predavanje_7[1]

7/25/2019 predavanje_7[1]

1/42

Uklanjanje plinovitih oneiujuih tvarikemijskim

postupcima razgradnje (spaljivanje)

Toplinske (termike) metode obrade (uklanjanje NOx, CO,

OC, !"#$ spojevi koji sadr%e C, !, O, N i #)

&atalitiki procesi razgradnje (NOx, CO, OC, N"O, C'C)


2/42

Kemijska obradakonverzija u manje tetne ili neopasne produkte: CO2,

H2O

Podjela procesa spaljivanja:

a) toplinski termi!ki) procesi: "## $ %####C ili pri viim &

b) kataliti!ki procesi: '## $ (###C

c) neposredno spaljivanje u plamenubaklji uz prisutnost vodene pare


3/42

Toplinska kemijska konverzija:

velika potronja ener*ije i pomo+no* *oriva mo*u+nost koritenja

povratno* sustava za za*rijavanje)

problem nepotpuno* iz*aranja i nastajanja spojeva koji su opasniji od

polazni spojeva -O., aldeidi, dioksini, /urani)

Katalitika kemijska konverzija:

ni0a temperatura reakcije uteda *oriva i ener*ije)

opasnost od kataliti!ki otrova prisutni u one!i+enom zraku

kompletno uklanjanje one!i+enja uz nastajanje manje CO2jer sekoristi manje *oriva) i manje nastajanje termi!ki -O.


4/42

Znaajke procesa izgaranja

1eakcije iz*aranja reakcije oksidacije

&oplina iz*aranja *orivo)3 nakon reakcije produkte iz*aranja je potrebno

oladiti 4 ukloniti odre5enu koli!inu ener*ije via toplinska vrijednost4

uklju!uje latentnu toplinu kondenzacije3 ni0a toplinska vrijednost4 bez

latentne topline kondenzacije)

6ranica eksplozivnosti

1avnote0a iz*aranja

7rzina kemijske reakcije naj!e+e 8*lobalni modeli9)


5/42

Postupak oksidacije

m n 2 2 2

n nC H m )O H O m CO

' 2+ + +

2

%

C O CO2+

2 2

%CO O CO

2+

-O.

, H2

, O2

i dr;

Dodatna energijaspaljivanjem pomo+no* *oriva naj!e+e prirodni plin)

Toplina nastala izgaranjempred*rijavanje ulazne reakcijske smjese

utede i bolja ekonomi!nost)


6/42

a) Toplinska konverzija

razli!iti procesi iz*aranjaspaljivanja su op+enito najzna!ajniji izvorone!i+enja, ali uz pravilno vo5enje ovi procesi se mo*u koristiti zapretvorbu one!i+ivala u*lavnom or*anski spojeva i lapljivi or*anskispojeva) i toksi!ni spojeva u manje tetne spojeve

potpuna raz*radnjaoksidacija u struji zraka ili kisika pri visokimtemperaturama

kljunu ulogu na uinkovitost procesa toplinske konverzije:


7/42

Relativna razgradljivost hlapljivih organskih spojeva u

procesima izgaranja/spaljivanja

VOC relativna razgradljivost

=lkooli velika

=ldeidi=romati

Ketoni

=cetati

=lkaniKlorirani HC mala


8/42

Toplinska konverzija

ako su u otpadnom plinu prisutni alo*enirani HC $ poseban

oprez da se sprije!i nastajanje dioksina

vrijeme zadr0avanja >% stemperatura > %%## ?C

sadr0aj kisika > < @

dodatni ure5aji alkalni skruberi) nu0ni da se uklone vodikovialidi i ostali spojevi tetni za okoli ili spojevi koji uzrokuju

koroziju


9/42

Plinovi i pare, koji se nalaze u zraku, uslijed pove+anjatemperature rea*iraju s kisikom iz zraka i sa*orijevaju; =ko je

sa*orijevanje tako na*lo da je popra+eno razvijanjem velikekoli!ine topline sa*orijevanja i na*lim pove+anjem tlakaplinova sa*orijevanja, onda to nazivamo EKSPLOZ!O"#

Plinovi i pare koji tako na*lo sa*orijevaju u zraku nazivaju se

zapaljivi plinovi i zapaljive pare, a njiova smjesa sa zrakomnaziva se eksplozivna smjesa#

Aksplozivna reakcija sa*orijevanja je kemijski proces koji seodvija prema uobi!ajenim steiometrijskim zakonima;

Aksplozivna smjesa, koja sadr0i upravo toliko zapaljivo* plinai kisika da nastupi potpuno iz*aranje, naziva sestehiometrijska smjesa;


10/42

-ajni0a koncentracija zapaljivi plinova i para koja morapostojati u smjesi sa zrakom da mo0e do+i do sa*orijevanjanaziva se donja granica eksplozivnosti ili zapaljivosti#

=ko je koncentracija zapaljivo* plina ili pare u eksplozivnoj

smjesi ni0a od te *ranice, ne+e do+i do sa*orijevanja ieksplozije;

Baksimalna koncentracija zapaljivi plinova i para u smjesi sazrakom koja mo0e sa*orjeti naziva se gornja granicaeksplozivnosti ili zapaljivosti#znad te *ranice eksplozivnasmjesa se ne mo0e zapaliti, jer je premalo kisika u odnosu nazapaljivi plin ili paru da bi mo*lo do+i do sa*orijevanja;


11/42

Donja granica eksplozivnostikarakterizirana je velikim suvikom zraka, a gornja granica eksplozivnostikarakterizirana je velikim suvikom *orive

tvari, dok je pri ste$iometrijskoj koncentraciji odnos gorive tvari i zraka

jednak teorijskim odnosima;


12/42

Klj%ne varija&le koje %tje% na proces

izgaranja

temperatura

vrijeme zadravanjapri ve+em vremenu zadr0avanja toplinska konverzija mo0e se

provoditi i pri neto ni0im temperaturama i obrnuto)

turbulencija dobar kontakt /aza, dobro mijeanje *oriva i zraka)

kisikako *a nema dovoljno4 nepotpuno iz*aranje i emisija crno* dima3 da bi iz*aranje

bilo u!inkovito potrebno je vie od steiometrijske koli!ine O2, tj; suviak kisika)

granice izgaranjaspalionici rade kod koncentracija or*anski para ispod 2( @ donje*ranice eksplozivnosti, odn; donje *ranice zapaljivosti)

toplina

p 0H C ( T T )= p 2 1q m H mC ( T T )= =


13/42

Vrste procesa oksidacije

%; koncentracija one!i+ivala iznosi ca; 2( @ ispod donje *ranice eksplozivnosti, a

koncentracija O2je iznad %( @ u plinskoj smjesidovoljno je kisika za oksidaciju i postizanje radne temperature

2; koncentracija one!i+ivala iznosi ca; 2( @ ispod donje *ranice eksplozivnosti, akoncentracija O2je manja od %( @ u plinskoj smjesi

nema dovoljno kisika za oksidaciju i potrebno je dodatno uvo5enje zraka


14/42


1azli!ite izvedbe ure5aja:

a) jednostavni sustavi sastoje se od komore za iz*aranje, bez izmjenjiva!atopline dimni plinova)

b) rek%perativni s%stavisadr0e izmjenjiva!e topline koji slu0e za povrattopline nastale iz*aranjem i njezinu primjenu za pred*rijavanje ulazni

procesni plinova 4one!i+eno* zraka)

povrat topline nastale reakcijom je 5!"5 #

c) regenerativni s%stavi sastoje se od komore za iz*aranje, te od jedno* ili

vie kerami!ki blokova koji slu0e kao pred*rija!i i smanjuju potrebu zadodatnim *orivom)

povrat topline nastale reakcijom je $!$5 #

d) plinski motori iili parni bojleri


15/42


Dijelovi ure5aja: komora za iz*aranje

izmjenjiva! topline

plamenik

dimnjak

gorivo: plin ili na/ta


16/42


one!i+en zrak na ulazu prolazi preko sustava izmjenjiva!a topline *dje se

pred*rijava

nakon to*a dolazi u komoru za iz*aranje $ konverzija oksidacija)

pro!i+eni plin odlazi u izmjenjiva! topline *dje se dio nje*ove topline

koristi za pred*rijavanje ulazno* one!i+eno* plina, a zatim prolazi krozdimnjak i odlazi u atmos/eru %; tip oksidacije 4bez uvo5enja dodatno*

zraka)


17/42

Plamenik

namjena i /unkcija da se posti*ne djelotvorna reakcijska zona

kompletno mijeanje plinovito* one!i+eno* zraka i *oriva

dodatno *orivo je potrebno ako toplinska vrijednost one!i+eno* plina nije

zadovoljavaju+a

kvaliteta mijeanja $ temeljni preduvjet kemijske konverzije brzina reakcije $ ovisna o temperaturi u zoni iz*aranja i vremenu

zadr0avanja u zoni iz*aranja

u!inkovitost: > EF @ za ulazne koncentracije one!i+ivala od ca; 2### ppm


18/42

Komora za izgaranje

materijal otporan na visoke &kerami!ki materijal otporan na brze ina*le promjene temperaturne)

oblik uvjetovan trodimenzionalnim strujanjem plina

da bi se posti*lo u!inkovito mijeanje vrijeme zadr0avanja $ pribli0no % sili vie


19/42

'ek%perativno termiko izgaranje

&oplina nastala iz*aranjem oksidacija 4 e*zotermna reakcija) koristi se za

pred*rijavanje ulazno* one!i+eno* zraka


20/42

'egenerativno termiko izgaranje

kerami!ki sloj jedan ili vie) apsorbira toplinu iz*aranja koja se koristi za

pre*rijavanje ulazno* procesno* plina *otovo na temperaturu koja postoji

u komori iz*aranja)

predaju+i toplinu kerami!kom bloku temperatura izlazni plinova nakoniz*aranja neznatno je via od temperature plinova na ulazu u komoru


21/42

'egenerativno izgaranje s dvije komore izgaranja

Periodi!na izmjena topline izme5u plinova i kerami!ki blokova


22/42

'egenerativno izgaranje s tri komore izgaranja

(iz&jegavanje pro&lema vezani$ %z promjen% koncentracije VOC(a %s%stavima s ) komore

4keramiki strukturirani elementiisti kao kod skrubera s

punjenim slojem osi*uranje velike povrine i malo* pada tlaka,

manje potronje ener*ije i bolje* iskoritenja otpadne topline)


23/42

1ekuperativna vs re*enerativna termi!ka oksidacija

rekuperativna izvedba oksidacije je manje u!inkovita, ali manji su i

trokovi instaliranjaekonomi!nija za uporabu u malim sustavima s

koncentriranim strujama GOC koje imaju veliku toplinsku vrijednost

Pri dono*enj% odl%ke o nain% iskori*tenja topline nastale izgaranjemotpadni$ plinova tre&a voditi ra%na o sljede+em,

kapitalni trokovi ure5aja

trokovi instaliranja

trokovi dodatno* *oriva

trokovi ener*ije za po*on ventilatora vezani uz pad tlaka i protok plina)

trokovi odr0avanja ventili, za!epljenje izmjenjiva!a topline ili punjenja)


24/42

Primjena i znaajke procesa izgaranja-spaljivanja plinova

smanjenje emisija iz *otovo svi izvora

smanjenje emisija GOC iz razl; ind; procesa na/tna ind;, procesni plinovi

iz or*; kem; proc; ind;, proizv; boja, *uma i polimerni proizvoda, opasan

otpad, itd;)

pri iz*aranju merkaptana, akrilata i benzena potrebno je iz*aranje provoditipri vrlo visokim temperaturama

mo0e se primijeniti bez obzira na stupanj one!i+enja zraka, te za bilo koju

smjesu HC i ostali komponenata3 pri razli!itim protocima

ponekad velika potronja *oriva

mo*u raditi pri malim promjenama protoka


25/42

Prednosti

intenzivan i kontinuiran rad

jednostavan princip rada i pouzdanost rada

rekuperativna i re*enerativna oksidacija $ velika toplinska u!inkovitost

utjecaj na ni0u potronju *oriva i manju emisiju CO2

mo*u+a procesna inte*racija otpadne topline procesa i proizvodnja vodenepare


26/42

-edostaci

mo*u+e emisije CO, CO2, O2, -O. i dr;

mo*u+nost nastajanja dioksina pri spaljivanju klorirani spojeva

nu0na dodatna obrada procesni plinova prije isputanja u okoli ako GOC

sadr0e iili alide npr; skrubiranje vodom ili alkalnim otopinama) ili

neko* dru*o* postupka nu0na uporaba dodatno* *oriva to utje!e na ekonomi!nost procesa


27/42

&. Katalitika oksidacija


28/42

Katalitika konverzija

oksidacija na povrini katalizatora

temperatura '## $ (###Cuteda na pomo+nom *orivupotronja *oriva smanjena za # 4%## @)

katalizator $ ubrzanje reakcije pri znatno ni0im temperaturama

manje emisije CO, CO2i -O. ako se u reakcijskoj smjesi koja se spaljuje nalaze spojevi koji

sadr0e ili Clprodukti spaljivanja sadr0e i kisele spojeveHCl, Cl2, O2)3 zbo* to*a i treba ukloniti naj!e+eskrubiranjem)

potre&a za %klanjanjem pra*ine iz otpadnog plina/ jerdovodi do smanjenja katalitike aktivnosti 0zaepljenjekat# sloja.


29/42

St%pnjevi,

skupljanje i transport otpadno* plina

uklanjanje praine iz otpadno* plina

za*rijavanje do potrebne temperature kataliti!ka oksidacija

pred*rijavanje ulazno* one!i+eno* plina

izlaz plina



30/42

Dijelovi,plamenik,

komora za izgaranje,

katalizator,

izmjenjiva! topline

Katalizator,

sloj katalizatora u obliku

zrna, sedla i sl;

kerami!ki nosa!i monolit)

koji sadr0e kataliti!ki

materijal)



31/42

trokovi ener*ije znatno manji ne*o kod toplinske konverzije

ni0e temperature), ali kapitalni trokovi su znatno ve+i

katalizatorI)



32/42

Katalizator

velika brzina reakcije na ni0oj temperaturi

ekonomi!nost procesa ovisi o temperaturi na kojoj se odvija reakcija uspjenost oksidacije raste u nizu:

para/iniaromatiole/inioksi*enati

naj!e+e se sastoji od monolitno* nosa!a koji sadr0i kataliti!ki aktivnukomponentu

nosa! katalizatora: keramika kordijerit 2 B*OJ( iO2J2 =l2O


33/42

Za$tjevi koje katalizator tre&a isp%niti,

velika aktivnost $ brzina reakcije po jedinici volumena

velika selektivnost $ ubrzava odre5enu reakciju

stabilnost na visokim temperaturama stabilnost na adsorpciju plinoviti komponenata na kat; povrinu

kataliti!ki otrovi)

velika meani!ka !vrsto+a $ na lom i abraziju

du*i vijek trajanja

mali pad tlaka monolitna struktura)


34/42

1o&iajene izved&e katalizatora

4Bn


35/42

zvedbe reaktora za oksidaciju

a) reaktor s nepokretnim slojem katalizatora

katalizatori u obliku *ranula ili sedla

kerami!ki ili metalni monolitni katalizatori

b) reaktori s %luidiziranim &vrtlonim' uzvitlanim) slojem katalizatora

velika brzina prijenosa tvari i

topline

mo0e do+i do abrazije katalizatora

uslijed sudaranja izme5u zrna

katalizatora odnosno sudaranja sa

stijenkama reaktora


36/42

"onolitni katalizatori-reaktori

*r!; BO-O 4 jedan

*r!; M&HO 4 kamen

kerami!ki monoliti

li k


37/42

nertna monolitna str%kt%ra

nosakatalitiki

aktivne komp#

2

kat#

aktivna

komp#

nertna monolitna str%kt%ra


38/42

Osnovne znaajke monolitni$ katalizatora

velika speci/i!na povrina u odnosu na ukupni volumen

malen pad tlaka velika toplinska stabilnost kerami!ki materijal)

neznatan otpor prijenosu tvari unutar kataliti!ko* sloja tanak sloj)

Osnovni %vjeti koje tre&a isp%njavati inertni monolitni nosa,velika toplinska stabilnost i stabilnost pri na*lim promjenama temperaturemalen toplinski kapacitet i zadovoljavaju+a toplinska vodljivostkoe/icijent toplinsko* irenja monolitno* nosa!a treba biti jednak

koe/icijentu toplinsko* irenja kataliti!ko* sloja ina!e dolazi do pucanja i

otkidanja kataliti!ko* sloja)


39/42

Betalni monoliti


40/42

4 modularna izvedba koja se sastoji od vie

izmjenjivi elemenataI

4kataliti!ki aktivna komponenta:

G2O(4O


41/42

c. 3eposredno izgaranje % otvorenoj &aklji %z pris%tnost

vodene pare

4razvoj sustava iz si*urnosnirazlo*a u slu!aju otputanja

veliki volumena GOC4a u *otovo

!istom obliku3 mno*o si*urnosni

ventila povezani u jedan sabirni

sustav

4vrlo veliki promjeri cijevi

omo*u+avaju rad pri malom padu

tlaka4vodena para koristi se za

postizanje t%r&%lentnog

mije*anja zraka i VOC na vr$%dimnjaka i za omog%+avanje

$la4enja vr$a dimnjaka4uz od*ovaraju+i protok vodene

pare mo*u+e je posti+i bezdimni

rad


42/42

4 bez prisutnosti vodene pare

4u prisutnosti vodene pare

molek%le vode razdvajaj% molek%le

%gljikovodika i sprjeavaj% polimerizacij%

i nastajanje d%golanani$ oksigenirani$

spojeva koji sporo izgaraj%

predavanje_7[1]

Documents