Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych
Transkrypt
Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych
Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody usuwania NOx z gazów odlotowych: Metody mokre; metody absorpcyjne Metody suche; adsorpcja selektywna redukcja katalityczna, nieselektywna redukcja katalityczna, katalityczny rozkład 1 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody mokre Metody mokre - absorpcyjne 1. Stosunek molowy NO2/NO = 1, procesy absorpcji w roztworach alkalicznych takich, jak NaOH, Na2CO3, Ca(OR)2, CaCO3, Mg(GH)2, MgCO3 , (NH4)2CO3 (90%) 2. Stosunek molowy NO2/NO << 1 prowadzi się absorpcję alkaliczną w obecności substancji utleniających, takich jak podchloryn sodu, podchloryn wapnia, sole Ŝelazowców, ozon, ditlenek chloru, woda utleniona oraz bardzo ekonomiczna metoda gazy odlotowe są zraszane kwasem azotowym w wieŜach absorpcyjnych 2 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Adsorpcja NOx na zeolitach 1.Cykl adsorpcji i utleniania NO + 1/2O2 NO2 2. Cykl regeneracji Zdesorbowany NO2 kieruje się do kolumny absorpcyjnej w instalacji kwasu azotowego. Metoda adsorpcyjna: - wysoka sprawność, jest bezodpadowa, - koszt adsorbentów jest wysoki, - regeneracja kolumny. 3 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) Redukcja tlenków azotu do azotu cząsteczkowego za pomocą amoniaku w obecności katalizatora 4 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) w zakresie 200-300°C 2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O w temperaturze niŜszej od 150°C 2NO2 + 2NH3 N2 + H2O + NH4NO3 w temperaturze powyŜej 320°C 5NO2 + 2NH3 7NO + 3H2O Katalizatory: platynowce: Pt, Rh, Pd oraz tlenki metali przejściowych, np. V2O5, TiO2, MoO3, V2O5 osadzony na TiO2 lub na mieszanym nośniku TiO2-SiO2 5 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda selektywnej redukcji katalitycznej (SRK) Wady metody SRK • stosowanie bardzo drogiego i wysoce korozyjnego oraz toksycznego amoniaku • katalizator platynowy •mała odporność na zatrucia przez metale cięŜkie, tlenki siarki i związki halogenowe •wymagane jest wcześniejsze wstępne oczyszczenie gazów odlotowych, gdyŜ zawarte w nich cząstki popiołów lotnych powodują obniŜenie aktywności katalitycznej 6 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda nieselektywnej redukcji katalitycznej 2NO + 2H2 → N2 + 2H2O 2NO2 + 4H2 → N2 +4H2O 4NO + CH4 → 2N2+CO2+2H2O 2NO2 + CH4 → N2 + CO2 + 2H2O 2NO + 2CO → N2 +2CO2 2NO2 +4CO →N2 + 4CO2 Redukcję nieselektywną katalizują katalizatory platynowe i palladowe, a takŜe tlenki metali przejściowych osadzone na tlenkach krzemu, glinu lub glinokrzemianach. 7 Oczyszczanie gazów odlotowych z NOx i LZO Budowa i działanie katalizatora 1 - warstwa katalityczna 2 - warstwa pośrednia z aktywatorami 3 - nośnik ceramiczny 8 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe fot. shell.com Spaliny muszą być odpylone, sadza AdBlue – roztwór mocznika 9 Usuwanie tlenków azotu z gazów odlotowych Metody suche, bezodpadowe Metoda katalitycznego rozkładu tlenków azotu 2NO → N2 + O2 Katalizatory dla rozkładu NOx - zeolity dotowane jonami miedzi lub platyny NOx jest adsorbowany na centrach aktywnych, w tym wypadku atomach metalu ( np. Cu lub Pt). W wyniku oddziaływania z atomem metalu przebiega reakcja chemiczna: 10 Dwutlenk węgla Separacja CO2 po procesie spalania Spalanie w atmosferze tlenowej 11 Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Sposoby separacji ditlenku węgla z gazów odlotowych: Absorpcja Adsorpcja Separacja membranowa Separacja kriogeniczna 12 Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Absorpcja Absorpcja przy niskich temperaturach i wysokim ciśnieniu; desorpcja proces odwrotny. Wstępnie oczyszczony CO2 ; rozpuszczalniki to aminy np.: monoetyloamina, dietyloamina, roztwór amoniaku, wodorowęglan potasu 13 Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla 14 Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Adsorpcja Adsorbenty: węgiel aktywny, koks aktywny, zeolity, Ŝel glinowy i krzemnionkowy. Dwa cykle: 1. Adsorpcja 2. Odzysk ditlenku węgla (regeneracja adsorbenta) zmiennociśnieniowa zmiennotemperaturowa 15 Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Separacja kriogeniczna SpręŜanie i chłodzenie gazu, a następnie wydzielenie CO2 w postaci ciekłej. Geologiczne składowanie CO2 1.Głębokie poziomy wodonośne-solankowe. 2.Wyeksploatowane i częściowo wyeksploatowane złoŜa ropy i gazu. 3.Głębokie nieeksploatowane pokłady węgla, zawierające metan. 16 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Do usuwania związków organicznych z gazów odlotowych wykorzystuje się następujące procesy: •absorpcję •adsorpcję •kondensację (skraplanie par) •utlenianie (bezpośrednie, termiczne, katalityczne) •ultrafiltrację •metody biologiczne Metody regeneracyjne Metody regeneracyjne usuwania organicznych rozpuszczalników z gazów odlotowych są to przewaŜnie metody wykorzystujące zjawisko absorpcji, adsorpcji, kondensacji, filtracji. 17 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ABSORPCJA Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, oparty na ich: - absorpcji w wysoko-wrzącym rozpuszczalniku organicznym, - desorpcji, - ewentualnie spaleniu katalitycznym desorbowanych mediów. Stosowane absorbenty: Chloro-, nitro- i alkilo- pochodne węglowodorów aromatycznych, alkohole, aldehydy, ketony, estry kwasów organicznych, węglowodory alifatyczne, węglowodory heterocykliczne, oleje wysokowrzące, eter polietylenoglikolowy. Wady: wtórne zanieczyszczanie środowiska toksycznymi i odoroczynnymi parami i ściekami oraz wysoki koszt cieczy absorpcyjnych. 18 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne 19 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ADSORPCJA Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, oparty na ich: -adsorpcji - adsorbenty: węgiel aktywny, silkaŜel, zeolity, glinokrzemiany -desorpcji: -z węgla aktywnego - za pomocą strumienia pary wodnej. -z glinokrzemianów - ogrzewanie warstwy adsorbenta do temperatury wrzenia zaadsorbowanej substancji, przepływ (przedmuchiwanie) gazu obojętnego przez warstwę nasyconego adsorbenta oraz przez kombinację wymienionych metod. Adsorbenty jednorazowego i wielokrotnego stosowania. Wady - wymagają dokładnego odpylenia gazów i ich wstępnego osuszenia, - są to metody kosztowne, wymagające stosowania wielostopniowych instalacji. 20 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ADSORPCJA Proces okresowy 21 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ADSORPCJA Proces ciągły 22 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody regeneracyjne Metody membranowe Separacja membranowa oparta jest na selektywnej przepuszczalności lotnych związkỏw organicznych (LZO) przez membrany ze środowiska powietrza. Membrany – organiczne np.:guma silikonowa (polidimetylosiloksan), - nieorganiczne: ceramiczne, metalowe Strumienie stęŜone LZO > 1000 ppm. Często jest stosowana razem z kondensacją jako drugi etap oczyszczania. 23 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Utlenianie związków organicznych : spalanie bezpośrednie (w płomieniu)(temp. ~1500 K) spalanie termiczne (900-1400 K) utlenianie katalityczne (500-900 K) metody biologiczne (280-330 K, opt. 310 K) 24 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody nieregeneracyjne Utlenianie węglowodorów Utlenianie węglowodorów przebiega zgodnie z równaniem: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 25 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Bezpośrednie spalanie w płomieniu Wymagane duŜe stęŜenia związków organicznych. Zastosowanie –spalanie odpadowych gazów palnych: w rafineriach na polach naftowych niekiedy w oczyszczalniach scieków (gazy fermentacyjne) 26 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Spalanie termiczne polega na dozowaniu odpadów gazowych palnych do palnika zasilanego gazem ziemnym. Ten rodzaj spalania jest bardzo energochłonny i kosztowny. Temp. 800 – 1200oC. Temp <1400oC. 27 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Spalanie termiczne stosuje się gdy: •stęŜenie LZO jest zbyt małe, aby podtrzymywać płomień •nie moŜna wykorzystać metod katalitycznych (mieszanina gazów zawiera składniki, które mogą powodować szybką dezaktywację katalizatora) Zastosowanie: •lakierowania i emaliowania, •suszenia powłok malarskich •Ŝelowania PCV •przeróbki asfaltów •drukarnie 28 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Spalanie termiczne 29 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Katalityczne utlenianie węglowodorów - w przypadku niskich stęŜeń węglowodorów w gazach odlotowych. Temperatura rzędu 250-400oC. Katalizatory - metale osadzone na nośniki nieorganiczne. Katalizatory pełnego spalania węglowodorów - zawierają platynę i pallad. Mniej aktywne - tlenki metali Cu, Mn, Cr. Fe, Co, Sn, Ni, Zn. 30 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Spalanie katalityczne 31