UNI I R E C E T O X SCI E0270 TECHNOLOGIE A NÁSTROJE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Technologie pro zajištění čistoty ovzduší III RNDr. Mgr. Michal Bittner, Ph.D. Snižování emisí z chemických a petrochemických procesů Absorpce Proces zpracování plynu, při kterém některá z jeho složek odchází ze zařízení rozpuštěná v prací kapalině. Hnací síla: Rozdíl mezi koncentrací složky v plynné fázi a rovnovážnou koncentrací v plynné fázi, odpovídající obsahu složky v kapalné fázi za dané teploty ^ nejvyšší při nulové C v roztoku ^ výhodně chemická vazba složky z roztoku C složky převedené do roztoku za jednotku času = funkce (c, T, velikosti plochy styku obou fází, době zdržení v absorbéru, hydrodynamických podmínek) Prací roztok — možná regenerace (vyšší T) Absorpce Absorpce Princip: Absorpce je difúzni proces přestupu hmoty, při kterém je rozpustná plynná složka odstraňována z proudu plynu rozpouštěním v kapalném rozpouštědle. Absorpční proces muže být bez chemické nebo s chemickou reakcí, s recirkulací nebo bez recirkulace kapalné fáze. Hnací silou absorpce je rozdíl koncentrací rozpouštěné složky v plynné a kapalné fázi. Je-li hnací síla kladná, dochází k absorpci, je-li hnací síla negativní, dochází k desorpci, tj. k přestupu rozpuštěné složky zpět do plynné fáze. Jaké množství látky adsorbované se rozpustí, je vyjadřováno rozdě-lovacím koeficientem definovaným vztahem [4.2-1] kde H rozdělovači koeficient rovnovážná koncentrace složky v kapalné fázi [kg.m3] rovnovážná koncentrace v plynné fázi [kg.m-3] c c Absorpce Maximální účinnost, co největší zdržení, plocha styku při co největší intenzitě proudění z obou fází - co nejmenší tlaková ztráta, co nejmenší prostorové, materiálové, finanční nároky. Plocha styku obou fází ^> kapalný film na povrchu speciální náplně - výplňové kolony -nejčastější ^> plynové bubliny v absorpční kapalině - patrové kolony ^> kapky absorpční kapaliny - sprchové kolony, Venturiho pračky Absorpce Absorpce: ^> pokud je nežádoucí znovuzískání produktu ^> při vysokých koncentrací ^> nemožnost účinné adsorpce (CO, HCN, HC1) ^> při obsahu zanášejících látek (dehet) Wet Packed Scrubber Systems ] Eliminate industrial gases, reduce emission and protect environment. Absorpce Odstraňování MeOH z odpadních plynů Velké množství CH3OH, zbytky pryskyřice - absorpce regenerace CH3OH - kryje finanční náklady CISTY PLYN SUR.PLYN METANOL VYSEVROUCÍ ROZPOUST Obr*32. Aplikace absorpce k likvidaci metanolu ze vzduchu z výroby desek z organických pryskyřic 1 - absorbér 2 - destilační kolona 3 - chladič 4 - délicí nádrž Absorpce s regenerací rozpouštědla destilací čistý plyn A plyn k čištění regenerovaná prací kapalina □ "i odstraněné ► síožky chladicí voda E chladicí voda JUUULIĽ c n—-1 ky H nasycená prací kapalina zoxiig reflux A B L<>tz ^> ) pára doplňování prací kapaliny Obr. č. 4.2-3 Schéma absorpce polutantu s regenerací rozpouštědla destilací (B. Koutský, J, Male-cha, 2005) A-plášť absorpční kolony, B - plášť regenerační destilační kulany, C - distributor kapaliny, D - demíster, E - vodní chladič, F - parní ohřívač, G - výměník lepia, H - čerpadlo, I - nosič výplní kolony Venturiho pračka Adsorpce 4.2.6 Adsorpce Princip: Adsorpce je proces, při kterém jsou molekuly polutantu separovány z plynné fáze zachycováním na povrchu fáze pevné. Adsorbující pevná látka j e označována jako adsorbent, adsorbovaná látka jako adsorbát. Opačný proces, kdy hmota přechází z pevné látky do fáze plynné, je nazýván desorpce. Desorpce se řídí stejnými zákony jako adsorpce. Síly, které drží adsorbát na povrchu adsorbentu, mohou být jak fyzikální, tak chemické povahy. Vlastní proces je exotermní, tj. uvolňuje se při něm teplo. Adsorpce Adsorpce - vázání zachycené látky na povrchu (fyzikální, chemické síly) Rovnováha = funkce (T, povrchové a chemické vlastnosti sorbentu) Obr.34. Charakteristické tvary adsorpčnich izoterm Adsorpce Použitelnost: Adsorpcí se odstraňují z plynů, par nebo kapalin některé ze složek, které jsou v nich obsaženy. Adsorpce je používána zejména tehdy, když • zachycený polutant je vhodný pro opětovné použití; • koncentrace polutantu je velmi malá; • polutant nemůže být spalován (např. radioaktivní plyny); • polutant je jedovatý; • je to ekonomicky výhodné ve srovnání s ostatními metodami eliminace polutantu z emisních proudů. Omezení použití: Předpokladem úspěšné aplikace adsorpce daného polutantu je jeho afinita k použitému adsor-bentu. Při nízké afinitě je adsorpční kapacita malá, při příliš vysoké je obtížné adsorbát desorbovat. Druhý případ nevadí, pokud se jedná o jednorázovou neregenerativní adsorpci. Nevhodné je použití adsorpce v takových případech, kdy zachycovaná látka na povrchu adsorbentu polyme-rizuje nebo se rozkládá za vzniku nedesorbující látky. Tím dochází k blokování adsorpčního povrchu a snižování adsorpční kapacity. Adsorpce je exotermní, tzn. že se při ní uvolňuje teplo. Tato skutečnost a to, že aktivní uhlí může na svém povrchu katalyticky podporovat oxidaci některých látek, může vést až k tomu, že dojde k zahoření a případně i vyhoření lože aktivního uhlí. K látkám na aktivním uhlí snadno oxidovatelným, které jsou nositeli tohoto ohrožení, patří zejména ketony a terpentýn (U.S. EPA, 1999). Pokud je Adsorpce Adsorpční zatížení K regeneraci nasyceného adsorbentu, tj. k desorpci adsorbátu, jsou využívány tři základní principy. Pň prvním se využívá zvýšení teploty v systému. Je označován zkratkou TS A podle anglického „temperature swing adsorption". Druhý využívá k témuž účelu poklesu systémového tlaku. Zkratka PSA odpovídá sousloví „pressure swing adsorption". Třetí vychází z poklesu koncentrace a je označován CSA (composition swing adsorption). V adsorpčních jednotkách může být využita kombinace více principů. Pro systémy s plynnou fází jsou téměř výhradně systémy s TSA a PSA, přičemž pro účely čištění plynů jde zpravidla o TSA. Naproti tomu při ad-sorpci z vodních roztoků se používá CSA. nečistý plyn kondenzátor nízkotlaká pára separator T voda odstraněná látka čistý plyn Obr. ě, 4.2-8 Základní schéma adsorpčního zařízení s regenerací vodní párou (B. Koutský, J. Malecha, 2005) Adsorpce Regenerace teplem (inertní plyn) Technické provedení adsorpce -zrnité adsorbenty v pevném loži horizontálním či vertikálním Sorbent - přímo uložen - vrstva granulátu (rozdělení plynu do vrstvy sorbentu) Pro plyny s tuhými příměsemi -kontinuální adsorpce v pohyblivém loži - cirkulace zbavuje plyn prachu a otěru Adsorpce SUR.PLYN —=3- ČISTÝ PLYN -M PARA D ROZP. VODA Obr.37. Jednoduché adsorpčni zařízeni pro čiáténí odplynů z lakoven 1 - adsorbér 2 - kondenzátor 3 - délicl nádrž Cyklický charakter — adsorpce — desorpce proto musí být minimálně dva (ne u pohyblivého lože) SUR.PLYN ČISTÝ PLYN Obr. 38. Schema zapojeni čtyř adsorbérů. 1 - adsorbér čerstvé regenerovaný 2 - adsorbér částečné nasycený 3 - adsorbér chlazený po regeneraci 4 - adsorbér regenerovaný 3DdjOSpY Membránová separace plynů 4.2.3 Membránové separace Princip: Membránová separace je proces, při kterém jsou separovány složky plynných nebo kapalných směsí prostřednictvím semipermeabilní membrány. Pň dělení plynných směsí se používají buď porézní membrány, u kterých se využívá různé rychlosti difúze separovaných složek membránou, nebo neporézní polymerní membrány, u kterých probíhá separace mechanismem rozpouštění a difúze v membráně (McCabe a kol, 1993). V oblasti zájmu této publikace se jedná o aplikaci posledně zmíněného mechanismu. Při membránové separaci tedy dochází na jedné straně ke snižování obsahu škodliviny v základním proudu čištěného plynu a na druhé straně ke vzniku proudu s vysokým obsahem dané škodliviny. Použitelnost: Membránovou separací se oddělují z permanentních plynů (jako kyslík, dusík, vodík, oxid uhličitý či jejich směsi) páry organických slouče- nin. Separovat lze hlavně alkany, olefiny, aromatické uhlovodíky, chlorované uhlovodíky, alkoholy, ethery, ketony a estery. Výhodou metody je, že umožňuje opětné využití oddělovaných látek a že při procesu nevzniká odpad. Objem zpracovávaného plynu jedné jednotky zpravidla nepřesahuje 3000 mMioď1 (EU Commission, 2003). Membránová separace plynů X" 1:39 / 3:09 ■ Membráne Design frfujifilm #innovation #apura Fujifilm Apura Gas Separation Membráne | FUJIFILM Živě Nově nahráno Přehráno Membránová separace plynů vzdušný chladič tepelný výměník vlhká vzdušina-s VOC 1. FÁZE SEPARACE membránový modul 1 síripovací vzduch odplynování separované vody I čistá voda membránový modu 2. FÁZE SEPARACE ▼ kapalné VOC membránový modul 2 vakuové Čerpadlo vyčištěná 'vzdušina Obr. é 4.2-4 Schéma membránové separace VOC z proudu plynů (B. Koutský, J. Malecha, 2005) Využitelnost membránové separace acetaldehyd chlor methyliso-butylketon aceton chloroform methylen-chlorid acetonitril dichlor-ethen perfluoro-uhlovodíky benzen ethylenoxid propylenoxid butan HCFC-123 styren tetrachlor-methan hexan toluen CFC-11 methanol trichlorethen CFC-12 methyl-bromid vinylchlorid CFC-113 methyl-chlorid xyleny Tab. č. 4.2-3 Polutanty, které mohou být separovány z odplynů prostřednictvím membránové separace (Simmons a kol., 1994) Spalování odpadních plynů Spalování 4.2.7 Spalování Princip technologie a definice: Pro Čištění půdního vzduchu a kontaminovaných vzdušin vznikajících při aplikaci řady sanačních postupů lze často s výhodou využít technologii spalování, jejíž princip spočívá v exo-termní oxidaci přítomných organických škodlivin vzdušným kyslíkem. Nejbežnější je spalování těkavých nehalogenovaných uhlovodíků, které probíhá obecně podle následující rovnice: C H + (m + n/4) O, ^ mCO, + n/2 H?0 m n v 7 2 2 2 [4.2-7] V praxi se uplatňují dvě základní metody spalování kontaminovaných vzdušin: termická oxidace (konvenční spalování); katalytické spalování. Spalování 4.2.7 Spalování Princip technologie a definice: Pro Čištění půdního vzduchu a kontaminovaných vzdušin vznikajících při aplikaci řady sanačních postupů lze často s výhodou využít technologii spalování, jejíž princip spočívá v exo-termní oxidaci přítomných organických Škodlivin vzdušným kyslíkem. Nejbežnější je spalování těkavých nehalogenovaných uhlovodíků, které probíhá obecně podle následující rovnice: C H + (m + n/4) O, ^ mCO, + n/2 H?0 m n [4.2-7] V praxi se uplatňují dvě základní metody spalování kontaminovaných vzdušin: termická oxidace (konvenční spalování); katalytické spalování. Termická oxidace je proces založený na přímém spalování kontaminovaných vzdušin v plamenu vzniklém hořením fosilních a ušlechtilých paliv (zemní plyn, nafta, topný olej apod.). Spalovací proces obvykle probíhá pří teplotách 650 až 850 °C. V případě obsahu persistentních škodlivin v čištěných vzdušinách (např. dioxiny, polychlorované bifenyly apod.) může oxidační teplota dosahovat až 1200 °C. Positives: ^ Flaring is the oldest method of treating waste gas. ►Effective for treating large gas volumes (gas from emergency relief). Negatives: Flares are not 100% efficient, and some methane (uncombusted} is emitted during flaring. Flares cannot be performance tested to guarantee that they achieve the same efficiency as an incinerator or enclosed combustor. Some studies suggest that the efficiency of a flare during windy conditions can be as low as 50% The many components and complex network of small gathering lines in flares are a source of fugitive emissions. Přehrát(k) #TCI Difference between Flares, Incinerators and Enclosed Flares 1 696 zhlédnutí.. NELIBÍ SE f$ SDÍLET H KLIP =+ ULOŽIT (7) POPIS 2:03/3:10 Q □ What is a thermal oxidizer? | A walk-through of the process from Pollution Systems 30 891 IE 157 & NELIBI SE & SDÍLET KLIP E"+ ULOŽIT © POPIS HEAT EXCHANGE PROCESS Air-to-air heat recovery system 2 716zhlednutf... £ ™SE §p ^LIBI ^> SDILET ~+ ULOZIT © POPIS Ml LIBI v SE Regenerative Thermal Oxidizer (RTO) - How it Works - CPI Mci im' How CECO Adwest Regenerative Thermal Oxidizers (RTOs) Purify Process VOCs 13 396 zhlédnutí... ^59 $ g|LIBI ^SDÍLET ~+ ULOŽIT (T) POPIS Termická oxidace (spalování) Účinnost = funkce (T, doby zdržení, obsahu kyslíku) Prakticky — přidávání odpadního plynu do spalovacího vzduchu 200 mg/m1 150 100 50 \6 v - l 660 700 720 7t0 760 °C 780 Obr.40. Účinnost spálení některých látek v závislosti na teplotě (doba zdrženi 0.7 s) Koncentrace v surovém plynu (g/m^): 1 co 1.25 5 etylacetát 17 2 dioktylftalát 1.30 6 n-heptan 4.9 3 dimetylformamid 8 7 metylisobutylketon 5 4 metylacetát 9.2 Katalytické spalování 4.2.7 Spalování Princip technologie a definice: Pro Čištění půdního vzduchu a kontaminovaných vzdušin vznikajících při aplikaci řady sanačních postupů lze často s výhodou využít technologii spalování, jejíž princip spočívá v exo-termní oxidaci přítomných organických škodlivin vzdušným kyslíkem. Nejbežnější je spalování těkavých nehalogenovaných uhlovodíků, které probíhá obecně podle následující rovnice: C H + (m + n/4) O, ^ mCO, + n/2 H?0 m n v 7 2 2 2 [4.2-7] V praxi se uplatňují dvě základní metody spalování kontaminovaných vzdušin: termická oxidace (konvenční spalování); katalytické spalování. Katalytické spalování je proces, který využívá skutečnosti, že pň kontaktu plynů s katalyzátorem dochází k oxidaci přítomných organických škodlivin rychleji a při nižší teplotě než v případě termické oxidace (obvykle 300 až 650 °C). Množství uvolněného tepla a produkty katalytického spalování jsou přitom stejné jako v případě konvenčního spalování (Metry, 1982). Spalování a katalytická oxidace Použití katalyzátoru - snížení reakční teploty až o polovinu za současného zvýšení reakční rychlosti - katalyzátory na bázi drahých kovů - účinnější vysoká cena, náchylnost k otravě Katalyzátory na nosiči (kovy, keramické) Kat - Pt, Rh, Pd - jejich směsi T = 200 - 400 °C, jiné kovy - 500 - 900 °C SUR. PLYN TOPNÝ PLYN Hp) ČISTÝ PLYN Obr.43. Typické schema jednotky katalytického spalování 1 - spal.komora 2 - kat.reaktor 3 - výménik 3 2 i 5 ,PLYN. HOAaK Q SUR.PLYN - PLYN. HOŘÁK SUfl.PLYN 5UR.PLYN B A ■ tí C Obr.42. Využiti tepla při katalytickém spalováni CATALYTIC OXIDATION REACTION CONVERTS VOC'S -CO2 - Water Vapor - Energy catalytic rroaucis rfti C 2019 C«UVHc Product* tntwiwOonal. Inc. ^ H 4 1:43/2:44 r n L J Catalytic Oxidizer (CatOx) - How it Works - CPI 98 359 zhlédnutí.. ^87 £P NELIBÍ SE ^ SDÍLET |C KLIP =+ ULOŽIT © POPIS