Pannon Egyetem Vegyészmérnöki Intézet Kooperációs Kutatási Központ Klórtartalmú véggázok újrahasznosítása (emisszió csökkentés) Készítette: Fekete Tamás József Kutató Kutató fejleszt szakmé szakmérnö rnök hallható hallható Témavezet : Dr. Horváth Géza Egyetemi docens Veszprém, 2007.06.01.
Probléma definiálása A BorsodChem Nyrt. PVC granulátum elállítását végz polimer üzemében felmerült környezetvédelmi probléma megoldását vizsgáltuk A technológia egyik lépése a PVC szuszpenzió vinilklorid mentesítése, azon belül található sztrippel egység gz felhasználnak csökkentése
A vizsgálat céljac Megfelel minséget és környezetvédelmi elírásokat biztosító üzemmód meghatározása Kedvez mveleti paraméter kombinációk beállítása Hatásfok javítása A gyártástechnológia üzemeltetési költségeinek csökkentése A PVC végtermék minségének biztosítása PVC szemcsékben a diffúziós folyamat megismerése Matematikai modell felépítése
Technológia áttekintése
mentesít oszlop
Sztrippel oszlop mveleti m paraméterei Mintavételi id [h] 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 S. [m 3 /h] 18 16 17 14,5 15 17 16 16,5 18,5 17 17 17 G 2 [t/h] 1,25 1,25 1,3 1,3 1,3 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 W 1 [t/h] 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 CL-451 kolonna H=9900mm 36 tányér T 1 [ C] 80 83 82 86 88 89 89 84 82 87 88 83 T 2 [ C] 96 95 95 94 94 95 94 95 95 95 95 94 [min.] 3-5 3-5 3-5 3-5 3-5 3-5 3-5 3-5 3-5 3-5 3-5 3-5 p koll. [mbar] -87-93 -97-136 -158-131 -136-108 -106-97 -89-100
Vizsgálati módszerekm Termogravimetria (TG MS) Pásztázó elektronmikroszkóp (SEM) Pórusméret eloszlás (Hg penetráció) Gömbi diffúziós modell alkalmazása (GDM) Kolonna hmérsékletprofiljának vizsgálata megosztásos gzbevezetéssel
TG MS vizsgálat Sztrippelés eltti és utáni 5167-es minta összehasonlítása különböz hmérsékleteknél (izoterm mérés, 30 perc, kis tömeg, 10 C/perc, Ar) 3E-12-4,2E-13 2,5E-12 2E-12 1,5E-12 1E-12 5E-13 Intenzitás 62-s VC izoterm 60 C, szt.e. 62-s VC izoterm 80 C, szt.e. 62-s VC izoterm 90 C, szt.e. 62-s VC izoterm 60 C, szt.u. 62-s VC izoterm 80 C, szt.u. 62-s VC izoterm 90 C, szt.u. Intenzitás -4,4E-13-4,6E-13-4,8E-13-5E-13 0-5,2E-13-5E-13-5,4E-13-1E-12-5,6E-13 0,05 133 263 391 524 653 782 916 1048 1181 1314 1447 1580 1713 1846 1979 2112 2242 t (sec)
Sztrippelés eltt és s után n mért m VC koncentráci ciók VC-tartalom VC-tartalom Minta kódja sztrippelés eltt [TK] Sztrippelés után [CL] Minta kódja sztrippelés eltt [TK] Sztrippelés után [CL] (m/m %) (ppm) (mg/kg) (m/m %) (ppm) (mg/kg) (m/m%) (ppm) (mg/kg) (m/m%) (ppm) (mg/kg) S-5167 0,5442 5442 0,0028 28 S-5167 0,9791 9791 0,0236 236 S-5258 0,3848 3848 0,0027 27 S-5258 0,6420 6420 0,0245 245 S-5064 0,4090 4090 0,0279 279 S-5064 0,4460 4460 0,0031 31 S-5070 0,5003 5003 0,0010 10 S-5070 0,6955 6955 0,0060 60
Az anyalúg és s az elfolyó szennyvíz z VC koncentráci ciója Minta jele Mintavételezés helye Vizsgált paraméter Mért érték [mg/dm 3 ] A5167 Sztrippelés eltt 515,9 A5167 Sztrippelés után 2,6 B5070 Sztrippelés eltt 239,5 B5070 Sztrippelés után 0,3 C5167 Sztrippelés eltt 303,2 C5167 Sztrippelés után 13,6 D5258 Sztrippelés eltt 169,9 D5258 Sztrippelés után 25,2 E5064 Sztrippelés eltt 245,3 E5064 Sztrippelés után 4,6 F5167 Sztrippelés eltt 293,4 F5167 Sztrippelés után 1,6 G5070 Sztrippelés eltt 272,8 G5070 Sztrippelés után 0,2 Elfolyó szennyvíz 53,5
S-5258 minta SEM felvétele
Higany penetráci ciós s vizsgálat S-5258 S-5070/1 S-5070/2 35 30 25 V relatív (%) 20 15 10 5 0 0.003 2-0.002 0.006 8-0.0047 0.004 7-0.032 0.015-0.01 0.01-0.00 68 0.032-0.0 21 0.021-0.0 15 0.068-0.0 47 0.047-0.0 32 0.15-0.10 0.10-0.06 8 0.32-0.21 0.21-0.15 0.68-0.47 0.47-0.32 1.5-1.0 1.0-0.68 3.2-2.1 2.1-1.5 7.5-4.7 4.7-3.2 r p (µm ) Fekete Tamás s József J
Higany penetráci ciós s vizsgálat II. Összes kumulatív térfogat Összes fajlagos felület Átlagos pórus sugár Teljes porozitás Tömb srség Térfogat korrekció Minta kódja [mm 3 /g] [m 2 /g] [µm] [%] [g/mm 3 ] S-5258 188,81 1,19 0,5072 14 7,47* 10-4 0,9683 S-5070/1 327,01 2,62 0,3237 17 5,31* 10-4 0,9559 S-5070/2 353,76 2,55 0,3703 19 5,29* 10-4 0,9551
Gömbi diffúzi zió c t 2 c = D 2 r + A A 2 ca r r J q ( c( r) ) = D dc dr r= R
GDM vizsgálata
Diffúzi ziós állandó vizsgálata GDM el 5167-as minta c (m/m%) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 modell (D=8,3E-10) mért modell (D=9,9E-10) modell (D=10,9E-10) modell (D=11,9E-10) 0,2 0 80 82 84 86 88 90 92 94 96 T ( C)
Gzbevezetés s módosm dosításasa
Számítások Szemcse térfogata (gömb): V g = π d 6 3 = 9,04 10 13 m 3 Betáplált szuszpenzió = 14 t/h Betáplált gz = 1,25 1,3 t/h, ebbl 0,25 t/h kondenzál 11 380 kg/h szilárd sz. tányérközben, ahol n = 4,5 10 db szemcse található m sz = 8,05*10-10 kg, ismert a koncentráció, tudjuk, hogy egy tányérközben mennyi VC koncentrációja Hmérleg: S c T + W c T + G ( cw T2 + H 2 ) = W1 cw T1 + G1 ( cw T1 + H1) + S0 cs T1 + α F ( T1 0 S 0 1 W 0 2 K S c T + W c T + G 89,53 kg/h VC távozik el ( cw T3 + H 3) = W2 cw T2 + G2 ( cw T2 + H 2 ) + S0 cs T2 + α F ( T2 0 S 1 1 W 1 3 K T T ) ) Vízmérleg: W + 0 + G 2 = W1 G1 W + 1 + G 3 = W2 G 2 W1 = f (G1) W2 = f (W 1(G1))
Számítások
Betápl plált lt gzmennyisg zmennyiség és s a kondenzátum áramai (5258 as minta, m VC = 89 kg) S G 2 T 2 T 1 Kond. 1 b. Kond. 2 b. [kg/h] [kg/h] [ C] [kg/h] [kg/h] 6 217 119 11000 8 215 118 11 223 121 1250 6 257 133 14000 8 255 130 11 263 139 6 311 167 18000 8 309 164 11 318 177
Eredmények Megismertük a PVC típusok pórusszerkezetét Típusonként meghatároztuk TG MS mérésekkel a diffúziós állandókat, amit GDM be beépítettünk Számításokat végeztünk lineáris hmérsékletprofilt feltételezve Köztes hmérsékletméréssel pontosítottuk a kolonna hmérsékletprofilját Gzbevezetés módosításával 8 10 % - al csökkenthet a felhasznált gz mennyisége
Eredmények II. Jelenlegi gzfelhasználás: 1,25 t/h Gzbevezetés módosítása 10 % gzmegtakarítás = 0,125 t/h Éves összes gzmennyiség: 8000 h/év 0,125 t/h 7 db sztrippel oszlop = 7000 t/év Éves gzmegtakarítás: 7000 t/év 5500 Ft/t = 3.850.000 Ft/év
A munka további lépései l Hmérséklet mérés a kolonna 4 6 pontján (jelenleg 2 ponton) Gzbevezetés módosítása Hmérsékletprofil korrigálása a több ponti mérés alapján További paraméter kombinációk mellett vizsgálni a modell alkalmazhatóságát
Publikáci ciók TDK dolgozat: Dolgozat címe: PVC szuszpenzió vinil klorid mentesítése sztrippel oszlop alkalmazásával Diplomadolgozat: Dolgozat címe: Sztrippel oszlop vizsgálata Szakmérnöki dolgozat: Dolgozat címe: Klórtartalmú véggázok újrahasznosítása (VC és PVC por emisszió csökkentése) VIKKK szimpózium, Veszprém 2006.01.13. Eladás címe: mentesítés sztrippel optimálásával Mszaki Kémiai Napok, Veszprém 2006.04.25. Eladás címe: PVC szuszpenzió vinil klorid mentesítése OGÉT konferencia, Marosvásárhely 2006.04.29. Eladás címe: diffúziójának vizsgálata PVC szemcsékben OGÉT konferencia, Kolozsvár 2007.04.28. Eladás címe: Sztrippel berendezés gzfelhasználásának optimálása
Kutatási munkában részt r vettek Dr. Argyelán János (PE, Vegyipari Mveleti Intézeti Tanszék) Dr. Horváth Géza (PE, Vegyipari Mveleti Intézeti Tanszék) Dr. Kristóf János (PE, Analitikai Kémia Tanszék) Dr. Tóth Imre (PE, VIKKK) Fekete Tamás (PE, VIKKK, szakmérnök hallgató) Kozma Pál (PE, szigorló vegyészmérnök)
Köszönöm m a megtisztel figyelmet!