirane komponente na
površini krutine)difuzijski procesi
limit irani t ermo dinam ič k o m r a v n o tež o m
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
85/144
85
Apsorpcija
psorpcija
stara, ali još uvijek važna metoda
separacije (razvijena 1920.-1930.) princip rada: prijenos tvari
(difuzija), glavni mehanizamapsorpcije plina je molekularnadifuzija
tijekom apsorpcije može bitiprisutan i turbulentan prijenostvari; turbulentan prijenos jemnogo brži i može se maksimalnopovećati pravilnim dizajniranjem
apsorbera najveći otpor prijenosu tvari
između kapljevine i plina je nagranici faza (g-l) Punjena kolona/apsorber za apsorpciju plina
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
86/144
86
Razli
čita podru
čja primjene apsorpcijskih metoda
oporaba
jedne ili više tvari iz plinske smjese (npr. uklanjanje propana ibutana iz prirodnog plina)
proizvodnja željenog produkta (npr. proizvodnja HNO3 apsorpcijom NOxu H20)
pročišćavanje otpadnih plinskih smjesa s ciljem postizanja određenihzahtjeva ili standarda
separacija i pročišćavanje plinskih smjesa koje sadrže velikekoncentracije VOC, posebice spojeve topljive u vodi (npr. alkoholi, aceton,formaldehid); kad je potrebno apsorpciju koristiti za uklanjanje opasnih
VOCa uglavnom se kombinira s procesom adsorpcije ili termičkogspaljivanja otpadnog plina)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
87/144
87
P rimj ena ap s o rp c ij e za o bradu o t p adn ih p lino v a:
• uglavnom za uklanjanje anorganskih para i plinova (H2S, NH3, SO2 i dr.),• uklanjanje kiselih plinova topljivih u vodi (HCl, HF, SiF4)
• uklanjanje VOC-a (metanol, etanol, izopropanol, formaldehid i dr.)
• uklanjanje krutihčestica (PM10, PM2,5, PMHAP)
Primjeri naj č eš ć e primjene u zaštiti zraka:
• uklanjanje NH3 pri proizvodnji mineralnih gnojiva
• uklanjanje SO2 iz izvora izgaranja
• uklanjanje spojeva topljivih u vodi (npr. aceton, metilni alkohol i sl.)
• kontrola mirisnih plinova …
p o go dna za k o m binac iju s drugim m et o dama ( ads o rp c ij a,
kondenzacija i spaljivanje)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
88/144
88
P rik ladno s t ap so rp c ije zav is i o s ljedeć im č i m b e n i c i m a :
• dostupnosti prikladnog otapala,
• topljivosti onečišćujuće tvari u otapalu
• stupnju učinkovitosti koji se želi postići,
• koncentraciji onečišćujuće tvari koja se želi ukloniti,
• ukupnom kapacitetu potrebnom za rukovanje s otpadnim plinom,
• dodatnoj vrijednosti uklonjene komponente ili troškovimaodlaganja/obrade otapala koje se ne može regenerirati
Ukupna učinkovitost: 70 - 99 %
Topljivost oneč
išć
ujuć
e tvari funkcija je: temperature, pH otapala,načina/površine kontakta,
T topljivost raste
pH topljivost opada
p (plinske faze iznad otapala) topljivost raste
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
89/144
89
a) n i s ko e n e rg e tski
apsorberi/skruberi s raspršivanjem, apsorberi s punilom, pliticama/pločama,centrifugalni skruberi i sl.
uč inkovitiji za uklanjanje plinovitih oneč išć enja; princip rada tem elji se nam e tod am a z a pob ol jš an je kon takta pl in -te kuć ina
b ) vi s oko e n e rg e ts ki
različite izvedbe venturi skrubera, skruberi s mokrim ventilatorima
u
č inkovitiji za uklanjan je krutih one
č iš
ć e n j a ( is to s tr u jn i r a d !) ; p r in c ip r a d a
tem elji se na velikim brzinam a strujanja plina
c) suhi apsorbe ri/skruberi
c1. sušionici s raspršivanjem (engl. spray dryer ),
c2. apsorberi/skruberi s inertnim materijalom (npr. pijeskom)
c3. apsorberi/skruberi s ubrizgavanjem suhog sorbensa (npr. hidratizirano vapno ilisoda)
suhi on eč išć e n ja s e ukl an jaju u k rutom ob l iku (n e m a z b ri n javan ja otpad n e
vod e , od n os n o otpad n og m u l ja! ) ; n e m a z as ić ivanja otpadn og plina s tekuć i n o m
ili se vlaga dodaje u količ i n i d ovol jn o m al oj d a m ož e d oć i do isparavanja bez
potre b e z a k on d e n z ac i jom
IzvedbeIzvedbe apsorberaapsorbera//skruberaskrubera
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
90/144
90
S u š io n i k s ra s p rš iv a n je m ( e n g . S p r ay d r y e r)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
91/144
91
koristi se za uklanjanje kiselih plinova (npr. SO2, HCl, PAH i dr.) iz struje
otpadnih plinova
alkalna otopina ili odgovaraju
ća suspenzija (npr. suspenzija vapnenca
ili vapna) raspršuje se na vrhu ure aja kroz pneumatske ili rotiraju
će
sapnice
plin ulazi na vrhu ili u središnjem dijelu apsorbera i ostaje u kontaktu s
kapljicama suspenzije 6-20 sekundi; tijekom tog vremena kiseli plinovi (npr.SO2) apsorbiraju se na kapljicama i reagiraju s alkalnim komponentama, aistovremeno toplina plinske struje dovodi do isparavanja vode i nastajanjasuhog praška
suhi prašak zajedno s ostalim krutim česticama iz plinske struje odvaja
se u vrećastom filtru ili u ESPu uređaj je obično vrlo velik da bi se omogućio potpuno sušenje i dovoljno
vrijeme zadržavanja za potrebe kemijske reakcije
S u š io n i k s ra s p rš iv a n je m ( e n g . S p r ay d r y e r)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
92/144
92
Uk lanj anj e k is elih p lino v a inj ek t iranj em s uh o g s o rbens a
Injektiranje suhog sorbensa
( n pr . h i d ra ti zi ra n o v a p n o i li so d a )
kaometoda za uklanjanje kiselih plinova (HCl, SO2, SO3) predstavlja ekonomski
isplativu alternativu
u odnosu na metodu sušenja raspršivanjem ili mokre
postupke skrubiranja uz istovremeno eliminiranje nedostataka spomenutih
procesa.
Proces ne zahtijeva dodatne dijelove ure aja za pripremu suspenzija i
ostale procesne uređaje, jer se sorbens u suhom stanju izravno uvodi u
otpadni plin
gdje reagira s kiselim plinovima. Iskorišteni sorbens uklanja se
u suhom stanju pomoću vrećastog filtra ili ESP ili se odvodi u mokri skruber.
Novija tehnologija (Solvay Chemicals ) zasniva se na primjeninatrijevog
bikarbonata i minerala trona (Na
3
H(CO
3
)
2
.
2H
2
O) kao sorbensa, pri čemu
kao produkti nastaju NaCl i Na2
SO
4
, koji se uklanjanju zajedno s ostalim
česticama (prašinom, pepelom i sl.)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
93/144
93
Uklanjanje sprejeva i maglica (engl. mis t s)
na vrhu apsorbera nalaze se sitne kapi tekućine koje je potrebno ukloniti, jer
mogu sadržavati onečišćujuće komponente p r i m j e n o m p o s e b n odizaj niranih m rež ica ili ploč a
Uklanjanje neugodnih mirisa
ako nisu u pitanju štetni spojevi razrje ivanjem plinske smjese, npr.do dat k o m zrak a i s l.
p rev o enj e u m anj e š t etne s p o j ev e
ili spojeve za koje postoji viši stupanjtolerancije (npr. oksidacija H2S u SO2)
suhim skrubiranjem uz uporabu drugih sorbensa (npr. Al2O3 i dr.)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
94/144
94
Adsorpcija
dsorpcija
uklanjanje mirisa/mirisnih tvari,
uklanjanje hlapljivih otapala (benzen, etanol, trikloroetilen, freoni, itd.)
sušenje procesnih plinova, oporabu korisnih sastojaka, itd.
Kao metoda obrade otpadnih plinova primjenjuje se za dva različita
slu
čaja kada zrak zasi
ćen s VOC sadr
ži:
jednu do tri komponente i kad je ekonomski isplativo te komponente
ponovno koristiti,
velik broj razli č itih organskih spojeva malih koncentracija i kad je
potrebno te spojeve koncentrirati u cilju njihove naknadne obrade(termička ili katalitička oksidacija).
P ri kl ad n a z a ob rad u ve l i kog vol um e n a on eč išć e n og p lin a k o ji s ad rž i m al u
koncentraciju tvari koje je potrebno ukloniti te ako plinovito oneč išć e n je
teško sagorijeva !
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
95/144
95
Čimbenici koji utje
ču na proces adsorpcije
temperatura↓
tlak koncentracija onečišćujuće tvari molekularna masa onečišćujuće tvari prisutnost vlage↓
prisutnost krutih
čestica↓
Uč inkovitost procesa : do 99 %
primjena ograničenja vezana na spojeve velike molekularne mase (koji su obično
slabo hlapljivi i jako se adsorbiraju) primjena za uklanjanje spojeva čija je točka vrenja < 204˚C ili molekularna masa <
130 g/mol
m aks i m al n a u l az n a kon c e n trac ija on eč išć e n ja: do 10.000 ppmv,
u o b ič ajena izlazna koncentracija: oko 50 ppmv
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
96/144
96
Tip adsorbensa Područje primjena
Fizi
čka
adsorpcija
(van der Walsova
adsorpcija)
reverzibilan
proces
aktivirani ugljen uklanjanje mirisnih HC, otapala, desulfurizacija
zeoliti (hidrofilni) adsorpcija NH3, uklanjanje vlage, uklanjanje kisika iz zraka,
supstrat za biološku metodu deodorizacije, adsorbent za
metilni sulfid i metilni disulfid
visokosilikatni zeoliti (hidrofobni) adsorpcija alkohola, aromata i pafina iz vodenih otopina
molekularna sita uklanjanje kisika iz zraka
silika gel uklanjanje vlage, deodorizacija zraka
Al2O3 uklanjanje vlage, deodorizacija zraka
aktivna glina rafiniranje otopina, obezbojavanje, deodorizacija masti
Kemisorpcija
ireverzibilan proces
aditiv/adsorbens
osnovni plin
kiseli plinugljen impregniran metalom
ugljen impregniran s W/oksidans
adsorpcija NH3, trimetil amina
adsorpcija H2S, metil merkaptana
adsorpcija CO, HCN, karbonil kloridarazgradnja/adsorpcija NO, H2S, amina, aldehida, akroleina
ionski izmjenjivač adsorpcija NH3, trimetil amina, H2S, metil merkaptana
Fe-oksid kao deodorant adsorpcija H2S, octene kiseline
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
97/144
97
Fizička adsorpcija (van der Walsova adsorpcija)
• slabo vezanje molekule plina i čvrstog adsorbensa (energija vezanja je sličnaprivlačnim silama između molekula u kapljevini)
• osjetljiva na T, nespecifična, vrlo brza (nema energetske barijere); mogućnostnastajanja više slojeva (Hads < 3 Hisp.);
• povratan proces; proporcionalna je stupnju pokrivenosti površine adsorbensa
Adsorpcija jeegzoterman proces
(za razliku od regeneracije adsorbensa koja jeendoterman proces i potrebno je dovođenje energije)
Sile koje ve ž u m o lek ule p lina na p o v rš ini k rut ine lak o s e s v ladav aj u:
a) promjenom temperature ili
b) smanjenjem tlaka
svaka od tih metoda se može koristiti za regenerac iju (č išć enj e) ads o rbens a
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
98/144
98
Kemisorpcija
kemijsko vezanje reakcijom (prijenosom elektrona) između adsorbata iadsorbensa; kem. veze mogu biti ionskog, kovalentnog i koordinacijskog tipa
specifična, sporija od fizičke adsorpcije (postoji energetska barijera),nastajanje monosloja (Hads > 3 Hisp.) nastajanje samo jednog sloja adsorbata kemisorpcija je nepovratan proces (onemogućena desorpcija) topline kemisorpcije su istog reda veličine kao i topline reakcije (20-400
kJ/mol)
Primjer: oksidacija SO2 u SO3 na aktivnom ugljenu aktivni ugljen i Al2O3 mogu djelovati kao katalizatori u reakcijama sbrojnim plinovima
A k o j e p ot re b n a re g en e ra c ij a ad s o rb e n sa i li r ek u p e ra c ij a a d so r bi ra n e
k o m p o n e n te p o tr eb n o j e i za b ra ti a d so r be n s k o d k o je g ć e u k u p n u
brzinu p ro c es a ads o rp c ije o dre iv at i s amo f izič ka adsorpcija.
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
99/144
99
Kriteriji za izbor adsorbensa
kapacitet, selektivnost,
regenerabilnost,
kinetika (prijenos tvari),
vijek trajanja,
troškovi
Za uspješnu adsorpciju:
primjena poroznog adsorbensa velike specifične površine koji ima velik
afinitet prema adsorbiranom plinu;
velik omjer S/V
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
100/144
100
Što utječ e na kapacitet adsorben sa?
t emp erat ura
kapacitet adsorbensa ↓ ako T;
općenito pravilo: T< 54 °C za postizanje zadovoljavajućeg kapacitetaadsorbensa (potrebno je hlađenje plinske struje prije obrade)
tlak
kapacitet adsorbensa ako pbrzina strujanja plina
ako je brzina strujanja manja vrijeme zadržavanja je veće (uobičajeno je30 m/min, a donji limit je 6 m/min)
deblj ina s lo j a ads o rbens a
dužina zone prijenosa tvari (MTZ) zavisi o: veličini čestica adsorbensa,
brzini strujanja plina, konc. adsorbata, značajkama fluida, T i p
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
101/144
101
v la
ž no s t
• aktivni ugljen pretežno adsorbira nepolarne HC u odnosu na polarne
molekule H2O;• kod velike relativne vlažnost (> 50 %) broj molekula vode raste i dolazi do
kompetitivne adsorpcije na adsorpcijske centre smanjenje kapaciteta iučinkovitosti adsorpcije
• uklanjanje suvišne vlage: hlađenjem, razrjeđivanjem sa zrakom kojisadrži manje vlage, zagrijavanjem s ciljem uklanjanja vlage (oprez: T ne
smije utjecati na učinkovitost procesa adsorpcije)
prisutnost ostalih oneč išć enj a
• prisutnost krutih čestica, kapi kapljevine, org. spojeva s visokom točkom
vrelišta smanjenje učinkovitosti
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
102/144
102
Adsorpcijsko - desorpcijski sustav za oporabu otapala
regeneracija
• s m an je n je m tl aka i li povi š e n jem te m pe rature
• z ag rijavan je m ad s orb e n s a u s truji i n e rtn og pl i n a
(npr. N 2) ili niskotlač n e pare (npr. za desorpciju
slabo adsorbiranih org. spojeva)
• re akc ijom s od g ovarajuć i m re ag e n som (npr. kod
kemisorpcije)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
103/144
103
Različite izvedbe adsorbera
• adsorber s nepokretnim slojem
• adsorber s vrtložnim slojem
• adsorber s pokretnim slojem• i dr.
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
104/144
104
KondenzacijaKondenzacija
postupak se uglavnom sastoji u hlađenju plinske struje na temperaturu kod
koje org. komponenta ima dovoljno nizak tlak para da se može kondenzirati(temperatura kapljišta)
prilikom kondenzacije dolazi do promjene faznog stanja onečišćenja izplinovitog u kapljevito (hlađenje) ili kruto (zamrzavanje, kriogeni sustavi)
ako je dostupno odgovarajuće rashladno sredstvo i ako su koncentracijeoneč. tvari dovoljno velike može se koristiti za oporabu tvari s velikomuporabnom vrijednošću
uglavnom za uklanjanje VOC, a često dolazi u kombinaciji s drugim
metodama
Uč inkovitost: uglavnom > 90 %
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
105/144
105
Koristi se za:
a) uklanjanje ekonomski vrijednih spojevab) uklanjanje korozivnih spojevac) smanjenje volumena otpadnog plina
Provodi se na različite načine:
smanjenjem temperature povećanjem tlaka, kombinacijom ….
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
106/144
106
Izvedbe procesa kondenzacije zavisno o temperaturnom područ ju
k o nden zac ija hla enj em , do temperature kondenzacije od 25C;
k o nden zac ija s mrzav anj em , do temperature kondenzacije od 2C,
k o nden zac ija ras hladnim s reds t v o m , do temperature kondenzacije od -10
C; kondenzacija s amonijakom, do temperature kondenzacije od -40C
(jedan stupanj) ili -60C (više stupnjeva);
k r io g e n a k o n d e n z a c ij a, do temperature kondenzacije od -120C (u praksič
esto između -40 i – 80C) k o nden zac ija inert nim p lino m u zat v o reno m c ik lus u
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
107/144
107
Kondenzacija hlađenjem i zamrzavanjem
• obično se primjenjuje za obradu otpadnih plinova čije su značajke velikekoncentracije VOC i mali protoci (npr. za obradu plinova na izlazu izkemijskih reaktora, na terminalima za utovar nafte i dr.).
Kriogena kondenzacija• zasniva se na isparavanju tekućeg dušika kao rashladnog sredstva da bi se
kondenzirale pare VOC na površini kondenzatora
• kriogenom kondenzacijom mogu se ukloniti go t o v o s v i VO C s p o j ev i i
hlap lj iv a ano rgans k a o neč išć enj a, međutim ovaj p o s t up ak nij ep rik ladan za o bradu o t p adnih p lino v a k o j i s adrž e v o denu p aru (zbogmogućnosti nastajanja leda koji otežava rad izmjenjivača topline).
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
108/144
108
Konvencionalni kondenzatoriKonvencionalni kondenzatori koriste zrak ili vodu za smanjenje temperature plina do ca. 4,4 ˚C
dijele se na:
kondenzatore s neposrednim hlađenjem (kontaktni kondenzatori ili
kontaktni skruberi)
- neposredan kontakt plina s medijem za hlađenje (najč
ešć
e voda)P redno s t : jednostavnost rada i niska cijena koštanja
N edo s t at ak : miješanje kondenziranih onečišćujućih tvari s vodom
problemi s obradom otpadnih voda (dodatni troškovi)
površinske kondenzatore/izmjenjiva č e topline skuplji i teži za održavanje od kontaktnih kondenzatora (ali nemajunjihove nedostatke!)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
109/144
109
Kontaktni kondenzator
(kondenzator s neposrednim hla enjem)
Površinski kondenzator/ izmjenjivač topline
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
110/144
110
Membranska separacija
embranska separacija
prva komercijalna primjena 1990.; relativno novija tehnologija
malo iskustva vezanih uz primjenu u ind. uvjetima rada
zasniva se na primjeni selektivnih membrana: organske pare imaju znatnoveću brzinu permeacije od kisika, dušika, vodika ili CO2 (10-100 puta)
rezultat je koncentriranje VOC (koncentracija VOC na izlazu izmembranskog modula može biti 5-50 puta veća od one na ulazu) k o m binac ija s k o ndenzat o ro m
uklonjeni spojevi iz membranskog separacijskog procesa se obično recikliraju(nakon primjene odgovarajuće metode za oporabu VOC) i u g l a v n o m n e
do lazi do nas t aj anja o s t at k a k ao rezult ata p rim j ene p ro c es a
ukoliko dolazi do dodatnih emisija otpuštaju se u atmosferu prekodimnjaka ili se odvode na naknadnu obradu (adsorpcija ili spaljivanje)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
111/144
111
Kada se primjenjuje membranska separacija plinova?
za uklanjanje VOC koji se ne mogu u
činkovito ukloniti postupcima
adsorpcije i kondenzacije
(npr. za obradu otpadnih plinova koji sadržeumjerenu do vrlo visoku koncentraciju VOC: 0,1 do 99 % VOC)
u novije vrijeme sve više se primjenjuje za uklanjanje halogenih otapala i
skupih otapala
najčešće za oporabu para otapala ili para goriva (npr. benzin) iz otpadnogplina u: kemijskoj industriji, petrokemijskoj industriji, farmaceutskojindustriji, rafinerijama i dr. industrijama
membranska separacijanije pogodna za obradu pri vrlo velikim
protocima plinskih smjesa ili za obradu otpadnih plinova s malim
koncentracijama VOC
Membrane za separaciju plinova
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
112/144
112
Membrane za separaciju plinova• otpadni plin ulazi u modul i
prolazi između membranskih
listova
• plin prolazi kroz membranske
spirale i dolazi u centralnu cijev
za prikupljanje permeata
• ostatak ulazne smjese prolazi
kroz membranski modul i
predstavlja ostatak
• da bi se postigao odgovarajućikapacitet i željeni stupanj
separacije, moduli se povezuju
serijski ili paralelno
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
113/144
113
Shematski prikaz membranskog
separacijskog procesa
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
114/144
114
Uklanjanje VOC membranskim procesom provodi se u 2 stupnja:
k o m p res ija i k o n denzac ij a mem brans k a s ep aracij a
- smjesa para i zraka komprimira se do 310-1380 kPa
- komprimirana smjesa se hladi, a kondenzirana para se šalje na oporabu
- nekondenzirani organski spojevi odvajaju se iz plinske smjese ikoncentriraju u permeat pomoću membrane
- obrađeni plin ispušta se iz sustava, a ostatak se vraća na ulaz u kompresor
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
115/144
115
Zna
čajke membranskog separacijskog procesa
• membrane su najprikladnije za obradu plinskih struja VOC koje sadrže više od1000 ppmv organske parečija oporaba daje produkt velike uporabne vrijednosti
• permeabilnost VOC-a i zraka kroz membranu ovisit će o njihovim relativnim
permeabilnostima i razlici tlaka kroz membranu
• s porastom razlike tlaka rastu troškovi energije
• uglavnom dolazi u kombinaciji s kondenzacijom i ostalim metodama za
oporabu VOC
U
činkovitost
za uklanjanje VOC-a: 90- 95 %
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
116/144
116
Uklanjanje plinovitih one
klanjanje plinovitih oneččišććenja postupcima razgradnjenja postupcima razgradnje
• Kem ij sk e m et o de razgradn j e ( p ro c es i izgaranja/ s p alj ivanj a)
Toplinske (termičke) metode razgradnje (T= 700 – 10000C)
(uklanjanje NOx, CO, VOC, H2S; spojevi koji sadrže C, H, O, N i S)
Katalitičke metode razgradnje (T= 400 – 5000C)
(NOx, CO, VOC, N2O, CFC)
•B io lo š k e met o de razgradnj e
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
117/144
117
To p lins k a k em ijs k a k o nv erzij a:
• velika potrošnja energije i pomoćnog goriva
(iako postoji mogućnost primjene povratnog sustava za
zagrijavanje/predgrijavanje ulaznih smjesa)
• problem nepotpunog izgaranja i nastajanja spojeva koji su opasniji od
polaznih spojeva (tzv. termički NOx, aldehidi, dioksini, furani)
Katalitič k a k e m i j sk a ko n v e r z ij a :
• niža temperatura reakcije ušteda pomoćnog goriva i energije• opasnost od katalitičkih otrova prisutnih u otpadnoj plinskoj smjesi
koji mogu dovesti do pada aktivnosti katalizatora i smanjenja
ekonomičnost procesa• ukupna razgradnja onečišćenja uz nastajanje manjih koncentracija
CO2 (jer se koristi manje goriva) te uz manji intenzitet nastajanja tzv.
termičkih NOx
oplinska razgradnja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
118/144
118
Toplinska razgradnja
procesi izgaranja/spaljivanja su općenito najznačajniji izvor emisija onečišćenja,
ali uz pravilno vođenje mogu se koristiti za pretvorbu oneč
išć
enja (organskihspojeva, VOC i toksičnih spojeva) u manje štetne produkte
može se primijeniti bez obzira na stupanj onečišćenja zraka te za bilo kojusmjesu HC i ostalih komponenata
Ključ an u t j ec aj na uč inkovitost procesa :3T (eng. T ime, T emperature, T urbulence )
vrijeme zadržavanja u zoni izgaranjatemperatura
turbulencija
dostupnost (koncentracija) kisikapodruč je eksplozivnosti ili zapaljivostirelativna razgradljivost onečišćenja…
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
119/144
119
ako su u otpadnom plinu prisutni h a lo g en i ra n i H C poseban oprez da sespriječi nastajanje dio k s ina
vrijeme zadržavanja >1 s
temperatura > 1100 ˚C
sadržaj kisika > 3 %
u spalionicama potrebni su i dodatni ure aji (uglavnom alkalni skruberi) za
uklanjanje vodikovih halida i ostalih spojeva štetnih za okoliš koji mogu
nastati razgradnjom ili spojeva koji uzrokuju koroziju uređaja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
120/144
120
Izvedbe ure aja za toplinsku razgradnju
a) jednostavni sustavi (sastoje se od komore za izgaranje, bez dodatnih
izmjenjivača topline za uklanjanje topline nastalih dimnih plinova)
b) rekuperativni sustavi (sadrže izmjenjivače topline koji služe za povrattopline nastale izgaranjem i njezinu primjenu za predgrijavanje ulaznihprocesnih plinova)
p o v rat t o p line izno s i 50-7 5 % (ali manji troškovi instaliranja) c) regenerativni sustavi (sastoje se od komore za izgaranje,te od jednog ili
više keramičkih blokova koji služe kao predgrijači i smanjuju potrebu zadodatnim gorivom)
p o v rat t o p line izno s i 90-95 %
d) plinski motori i/ili parni bojleri
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
121/144
121
Rekuperativno izgaranje
toplina nastala izgaranjem u
izmjenjivač
u topline koristi se zapredgrijavanje ulaznog procesnog plina
Regenerativno izgaranje
keramički blok (jedan ili više) preuzima
toplinu izgaranja koja se koristi zapregrijavanje ulaznog procesnog plina (gotovo
na temperaturu koja postoji u komori
izgaranja)
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
122/144
122
Pri donošenju odluke o načinu iskorištenja topline nastale izgaranjem otpadnih
plinova (rekuperativno vs regenerativno ) treba voditi računa o sljedećem:
• kapitalnim troškovima uređaja
• troškovima instaliranja
• troškovima dodatnog goriva• troškovima energije za pogon ventilatora (vezano uz pad tlaka i protok plina)
• troškovima održavanja (ventili, začepljenje izmjenjivača topline ili punjenja i sl.)
Kataliti
atalitiččkaa razgradnjaazgradnja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
123/144
123
č
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
124/144
124
Kataliti
čka razgradnja
oksidacija na površini katalizatora i provođenje reakcije pri znatno nižim
temperaturama:400 – 500
0
C
ušteda na pomo
ćnom gorivu (potrošnja goriva smanjuje se za 60 -100 %)
manje emisije CO, CO
2
i tzv. termi
čkih NO
x
troškovi energije znatno manji nego kod toplinske razgradnje, ali kapitalnitroškovi su znatno veći (zbog prisutnosti katalizatora!)
ako se u reakcijskoj smjesi koja se spaljuje nalaze spojevi koji sadrže S ili Cl produkti spaljivanja sadrže kisele spojeve (HCl, Cl2, SO2), koje je potrebno
ukloniti (najč
ešć
e skrubiranjem) potreba za uklanjanjem prašine iz otpadnog plina (jer može dovesti do
smanjenja katalitičke aktivnosti odnosno do začepljenje katalitičkog sloja)
Katalizator
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
125/144
125
najčešće se sastoji od monolitnog nosača koji sadrži katalitički aktivnukomponentu
nosa
čkatalizatora
: k eramik a (kordijerit= 2 MgO·5 SiO2 ·2 Al2O3; mulit=3 Al2O3 · 2SiO2), aluminijev oksid, silikat i sl., m et alni no s ač i (nerđajućičelik, legure metala i sl.);
a k t iv n a k o m p o n e n t a
: pl. metali (Pt, Pd, Rh), oksidi baznih metala (Mn, Cu,Co, Cr, Fe, Ni i dr.); CuO ili Co3O4/Al2O3, smjese metalnih oksida i dr.
ako su prisutne veće količine S koriste se manje reaktivni nosači (TiO2,SiO2, Al2O3 i dr.)
ako su prisutne veće količine Cl: Cr2O3, Pt/V2O5/TiO2 i dr.
problem deaktivacije katalizatora (zbog prisutnosti: Ni, Pb, Sb, Sn, Fe, Cr,Zn, P, As, Si, S, prašina i krute čestice, itd.) ekonomičnost procesa
Uklanjanje plinovitih oneUklanjanje plinovitih oneččiiššććenja bioloenja biološškim postupcima razgradnjekim postupcima razgradnje
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
126/144
126
Uklanjanje plinovitih oneUklanjanje plinovitih oneččiiššććenja bioloenja biološškim postupcima razgradnjekim postupcima razgradnje
- uklanjanje biorazgradljivih spojeva- uklanjanje mirisa (deodorizacija)
Izvedba bioprocesa Biomasa Vodena faza
Biofiltracija
bioispiranje ili bioskrubiranje
(bioapsorpcija)
prokapni sloj s biomasom
nepokretan sloj
suspendirana u vodi
nepokretan sloj
nepokretna
prolazi kroz sloj biomase
prolazi kroz sloj biomase
Biofiltracija
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
127/144
127
Biofiltracija
otpadni plin prolazi kroz sloj prirodnog organskog materijala (treset,
vlaknasti treset, piljevina, zemlja, kompost, smjesa različitih materijala i sl.)ili nekog inertnog materijala (gljina, aktivni ugljen, poliuretanske pjene)
pri čemu se organski spojevi biološki oksidiraju pomoću mikroorganizama
dostupnih u prirodi i prevode u CO2, H2O i biomasu
uobičajen vijek trajanja filtar materijala: do 5 godina
uloga inertnog materijala: poboljšanje adsorpcijskog kapaciteta filtar medija
postupak prikladan za obradu otpadnih plinova koji sadrže malu
koncentraciju onečišćivala (npr. 1000 do 1500 ppm metana)
kapitalni troškovi su prihvatljivi, troškovi rada mali
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
128/144
128
otvoreni biofiltarskisustav čist plin
biofiltar ovlaživač
drenaža
zrak za
obradu
filtar material
Shema pojednostavljene izvedbe otvorenog biofiltarskog postrojenja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
129/144
129
b i o fil t a r za uk l a n j a n je m i r is a , L i k us ta , G m b H
zrač ni biofiltar, Likusta, Gm bH
Primjena biofiltracije
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
130/144
130
u kemijskoj i petrokemijskoj, farmaceutskoj, prehrambenoj i dr. industrijama,
u postrojenjima za obradu mulja, itd.
uglavnom za uklanjanje lako biorazgradljivih spojeva male molekularnemase (kao što su: amini, ugljikovodici, H2S, NH3, toluen, stiren, benzen,toluen, mirisne tvari i dr.)
postupak je prihvatljivza uklanjanje malih koncentracija one
čiš
ćivala lako
topljivih u vodi
U
činkovitost obično opada u sljedećem nizu:
alkoholi
esteri
ketoni
aromati
alkeni
Klju
čne zna
čajke za izvedbu i rad biofiltara
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
131/144
131
• određivanje koncentracije i vrste štetne tvari koja se želi ukloniti
• pronalaženje odgovarajuće vrste mikroorganizama
• izbor kompatibilnog medija
• održavanje potrebne vlažnosti
• određivanje dimenzija sloja za održavanje zadovoljavajućeg pada tlaka s
obzirom na brzinu strujanja• određivanje pH, sadržaja nutrienata (N, P, tragovi metala) i temperature
sloja
Omjer neophodan za aerobne mikroorganizme:O/N/P = 100/5/1; pH: 7-8
Bioispiranje
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
132/144
132
zasniva se na kombinaciji postupka ispiranja plina (apsorpcije ili
skrubiranja) i biorazgradnje
, pri čemu voda za ispiranje sadržipopulaciju mikroba potrebnih za oksidaciju štetnih spojeva
ulazni plin i voda prolaze protustrujno kroz apsorber
mirisne tvari iz otpadnog plina apsorbiraju se u vodi
pročišćeni plin izlazi na vrhu apsorbera, a onečišćena voda napuštaapsorber na dnu i odvodi se u bioreaktor na regeneraciju
nakon regeneracije u bioreaktoru voda se recirkulira i ponovno uvodi navrh apsorbera
čist plin
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
133/144
133
apsorber
plin
voda
voda
bioreaktor za obraduotpadne vode
zrak
zrak
P oje d n os tavlje n a sh e m a b i oaps orpc ijs kog pos trojen ja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
134/144
134
S h e m a b io a p s o rb e r a s
otvore n i m b i ore aktorom
a) apsorber,
b) cirkulacija aktiviranog mulja,
c) posuda u kojoj se provodi
aerobna razgradnja
Zna
čajke procesa bioispiranja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
135/144
135
proces primarno zavisi o načinu strujanja fluida biološka regeneracija vode je relativno spor proces; vrijeme zadrž av anj a
v o de u bio reak t o ru iznosi od nekoliko minuta do nekoliko sati (ca. 12 h)
bio reak t o r može biti otvoren ili zatvoren, a brzina bio k em ij sk e reak c ij e u
bio reak t o ru
uglavnom zavisi o brzini prijenosa kisika (koji se dovodipomoću mjehurića dispergiranog zraka)
biosuspenzija: voda koja sadrži bakterije, onečišćenje i mjehuriće zraka
potrebna veličina bioreaktora smanjuje se s porastom brzine prijenosa kisika
nakon biokemijske reakcije voda se odvaja iz biosuspenzije, ali u specijalimslučajevima može doći i do cirkuliranja biosuspenzije
ako je potrebno kisik na izlazu iz bioreaktora može se pročistiti
Primjena reaktivne bioapsorpcije za obradu otpadnih plinova
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
136/144
136
Problem i koje je potrebn o riješiti:
veliki protoci plinova
male koncentracije onečišćenja (ca. ppm)
D a bi s e izbjegli v elik i sk ruberi p o t rebno j e:
povećati prijenos tvari reaktivna bioapsorpcija smanjiti pad tlaka primjenom odgovarajućeg načina kontakta
(npr. nanošenjem mikroorganizama na stijenke monolitnih struktura koje
će osigurati veliku površinu kontakta i istovremeno mali pad tlaka kroz sloj)
P rimj eri p rimj ene reak t iv ne bio ap s o rp c ije:
uklanjanje toksičnih N- i S- spojeva iz otpadnih plinova (NOx, H2S i dr.)
pročišćeni
plin
Primjer reaktivne bioapsorpcije- BioDeNOx proces
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
137/144
137
skruber bioreaktor
EtOH
plin
kisik (zrak)
BioDeNOx proces
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
138/144
138
Glavne reakcije:
1. apsorpcija i kompleksiranje NOx s FeEDTA
2. biološka redukcija NOx do N2 pomoću denitrificirajućih bakterija
S pore d n e re akc i je :
3. oksidacija Fe2+ do Fe3+ pomoću kisika iz otpadnog plina
4. biološka redukcija Fe3+ do Fe2+ pomoću denitrificirajućih bakterija
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
139/144
139
Prokapni sloj s biomasom
uvjeti rada slični kao kod procesa bioispiranja, a razlika je u tome što su
m ik ro o rganizmi v ezani na elem ent e no s ač a (različite izvedbe elemenata
nosača)
u sustavu za pročišćavanje kroz prokapni sloj s biomasom v o dena f aza
k o nt inuirano p ro lazi k ro z s lo j inert no g m at erij ala
S us tav z a proč išć avan je kroz prokapn i
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
140/144
140
sloj s biom asom
• različiti strukturni oblici inertnog
materijala (prstenovi, sedla i sl.)
• primjena u sličnim sustavima
kao i proces bioispiranja
Izbor metode za smanjenje emisija VOC iz otpadnog plina
zavisno o protoku otpadnog plina
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
141/144
141
Izbor metode za smanjenje emisija VOC iz otpadnog plina
s obzirom na ukupni protok one
čiš
ćenog zraka i koncentraciju one
čiš
ćenja
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
142/144
142
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
143/144
143
Prednosti i nedostaci
pojedinih postupaka za
uklanjanje VOC-a
Literatura
N. de Nevers, Air Pollution Control Engineering, McGraw-Hill, N.Y., 1995.
-
8/15/2019 otpadni-plinovi.pdf
144/144
144
, g g, , , 995
C. D. Cooper, F.C. Alley, Air Pollution Control-A Design Approach, WavelandPress, Long Grove, 2002.
H. Brauer, Y.B.G. Varma, Air Pollution Control Equipment, Springer-Verlag, Berlin, 1981.
A. Cybulski and J.A. Moulijn, Structured Catalysts and Reactors, Marcel
Dekker, N.Y. , 1998. R.C. Flagan, J.H. Seinfeld, Fundamentals of Air Pollution Engineering,
Prentice Hall, New Jersey, 1988.
A. Jess, P. Wasserscheid, Chemical Technology. An Integrated Approach,
Wiley-VCH, Weinheim (2013) M. Kaštelan Macan, M. Petrović, Analitika okoliša, HINUS & Fakultet
kemijskog inženjerstva i tehnologije, Zagreb (2013)