Fiziko-kémiai módszerek a finomkémiai ipar hulladékvizeinek kezelésére

Átírás

1 Fiziko-kémiai módszerek a finomkémiai ipar hulladékvizeinek kezelésére Környezettudományi Doktori Iskolák Konferenciája Tóth András József 1 Dr. Mizsey Péter 1, 2 andras86@kkft.bme.hu 1 Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék 2 Műszaki Kémiai Kutatóintézet 1

2 BEVEZETÉS - hulladékvíz - ipari melléktermék - probléma: nagy mennyiség és nehéz kezelhetőség - megoldás: Hulladékvíz kezelési stratégia elvi koncepciók Hulladékkezelés hierarchia-diagram 2

3 KEZELENDŐ HULLADÉKVIZEK Problémák: - szárazanyag-tartalom - szennyező komponens -kémiai oxigénigény (KOI) -adszorbeálódó szerves 3 halogéntartalom (AOX)

4 TECHNOLÓGIAI HULLADÉKVÍZ KEZELÉSI STRATÉGIA 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet 4

5 FELADATOK I. REKTIFIKÁLÁS 1. Laboratóriumi és félüzemi kísérletek Számítógépes szimulációval modellezett folyamat kísérleti vizsgálata. 2. Ipari berendezés tervezése II. MEMBRÁNMŰVELET Csak az eredmények bemutatása. III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK A rektifikálás és a szennyvízdíjak összehasonlítása. 5

6 I. REKTIFIKÁLÁS 1. kísérletek 1. A célok, vagyis a sikeres laborkísérlet kritériumai 1. F, D, W tömegáram legyen állandó. 2. x D, x W legyen állandó. 3. D: szennyező komponensben dúsuljon. 4. W: határértékekre: sz. komp., AOX, KOI. 2. A mérés menete 1. Analitikai módszerek kiválasztása: GC és Karl-Fischer titrálás. 2. Minimális tányérszám meghatározása. 3. Adott elegyre a fűtőszükséglet (reb. duty) kísérleti meghatározása. 4. Modellezés: ChemCAD szoftver, UNIQUAC rutin. Változtatott paraméterek: F, W, R Célparaméterek: x D, x W, reb. duty Kidolgozott metodika 5. Laboratóriumi kísérlet: modellezett F, W, R beállítása. 6. Kísérlet és szimuláció összevetése: anyag- és komponens mérlegek. 6

7 I. REKTIFIKÁLÁS 1. kísérletek 3. A laboratóriumi 4. Félüzemi berendezés berendezés felépítése felépítése Oszlop töltött magassága Oszlop átmérője 0,70 m + 0,65 m (két részes) 0,04 m Töltet típusa Raschig-gyűrű Oszlop töltött magassága 1,5 m + 1,5 m (két részes) Töltet átmérője Oszlop átmérője 4 mm 0,05 m Szivattyú Töltet típusa Sulzer Mellapak 750Y Prominent GALA1005 Szivattyú Prominent GALA1005 Elméleti tányérszám 9 Elméleti tányérszám 14 Betáplálás helye Betáplálás helye Reflux szabályozó Reflux szabályozó Fűtés Fűtés 5. tányér 7. tányér Iludest RT-2 Iludest RT-2 direkt fűtőgőz (2 bar) elektromos fűtőlap (1 kw) 7

8 I. REKTIFIKÁLÁS 1. kísérletek 5. Eredmények D W Minta R AOX Sz. komp. D/F arány 1 5 T [ 0 Sz. komp. AOX C] [ppm] [m/m%] [m/m%] [ppm] F ,3 87,3 0,01 0,14 2 W 2 8,5E ,6 83,2 0,19 ny ,8 64,8 0,26 ny. 8 ppm ,9 93,5 0,26 0, ppm 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet: HATÁRÉRTÉK ,1 76,5 0,07 0,32 8,5E-03

9 I. REKTIFIKÁLÁS 2. tervezés 1. Célok: - folyamatos üzem munkaóra/év - D és W, mint a kísérleteknél 2. Gazdaságossági megfontolások: - lehető legkisebb méretek - lehetőleg 1 kolonna dolgozzon fel több elegyet - direkt fűtőgőz alkalmazásával W hígítható - energiaszükséglet csökkentése: üstmaradékot használni F előmelegítésére 9

10 I. REKTIFIKÁLÁS 975 kg/h 2. tervezés 4. Sulzer-töltetes Q k - hőáram kolonna tervezése 3. Raschig-gyűrűs kolonna tervezése Átmérő: Norton-féle terhelési diagram 0,26 m Magasság 5 m F F - üzemi betáplálás p - tölettényező F v - gőzterhelési faktor d R - refluxarány p - töltetméret HETP - 1 N-nek megfelelő H G - gőzáram ρ G - gőzsűrűség N elméleti tányérszám 5. Hőszükséglet v - gőzsebesség T - hőmérséklet V - páraáram ρ L - folyadék sűrűség N = 17 A - oszlopkeresztmetszet Magasság: Beck-módszer 5 m N = 9 Átmérő 0,2 m Desztillátum adatai: M átl, V, n átl, T, λ pára Hűtővíz adatai: T, c p d p =25,4 mm kerámia Z k - résztöltet-magasság F - üzemi betáplálás V - páraáram l - folyadékterhelés 44 kg/h R - refluxarány Q ü - hőáram Sulzer ρ G - gőzsűrűség (Q M k 750.Y *1,2) K töltettényezők D/F arány Fűtőgőz v adatai: - gőzsebesség T, p, λ n t - hatékonysági D - desztillátum szám áram A - oszlopkeresztmetszet N - elméleti tányérszám 10

11 REKTIFIKÁLÓ OSZLOP FELÉPÍTÉSE 11

12 II. MEMBRÁNMŰVELET CM-CELF Membrantechnik AG P-28 Minta KOI [mgo 2 /l] F W W-NF W-RO

13 III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK 1. Szennyvízdíj [millió Ft/év] Csatornahasználati díj (szennyvízelvezetési díj + vízterhelési díj + áfa) F W 0,33 0,31 0,28 0,22 0,04 0,03 0,01 0,008 0,63 0,56 0,26 0, átlag 13

14 III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK 1. Szennyvízdíj [millió Ft/év] Csatornahasználati díj + Csatornabírság (szennyvízelvezetési díj + vízterhelési díj + áfa) csak KOI-bírság F W 0,33 0,31 0,28 0,22 0,04 0,03 0,01 0,008 0,63 0,56 0,26 0, átlag F W 1,25 0,59 28,06 1,77 3,16 0,13 0,15 0,02 10,39 2,03 8,60 0,91 220/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet 14

15 III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK 1. Szennyvízdíj [millió Ft/év] Csatornahasználati díj + Csatornabírság (szennyvízelvezetési díj + vízterhelési díj + áfa) AOX- és KOI-bírság F W 0,33 0,31 0,28 0,22 0,04 0,03 0,01 0,008 0,63 0,56 0,26 0, átlag F W ,59 28,06 1,77 3,16 0,13 0,15 0, ,03 220/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet 15

16 III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK 2. A 2-es és 3-as elegyet feldolgozó rektifikáló oszlop költsége Guthrie-korreláció, 10 év amortizáció 16

17 III. KÖLTSÉGSZÁMÍTÁSOK 3. A vizsgált megoldások költségeinek összegzése Csatornadíj + Bírság Újrahasznosítás, vagy égetés F [millió Ft/év] 28,00 2 3,15 3 Rektifikálás + Csatornadíj + Bírság W [millió Ft/év] 3,90 2 0,

18 ÖSSZEFOGLALÁS Műszaki és gazdasági szempontból hatékony, a célt teljesítő hulladékvízkezelő technológia összehangolása és kivitelezése. - metodika kidolgozása folyamatos üzemű kísérlet elvégzésére - üzemi kolonna számítások összehasonlítása - a kolonna megépítési és üzemeltetési költségeinek összevetése a bírságokkal A munka lehetséges folytatásai: - membrános kísérletek - üst bepárlásának vizsgálata Lényeg: Növelni az újrahasznosítási hányadot! 18

19 Köszönjük a következő pályázatok támogatását: es számú OTKA TÁMOP /1/KMR TÁMOP 4.2.1/B-09/11/KMR TÁMOP B-10/ TÁMOP-4.2.2/B-10/ SH 7/2/14-es számú svájci-magyar közös projekt Köszönöm a figyelmet! 19