LEVEGŐTISZTASÁG-VÉDELMI ELJÁRÁSOK II. Segédlet az előadások anyagához

Átírás

1 EÖTVÖS JÓZSEF FŐISKOLA MŰSZAKI FAKULTÁS Vincze Lászlóné dr. LEVEGŐTISZTASÁG-VÉDELMI ELJÁRÁSOK II. Segédlet az előadások anyagához KÉZIRAT BAJA 004.

2 TARTALOMJEGYZÉK 1. AZ NO X KIBOCSÁTÁS CSÖKKENTÉSE FOKOZATOS TÜZELÉS ELVE FÜSTGÁZ RECIRKULÁCIÓ VÍZ-ADAGOLÁS AZ ÉGÉSI FOLYAMATBA KATALÍTIKUS ÉGETÉS KOMBINÁLT ELJÁRÁSOK FÜSTGÁZOK NO X TARTALMÁNAK CSÖKKENTÉSE NEDVES ELJÁRÁSOK (ABSZORPCIÓ) Nátrium-hidroxidos elnyeletés Hidrogénperoxid és natrium hipoklorit Egyéb abszorbensek ADSZORPCIÓS MÓDSZEREK Regenerálható adszorpciós eljárás REDUKCIÓS ELJÁRÁS Redukciós eljárás katalizátor nélkül (SNR, SNCR) Szelektív katalítikus redukció (SCR) KOMBINÁLT ELJÁRÁSOK SO ELTÁVOLÍTÁS ABSZORPCIÓS ELJÁRÁSOK Abszorpció H O -al, ún. DEGUSSA eljárás Meszes eljárás Nedves eljárás mészkővel Nátriumhidroxidos abszorpció Wellman-Lord eljárás, Na SO 3 és NaHSO 3 al Füstgáz kéntelenítés KmnO 4 - tartalmú mosófolyadékkal Füstgázmosás ammóniával Füstgázmosás híg kénsavval ADSZORPCIÓS ELJÁRÁSOK Nyugvóágyas adszorpció Vándorlóágyas eljárás Porlasztásos leválasztó Katalítikus kéndioxid-eltávolítás KOMBINÁLT ELJÁRÁSOK SO ÉS NO X ELTÁVOLÍTÁSÁRA SO X ÉS NO X EGYÜTTES ELTÁVOLÍTÁSA, KATALIZÁTOROS ELJÁRÁSSAL SHELL-ELJÁRÁS (RÉZOXIDOS) SCR ÉS MÉSZKŐSZUSZPENZIÓS ELJÁRÁS KOMBINÁCIÓJA DEGUSSA ELJÁRÁS FÉLSZÁRAZ FÜSTGÁZTISZTÍTÁS BIOLÓGIA KÉNTELENÍTÉS ILLÉKONY SZERVES VEGYÜLETEK ELTÁVOLÍTÁSA (VOC) ABSZORPCIÓ ADSZORPCIÓ KONDENZÁCIÓ MEMBRÁN ELJÁRÁSOK ELÉGETÉSES MÓDSZER Termikus égetés Katalítikus égetés BIOLÓGIAI ELTÁVOLÍTÁS,BIOLÓGIAI LEBONTÁS Biomosók Bioszűrők Bioreaktor IRODALOM Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás

3 1. Az NO x kibocsátás csökkentése Az eljárások csoportosítása: a./ NO x képződés csökkentése a tűztérben - fokozatos tüzelés elve - füstgáz recirkuláció - víz adagolás az égési folyamatba - katalítikus égetés - kombinált módszerek b./ füstgázkezelési eljárások 1.1. Fokozatos tüzelés elve 1. ábra: A fokozatos tüzelés alternatívái A megvalósítás alternatívái: o o o Az égési levegő több fokozatban történő bevezetése( ábra), ezen belül egyes megoldások esetén füstgáz recirkulációval kombinálva, pl. SSC égő. (. ábra) A tüzelőanyag több fokozatban történő elégetése (1. ábra) A tüzelőanyag és az égési levegő több fokozatban történő bevezetése (1. ábra) Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 3

4 . ábra: Az SSC ég vázlata 3. ábra: Az NO x képződés jelleggörbéje SSC égőnél Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 4

5 kazán tűztér h [m ] tűztérhőm érséklet görbék tercierlevegő redukáló gázégő szekunderlevegő alapégők prim erlevegő jelölések: 1 fokozatú égetés: fokozatú égetés: fokozatú égetés redukáló gázégővel: 1 O /tüa. t tűztér [ C ]..4. ábra: A hőmérséklet-lefutás és oxigénkoncentráció változása a kazánban többfokozatú égetés esetén 5. ábra A primer égési tér levegőtényezőjének hatása az NO x képződésre Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 5

6 1.. Füstgáz recirkuláció Külső és belső füstgázvisszavezetés (recirkuláció teljes vagy részleges) hatása kedvező az NO x képződés szempontjából. Belső visszavezetéskor a füstgáz egy részét az égőn keresztül juttatják vissza a tűztérbe, így az égési levegő inert gázokkal hígul, O parciális nyomása csökken. (.ábra) 60-80% NO x csökkenés érhető el. Külső visszavezetés esetén az égők feletti tűztérbe áramoltatják vissza a füstgáz egy részét (6.ábra), 5-10% NO x csökkenés érhető el. 6. ábra: A füstgázrecirkuláció hatása az NO x képződésre Különböző megoldások által elérhető NOx emisszió csökkenések %-ban a következő táblázatban található. Sarokégős pakura/gudron földgáztüzelés szénportüzelés tüzelés NO x szegény égő % % % füstgáz recirkuláció % % % égési levegő hőmérsékletének % % % csökkentése kétfokozatú égetés % % % redukáló gázégő % % együtt % % % Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 6

7 1.3. Víz adagolás az égési folyamatba Minimális NO x képződés érhető el a víz vagy vízgőz égési zónába történő porlasztásával. A hatást befolyásoló tényezők: a vízadagolás módja, helye, a keveredés mértéke % NO x képződés csökkenés érhető el. Elve: az égési folyamat során a keletkező atomos oxigén vízgőz jelenlétében elsősorban a C-vel, ill. a CO-val reagál, nem pedig a levegő nitrogénjével. Párhuzamosan lejátszódik a mégis képződő NO katalítikus redukciója: NO + H = N + H O; ahol a katalizátor szerepét a magas hőmérsékleten a tűzálló burkolat fémoxidjai látják el. (8. ábra) 7. ábra: A vízporlasztás módja kísérleti kemencénél 8. ábra A gőzadagolás hatására bekövetkező NO x csökkenés mértéke Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 7

8 1.4. Katalítikus égetés Elve: katalizátor hatására kisebb hőmérsékleten (1000 o C alatt) zajlik az égési folyamat, emiatt kevesebb az NO x képződés. Gondot jelent a katalizátorok rövid élettartama. Katalizátor lehet: Pt, króm-oxid, cink alapú stb Kombinált eljárások Leggyakoribb a többfokozatú tüzelés és a füstgázrecirkuláció kombinációja (9.ábra) 9. ábra A kombinált tüzelés blokksémája. Füstgázok NO x tartalmának csökkentése Alapvetően két csoport: Nedves eljárások Száraz eljárások.1. Nedves eljárások (abszorpció) Nem nagyon terjedt el, de más szennyezőkkel együtt van jelentősége (por, SO ) Fő probléma az abszorbens folyadékok regenerálása Nátrium-hidroxidos elnyeletés NO + NO + NaOH NaNO + H O NO + NaOH NaNO + NaNO 3 + H O Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 8

9 .1.. Hidrogénperoxid és nátriumhipoklorit alkalmazása NO + 3 H O HNO 3 + H O NO + 3 NaOCl + H O HNO NaCl 3 NO + H O HNO 3 + NO.1.3. Egyéb abszorbensek Mésztej Ferroszulfát.. Adszorpciós módszerek Adszorbens: SnO, aktív szén, szilikagél, szintetikus anyagok, Kerámia hordozóra felvitt vegyületek: FeSO 4, NaOH, KmnO Regenerálható adszorpciós eljárás 10. ábra: Regenerálható adszorpciós NO x leválasztó Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 9

10 .3. Redukciós eljárás.3.1. Redukciós eljárás katalizátor nélkül (SNR, SNCR) 11. ábra: A hőmérséklet hatása a redukciós folyamatra Nem-szelektív katalitikus redukció (NSCR) metán alkalmazása esetén CH CH 4 4 4NO O 4NO CO CH 4NO N CO H O 4 Oxigénmentes esetben alkalmazható H vagy CO is. A hőmérséklet o C. Ammónia alkalmazásával szelektív H CO O H O NO NH 3 NH 3 5 O 4 1 O NO N 3 H 3 H O O Amennyiben a tisztítandó füstgáz oxigént tartalmaz csak az ammónia alkalmazható redukálószerként. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 10

11 .3.. Szelektív katalítikus redukció (SCR) Alacsonyabb hőmérsékleten megy végbe, az SCR-hez hasonló adalékanyagokkal. ( o C 6 NO 4 NH 3 5 N 6 H O 6 NO 8 NH 3 7 N 1 H O f talakul si mechanizmu s 4 NO 4 NH 3 O 4 N 6 H O f talakul si mechanizmu s NO 4 NH 3 O 3 N 6 H O Katalizátor mérgek 30 o C alatt képződnek. SO NH 3 1 O SO 3 SO H 3 O NH 4 SO 4 amm nium szulf t NH 3 SO 3 H O NH 4 HSO 4 amm nium hidrogžnsz ulf t alkáli és alkáli földfém oxidok, pernye 1. ábra: A katalítikus redukció elvi vázlata Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 11

12 13. ábra: Az NO x redukciójának hatásfoka katalizátor alkalmazása esetén Az SCR helye a füstgáztisztítási folyamatban: 1. ) 105 C 370 C 370 C 150 C 150 C 55 C K azán SC R LH EF FG D 100 C 105 C. ) 370 C 370 C 370 C 150 C K azán EF SC R LH 55 C 100 C FG D 3. ) K azán 370 C 150 C 150 C LH EF FG D 55 C 135 C 370 C 90 C 370 C gázfûtés jelölés: SCR: Szelektív katalitikus redukáló berendezés LH: Léghevítő EF: Elektrofilter FGD: Füstgázkéntelenítő SC R Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 1

13 .4. Kombinált eljárások Eltérőek lehetnek aszerint, hogy a füstgáz pormentesítése a DENOX berendezés előtt, vagy után történik. Poros gáz 14. ábra: DENOX leválasztási technológia elrendezési vázlata előportalanítóval Pormentes gáz 15. ábra: DENOX leválasztási technológia elrendezési vázlata utóportalanítóval Nagy kéntartalmú tüzelőanyagok égetésekor a DENOX berendezés elé kéntelenítőt is telepítenek (16.ábra) Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 13

14 16. ábra: Denox leválasztó kéntelenítővel 17. ábra: DENOX leválasztó telepítési példa erőművi kazánnál. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 14

15 18. ábra: katalítikus redukció földgáztüzelésű izzító és hőkezelő kemencéknél. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 15

16 3. SO eltávolítás 3.1. Abszorpciós eljárások Ezek az eljárások a nedves eljárások csoportjába tartoznak. Előny Független a hordozó közeg nedvességtartalmától A lekötő abszorbens folyadék hatékonysága fizikai és kémiai módszerekkel fokozható, az aktivitása folyamatosan tartható Azonos szerkezeti kivitel többféle célra alkalmazható Hátrány Nagy hőmérséklet esetén az elnyelető közeg párolgási vesztesége Korrózióveszély (az elnyelető folyadék többnyire vagy savas, vagy lúgos kémhatású vizes oldat) Üzemeltetési problémák Az abszorbens anyaga: -ne legyen illékony, -szagtalan legyen -alacsony viszkozitású -ne legyen lobbanékony (tűz és robbanásveszély) -olcsó legyen Abszorbens lehet: semlegesítő oldatok, szerves oldószerek, olajok, víz A tisztítóberendezés kapacitása az időegység alatt átáramoltatott gáz térfogatával jellemezhető (m 3 /h), azonban növelésének korlátai: Csökken a tartózkodási idő, ennek következtében a tisztítási hatásfok Nő a tisztítóberendezésben a nyomásveszteség, azaz nő az energiaszükséglet Nő a folyadék kihordás (magával ragadás) A készülékek leggyakoribb típusai: Mosótornyok Venturi tisztítók Folyadék recirkulációs légtisztítók (FCL) Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 16

17 Az abszorpció hatásfoka függ: Hőmérséklet SO parciális nyomása tartózkodási idő szorbens koncentrációja gáz-folyadékfázis közti érintkezési felület nagysága, ez a leginkább változtatható, és így a meghatározó az abszorpció hatékonysága szempontjából. A túl finom cseppek visszatartása cseppleválasztókkal történhet. Néhány gyakorlati példa Abszorpció H O -al, ún. DEGUSSA eljárás Az eljárás lényege, hogy a kéndioxid megkötése H O tartalmú mosófolyadékkal történik: SO + H O H SO 4 A tisztítási hatásfok % 3000 m 3 /h technológiai véggáz esetén. Pl mg SO /m 3 tisztítandó gáz esetén a tisztított gáz kéndioxid tartalma kisebb lesz 0 mg SO /m 3 -nél Meszes eljárás Széntüzelésű kazánok füstgázainak kéntelenítése Ca(OH) alkalmazásával történik. A mésztejes eljárásnál mészhidrát és víz keverékét, az ún. mésztejet használják kénmegkötésre az alábbi reakciók szerint: Ca(OH) + SO CaSO 3 + H O Szükséges a keletkező CaSO 3 oxidálása és kikristályosítása gipsz formájában: CaSO 3 + ½ O CaSO 4 CaSO 4 + H O CaSO 4 H O Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 17

18 19. ábra: Meszes-abszorpciós füstgáztisztítás 1. hőcserélő,. abszorber, 3. permetező elemek, 4. cseppleválasztó, 5. porleválasztó, 6. ventilátor, 7. oxidációs levegő ventilátor, 8. abszorber tartály, 9. mészhidrát tartály, 10. hidrociklon, 11. vákuum szalag-szűrő, 1. gipsz szárító, 13. vízkezelés, 14. recirkulációs tartály, 15. szivattyú, 16. mészkő tartály 0. ábra: Abszorpciós berendezés 1-abszorpciós folyadék, -tisztítandó gáz, 3- terelő tányérok, 4- abszorpciós folyadék eltávolítása regeneráláshoz, 5- tisztított gáz Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 18

19 Nedves eljárás mészkővel A mészköves eljárásnál lejátszódó kémiai reakciók (abszorpció, semlegesítés, oxidáció, kristályosítás: SO + H O H SO 3 CaCO 3 + H SO 3 CaSO 3 + CO + H O CaSO 3 + ½ O CaSO 4 CaSO 4 + H O CaSO 4 H O Ügyelni kell, hogy a CaSO 3 -t oxidációja CaSO 4 -á lehetőleg nagy hatásfokkal menjen végbe, akkor a keletkező, megfelelő tisztaságú gipsz jól értékesíthető Nátriumhidroxidos abszorpció A nátriumhidroxid kiváló oldhatósága miatt kevesebb üzemeltetési probléma adódik, mint a meszes eljárások során Wellman-Lord eljárás, Na SO 3 és NaHSO 3 al Ez az eljárás a nátriumhidroxid, vagy a nátrium sók, pl. Na SO 3 és NaHSO 3 egyensúlyi vizes oldatát használja a kéntartalmú gázok megkötésére. Vegyszertakarékossági és környezetkímélési szempontból magasabb hőmérsékleten regenerálhatók. Oldás o C-n: Előnye a meszes eljáráshoz képest az alkalmazott anyagok jobb vízoldhatóságában és a egyes üzemeltetési problémák (pl. dugulás, lerakódás) megszünésével magyarázható. SO + H O + Na SO 3 NaHSO 3 NaOH + NaHSO 3 Na SO 3 + H O Regenerálás 110 o C-n: Na SO 3 + H O NaOH + SO A keletkező nagytisztaságú SO a vegyiparban jól értékesíthető. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 19

20 3./ ábra 1. ábra: A Wellmann-Lord eljárás elvi vázlata 1. vizes előmosó, hőcserélő, cseppleválasztó, 4. abszorber, szivattyú, 6.7. bepárló kristályosító, 8. kondenzvíz tartály, 1. kihajtó oszlop, 14. oldótartály,17. kén-dioxid kompresszor Füstgáz kéntelenítés KmnO 4 - tartalmú mosófolyadékkal. ábra:: Kéntelenítés káliumpermanganát tartalmú mosó folyadékkal 1- szennyezett levegő, - Ventúri mosó, 3- könyök, 4- folyadékleválasztó ciklon, 5- mosófolyadék tartály, 6- keringtetőszivattyú, 7- töltetes tartály, 8- cseppleválasztó, 9- KMnO 4 oldat, 10- tisztított levegő, 11- vízleeresztés (szennyezett!) A KMnO 4 egyúttal az esetleges szag és bűzanyagokat is abszorbeálja. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 0

21 Füstgázmosás ammóniával Német és francia vállalatoknál elterjedt, a végtermék legtöbbször ammóniumszulfát Füstgázmosás híg kénsavval Japánban több erőműben alkalmazzák, a végtermék gipsz.. A kéndioxid elnyeletését és oxidációját vas(iii)szulfáttal katalizálják. (Chiyoda eljárás) 3.. Adszorpciós eljárások A szennyezőanyag felületen (pl. gáz-folyadék, gáz-szilárd határfelület) történő megkötődését adszorpciónak nevezzük. A kötés lehet fizikai és/vagy kémiai. Kémiai adszorpció esetén az adszorpciós folyamat nem reverzibilis, míg a fizikai adszorpció reverzibilis. Maga az adszorpció folyamata függ az állapothatározóktól, a berendezés típusától (felület, méret, adszorbens minőség), a tartózkodási időtől (áramlási sebesség), a tisztítandó gázban levő szennyező anyag mennyiségétől. A berendezések fő típusai: Nyugvó ágyas adszorpció: a tisztítandó gáz áthalad a nyugvó adszorbenssel töltött berendezésen, közben a szennyező anyag adszorbeálódik. Mozgó ágyas adszorpció: a tisztítandó gáz is áramlik és az adszorbens is mozog. Fluid ágyas adszorpció: a tisztítandó gáz áramlása lebegésben tartja az adszorbenst (felület). Porlasztásos adszorpció: a finom szemcseeloszlású, nem higroszkópos adszorbens anyagot beporlasztják a tisztítandó gázáramba. Gyakorlati példák. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 1

22 3..1. Nyugvóágyas adszorpció SO megkötése nyugvóágyas adszorberen 3. ábra: Két egységből álló nyugvóágyas adszorber elvi vázlata 1,- adszorber, 3- aktívszén ágy, 4- kondenzátor, 5- dekantáló, 6- szennyezett gáz, 7- tisztított gáz, 8- vízgőz, vagy forró gáz, 9- könnyű komponens, 10- nehéz (nagyobb sűrűségű) komponens Az SO megkötése kémiai reakcióval történik az alábbiak szerint (gáz-folyadék határfelület): Mn O 3 + SO + ½ O MnSO 4 A keletkező MnSO 4 vízgőz lefúvatással eltávolítható és a párhuzamosan működő egységek váltott kapcsolásával regenerálható, mivel a vízben a lefúvatott vízgőzzel távozó MnSO 4 leülepedik és NaOH adagolás során a következőképpen nyerhető vissza: MnSO NaOH + ½ O Mn O 3 + Na SO 4 + H O Szulfacid eljárás Az eljárás lényege, hogy a füstgáz SO -tartalmát aktívszenes adszorpcióval kötik meg. Az adszorpció előtt a füstgáz hőmérsékletét legalább 10 o C, vagy alá célszerű hűteni, továbbá célszerű a portartalmát is csökkenteni az adszorbens védelme érdekében. (a felületi lerakódások fokozottan rontják a leválasztás hatásfokát). Az aktív szénen a SO megkötődik majd a levegő oxigénjével SO 3 képződik, ami a füstgáz nedvességtartalmával kénsavvá alakul. Reaktiváláskor az aktív szenet vízzel mossák, melynek eredménye híg, 10-0 m/m %-os kénsav. Ezt a híg kénsavas oldatot a füstgáz hűtésére és mosására visszavezetik a Ventúri mosóba. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás

23 4. ábra: Szulfacid eljárás elvi vázlata 1. Venturi-mosó,. 3. nyugvó aktívszén ágy, 4. keringtető szivattyú, 5. tartály, 6. merülőfejes kénsavbepárló, 7. savhűtő, 8. savszűrő Adszorpció barnaszén koksszal Az előző eljárással analóg, de a drága aktívszenet helyettesítik vele. A szakirodalmi adatok szerint % hatásfokkal leválasztja a következő szennyezőket: por, kéndioxid, sósav, HF, és a nehézfém gőzöket (fajlagos felület 75 m /g, a különböző berendezések m 3 /h kapacitásúak) Vándorlóágyas eljárás A Reinluft eljárás: a reaktor két részből áll, az egyik az adszorber, a másik a regeneráló egység. A lehűtött 150 o C-os füstgázt az adszorber alsó részébe vezetik be. A füstgázban levő kéndioxidot az aktív koksz adszorbeálja és egyidejűleg SO 3 -á alakul, amely vízgőzzel kénsavvá alakul. A füstgáz egy részét visszaforgatják az adszorber felmelegedésének csökkentése céljából. A kénsavval telített adszorber a torony deszorber részébe vándorol, ahol kb. 370 o C-os inert gázzal kezelnek. Ezen a hőmérsékleten a deszorbeált kénsav SO 3 -ra és vízre bomlik, a jelenlevő szénnel reagál kéndioxid és széndioxid képződésével. H SO 4 H O + SO 3 SO 3 + C SO + CO Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 3

24 5. ábra: Reinluft eljárás elvi vázlata 1. aktívszén osztályozó,. regeneráló (deszorber), 3. adszorber, 4. hűtő, 5. előmelegítő, fúvók, 8. aktívszén adagoló, 10. kénsavüzem Másik, az ún. Bergbau eljárás, amely elve analóg az aktívszenes adszorberekkel, de aktív kokszot alkalmaz, és továbbfejlesztett változata az SO -n kívül NO x csökkentésére is alkalmas. (részletes tárgyalása a.1.kombinált eljárások fejezetben) További fejlesztés az is, hogy a kéntartalmú véggázok tovább feldolgozása pl. Resox eljárással egészen az elemi kén előállításáig történik. Regenerálás kb 600 o C-on, ahol a kénsav elbomlik, egyúttal aktívszén fogyással kell számolni Porlasztásos leválasztó Az SO mellett HCl leválasztására is alkalmas. (pl. hulladékégetők véggázai) Szilárd adszorbens beinjektálása történik a reaktortérbe. A rendszerben az SO eltávolítása CaCO 3 adagolásával történik. Adszorbens lehet még:, Fe O 3 ; Al O 3 ; MnO; stb. PL. LIFAC eljárás során a tűztérbe mészkőport fújnak be. Hasonló reakciók játszódnak le mint a fluid ágyas berendezésekben, de a rövidebb tartózkodási idő miatt a hatásfok alacsonyabb. Ennek javítása érdekében a kazán alacsonyabb hőmérsékletű helyén vízgőzt fecskendeznek a füstgázba. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 4

25 Másik hatékonyabb eljárás során mészhidrátot adagolnak (Ca(OH) 3 ), de csak megfelelő, pl, elektrosztatikus pernyeleválasztó után. A keletkező nem értékesíthető hulladék elhelyezése gondot okozhat Katalítikus kéndioxid-eltávolítás Ezek a módszerek a kontakt kénsavgyártás elvét használják ki, azaz a kéndioxidot V O 5 katalizátor alkalmazásával SO 3 -á alakítják, 450 o C körüli hőmérsékleten, majd vízzel elnyeletik. A végtermék legtöbb estben kénsavoldat (pl. Monsanto-eljárás), de van olyan változat is amikor a gázelegyet ammóniával reagáltatják, melynek a végterméke (NH 4 ) SO 4. (Kiyoura TIT-eljárás) 4. Kombinált eljárások SO és NO x eltávolítására 4.1. SO x és NO x együttes eltávolítása, katalizátoros eljárással (Bergbau-Forschung eljárás) Az eredetileg SO emisszió csökkentésére alkalmazott eljárás továbbfejlesztett változata. Jellemzője, hogy az aktív koksz katalizátort tartalmaz az NO x redukciójához, amely C o hőmérsékleten is hatékony. Az eljárás során az SO vízgőz és oxigén jelenlétében kénsavvá alakul és a maximum 150 C o -os hőmérsékleten az aktív szénen adszorbeálódva marad. Ugyanakkor az aktív koksz katalizálja az NH 3 és az NO x reakcióját, amely a nem adszorbeálódott SO jelenlétében is végbemegy. Az NO x átalakulása az SO koncentráció és/vagy a hőmérséklet csökkenésével nő. A szimultán folyamat a következő ábrán szemlélhető. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 5

26 6. ábra:: A Bergbau-Forschung eljárás elvi vázlata 1. vándorlóágyas reaktor,. deszorber, 3. aktívkoksz bunker, 4. ciklon, 5. pneumatikus szállítóberendezés, 6. aktívkoksz osztályozó, 7. koksz hűtő, 8. gázkemence, 9.homokfogó kamra, 10. redukáló reaktor, 11. kénelválasztó, 1. füstgázventilátor A füstgáz először egy mozgóágyas adszorberen áramlik keresztirányban, mialatt az SO koncentráció annyira lecsökken, hogy ezután közel szelektív ammóniás NO x redukció valósul meg (analóg az SCR-el). Az adszorberből kilépő kis mennyiségű SO -t tartalmazó gázhoz NH 3 adagolnak és egy második lépcsőbe vezetik, ahol a kívánt NO x + NH 3 N + H O átalakulás lejátszódik. Regeneráláskor a kénsavval telített aktív kokszot fluidágyas berendezésbe vezetik, ahol az adszorbeált kénsav deszorpciójakor kéndioxidban dús gáz keletkezik, amely tovább feldolgozható. A deszorpció során a füstgázt 800 C o ra melegített homokkal keverik össze, így 650 C o ra melegszik. Ezen a hőmérsékleten deszorpciós és bomlási folyamat megy végbe, a H SO 4 elbomlik SO 3 -ra és H O-ra. Az SO 3 -at a szén SO vé redukálja. A távozó, regenerált aktív kokszot hűtés után először a második katalítikus lépcsőbe vezetik, ahol katalizátor szerepet tölt be az NO x redukciója során. Innen az aktív koksz az első lépcsőbe kerül, ahol adszorbensként az SO megkötésében van szerepe. A deszorberből nyert kb. 0 V/V% SO tartalmú gázt elemi kénné alakítják pl.claus eljárással. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 6

27 A Bergbau-Fischer eljárás alkalmazásának korlátai: - nagy SO tartalom esetén a szimultán NO x eltávolítás csökken, - eltömődések lehetnek az ammóniumsók miatt, - a tisztított gázban maradák ammónia jelenhet meg - katalizátor beszerezhetősége és költsége 4.. Shell-eljárás (rézoxidos) SO x és NO x együttes eltávolítására alkalmazott eljárás során az SO -t rézszulfát alakban távolítják el, a nitrogénoxidokat pedig katalítikusan nitrogénné redukálják. A folyamat során nyugvóágyas reaktorban az alumíniumoxid hordozóra felvitt rézoxid köti meg a füstgáz SO tartalmát.(a füstgáz hőmérséklete C o ) CuO + SO + ½ O CuSO 4 Cu + ½ O CuO Cu S + 5 O CuO + CuSO 4 A reakció exoterm, a keletkező hő felmelegíti a füstgázt. A katalizátorágy regenerálása H és vízgőz segítségével történik: CuSO 4 + H Cu + SO + H O (H felesleg esetén Cu S képződhet) A regeneráláskor keletkező kéndioxid elemi kénné dolgozható fel (pl. Claus eljárással). Ez az un. SFGD eljárás ppm SO tartalmú füstgáz kéntelítését 90 %-os hatásfokkal teszi lehetővé, előnyösen összeköthető hő hasznosítással. Az NO x eltávolítása katalizátor alkalmazásával megy végbe. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 7

28 7. ábra: Az SFGD eljárás elvi vázlata 1- adszorber, - fúvó, 3- hőhasznosítási hőcserélő, permetezőhűtő, 5- szivattyú, 6- hűtő, 7- adszorber, 8- tartály, 9- munkavízhűtő, 10-, 14- hőcserélő, 11- sztripper, 15- redukálóreaktor 4.3. SCR és mészkőszuszpenziós eljárás kombinációja Célja az SO x és NO x együttes eltávolítása a következő blokkséma alapján (szimultán hőhasznosítás, porleválasztás): ammónia hideg levegő szén kazán C o SCR C o hőcserélő 150 C o levegő 150 C o Elektrosztatikus porleválasztó 100 C o hőcserélő 50 C o kéntelenítő mészkő gipsz 8. ábra: SCR és mészkőszuszpenziós eljárás kombinációja Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 8

29 4.4. Degussa eljárás A portalanítás után célszerű a kéndioxid és nitrogénoxidok leválasztása. 9. ábra: Degussa eljárás 4.5. Félszáraz füstgáztisztítás A kvázi száraz vagy félszáraz füstgáztisztításként ismert eljárás lényegében a meszes abszorpció elvén alapul, azonban a műveletet úgy hajtják végre, hogy a melléktermékként keletkező - az említett példában gipsz - száraz formában kerül ki a rendszerből, elkerülve ezzel a szennyvízkezelés problémáját. A 38. ábrán látható kapcsolási vázlaton a porlasztó szárítóban(1) a belépő forró füstgázzal a (5) tartályból érkező kalciumszulfitban dús zagy érintkezik. A porlasztó szárítóban száraz termék - gipsz - keletkezik, a füstgáz lehűl és nedvességgel telítődik. A füstgáz a porleválasztó ciklonba kerül(), ahol a gázárammal elragadott szilárd részecskék leválasztásra kerülnek. A nedves mosóban (3) a füstgáz teljes tisztítása megtörténik, majd a ventilátoron(4) keresztül kerül elvezetésre. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 9

30 30. ábra: Félszáraz füstgáztisztítás kapcsolási vázlata 4.6. Biológia kéntelenítés Füstgázok biológiai kéntelenítése során a 13.ábrán látható séma szerint (BIO-FGD), kevesebb vegyszerigény és energiaigény jelentkezik a kémiai kezeléshez képest. Az sem elhanyagolandó, hogy a gipsz helyett a keletkező termék elemi kén. 31. ábra:: BIO-FGD eljárás Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 30

31 A bruttó reakció: SO + szubsztrátum + ½ O S + CO + H O Az első abszorberben a kéndioxidot NaOH oldattal megkötik, majd a bioreaktorba vezetik. NaOH + SO NaHSO 3 Az első aerob reaktorban szulfid képződik, majd a második reaktorban ellenőrzött O adagolással elemi kén keletkezik. (Oxigén túladagolás szulfát képződéshez vezetne.) 1. reaktor: NaHSO H NaHS + 3 H O. reaktor NaHS +1/ O S + NaOH A keletkező kén tartalmú szuszpenziót ülepítik, víztelenítik, tisztítják és tiszta ként nyernek ki. Kísérleti üzemi adatok ismeretesek m 3 /h füstgázt kezeltek 95 % hatásfokkal, ami 15 kg/h kéndioxid terhelést jelent. Többváltozós technológia, fejlesztés alatt. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 31

32 5. Illékony szerves vegyületek eltávolítása (VOC) A mikroszennyezők közül az illékony szerves szennyezések környezetvédelmi szempontból szükséges és indokolt eltávolítása mellett gazdasági tényezőként kell figyelembe venni a VOC ismételt felhasználási, újrahasználati lehetőségét Abszorpció Főleg nagy VOC koncentrációjú hulladékgázok kezelésére használják. 5.. Adszorpció 3. ábra Az aktív szenes adszorberek a legelterjedtebbek. Előnyösen alkalmazhatók vízzel nem elegyedő, nem vizes rendszerekben is. A párhuzamos, felváltva használt berendezések regenerálása pl. forró N gázzal történhet. 33. ábra Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 3

33 Folyamatosan működő adszorberek elvi működése. 34. ábra: Munders féle forgódobos adszorber elvi működése Az adszorbens lehet az aktív szénen kívül egyéb, pl.zeolit is. 35. ábra: Folytonos üzemű rotációs adszorber Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 33

34 5.3. Kondenzáció Hűtéssel. esetleg nyomás változtatással cseppfolyósítják az illékony anyagokat. 36. ábra: A kondenzáció elve 5.4. Membrán eljárások Korszerű, szelektíven szétválasztható, vegyszeradagolás nélküli eljárás. A kinyert VOC ismételten felhasználható. 37. ábra: Oldószer visszanyerés membrán eljárással 1-nyomásnövelő szivattyú, - leválasztó tartály, 3-membrán egység, 4- injektor, 5-vákumszivattyú, 6- gyűjtőtartály, 7-hőcserélő, 8- szelep Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 34

35 5.5. Elégetéses módszer Termikus égetés Roncsolásos eljárás, a kémiai oxidáció elvén alapul. Ipari technológiák során kikerülő szerves gázok és gőzök, valamint könnyen oxidálható szervetlen szennyező mennyisége minimális szintre csökkenthető, esetleg meg is szüntethető (tökéletes égetés). Az égetés alaptípusai: nyílt lánggal történő égetés közvetlen elégetés utánégetőben, nagy hőmérsékleten katalitikus elégetés, viszonylag alacsony hőmérsékleten. 38. ábra: Termikus égetés Katalítikus égetés 39. ábra: Katalítikus égetés Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 35

36 5.6. Biológiai eltávolítás,biológiai lebontás Biomosók A szennyezett levegőt vízzel mossák és a vizes oldatot viszik a biológiai mosóreaktorba. 40. ábra: Biomosó Bioszűrők A támrétegre helyezett szerves hordozóanyagon (pl.:tőzeg, faháncs ) telepítik meg a mikroorganizmusokat A nedvesített levegő szennyezésének lebontása a hordozófelületen kialakult folyadékfilmen megy végbe, a hordozó egyúttal tápanyag is. 41. ábra: Biológiai szűrő Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 36

37 Bioreaktor Töltetük szintetikus porózus anyag. A mikroorganizmusok életfeltételeihez szükséges tápanyagot oldat formájában cirkuláltatják. 4. ábra: Bioreaktor elvi működése Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 37

38 IRODALOM 1. Dr. Örvös Mária : Levegőtisztaság-védelem, Jegyzet BMGE, Gépészmérnöki Kar, Budapest, Farkas Ferenc: A műanyagok és a környezet, Akadémiai Kiadó, Budapest, Gács Iván Katona Zoltán: Környezetvédelem, Műegyetemi Kiadó, Budapest, Moser M. - Pálmai Gy.: A környezetvédelem alapjai, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, Sipos Zoltán: Ipari levegőtisztaság-védelem, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, Woperáné Serédi Ágnes: SO x és NO x emisszió csökkentése, ETHNICA Alapítvány kiadása, Debrecen, Dr.Nagy Géza Dr.Papp Zoltán: Levegővédelem, Főiskolai jegyzet, Győr, SZIF Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás 38