Gáznemû szennyezõk leválasztásának elvi és gyakorlati kérdései

Dr. Parti Mihály elõadásai alapján

MOTTÓ: A környezetvédelmi törekvéseknek célja, hogy pár év múlva a mesék ne úgy kezdõdjenek, hogy “Once upon a time there was a tree."

Jelen fejezetben megismerkedünk a levegõben található káros szennyezõanyagok leválasztásának fortélyaival, bõvebben a SO2 és a NOx leválasztásának kérdéseivel.

Miképp alakulhatott ki az emberiség történetében a légszennyezés és orvoslásának igénye?

Miképp alakulhatott ki az emberiség történetében a légszennyezés, és orvoslásának igénye? A környezetvédelem alapgondolatának gyökere a XIV. századig nyúlik vissza, amikor Angliában a parlamenti ülések idején korlátozták a széntüzelés mértékét. A füstszennyezés mérséklésére az elsõ törvényt az angol parlament hozta 1847-48-ban. Az Osztrák- Magyar Monarchia az 1859-es ipartörvényben korlátozta az ipar okozta szennyezés mértékét. 1872-ben jegyezte fel az elsõ savas esõt egy angol kémikus. 1970-ben Tokióban jelentõs környezetszennyezést jegyeztek fel, minek a kiváltó oka az túlzott mértékû jelenléte volt (u. n. fotokémiai szmog). Felmerült az a kérdés, hogy milyen mértékû lehet az kibocsátás. A civilizáció rohamos fejlõdésével egyre szélesedett a környezetvédelmi problémák köre, melyeket hatékonyan meg kell oldani. Ez a mi feladatunk.

Gáznemû komponensek eltávolítása

Milyen szennyezõket szükséges leválasztani a füstgázból?

Hogyan tudjuk leválasztani a szennyezõ anyagokat?

A leválasztás során anyagátadás valósul meg, hiszen valamilyen komponenst viszünk át gázfázisból folyadékfázisba (abszorpció), melynek fordított mûvelete a folyadákfázis regenerálása ( deszorpció). Az anyagátadás (anyagátvitel) törvényszerûségei hasonlóak a hõátadás törvényszerûségeihez. Analógia az anyagátvitel és a hõátvitel között.

Hogyan tudjuk leválasztani a szennyezõ anyagokat? A gáznemû komponensek eltávolítása történhet pl. abszorpcióval (gázmosással). Az abszorpcióval ellentétes mûvelet a deszorpció, ami a folyadékfázis regenerálását, a korábban elnyeletésre használt folyadékból a megkötött gázfázis kihajtását jelenti. Igen sok különféle gázhalmazállapotú kémiai komponens távolítható el gázelegyekbõl különféle folyadékkal, vagy folyadék eleggyel. Az utóbbi mûveleti neve abszorbens. E mûveletben tehát a gázfázisban lévõ szennyezõ komponenst kell minél intenzívebben, minél hatékonyabban érintkeztetni a folyadékfázissal.

Milyen szennyezõket szükséges leválasztani a füstgázból? Az energetikai iparban elsõsorban az SO2-ot (Táblázat: SO2 kibocsátás mértékérõl) és az NOx-ot szükséges eltávolítani a füstgázból. A CO2 megközelítõen 60 %-ban elõidézõje az üvegházhatásnak. Utalás valamelyik fejezetre.

Táblázat: SO2 kibocsátás mértéke

év Európa Világ Magyarország 1960 14 106 54 106 - 1980 29 106 82 106 1,6 106 1990 - - 1,16 106

Abszorpció A gáz abszorpció, vagy egyszerûen csak abszorpció olyan mûvelet, amelyben egy gázkeverék (gázelegy) valamely komponensét, vagy komponenseit folyadékban nyeletjük el (oldjuk). A gázból, gázelegybõl tehát komponenseket tudunk eltávolítani folyadék fázis segítségével oly módon, hogy a gázfázist érintkeztetjük a folyadékfázissal. Ezen eljárással a kívánt komponenseket el tudjuk távolítani a közegbõl a folyadékfázis megfelelõ ki/megválasztásával.

Deszorpció A deszorpciót akkor alkalmazzuk, ha valamely elnyelt komponenst (komponenseket) folyadékból kell eltávolítanunk, az abszorbenst regenerálnunk kell az ismételt felhasználás céljából.

Anyagátadás A káros szennyezõanyagok transzportja csak ott mehet végbe, ahol a két fázis (a gáz és a folyadék) érintkezik egymással. Ez a fázishatárfelületen valósulhat meg. Így célunk fajlagosan (vagyis a berendezés egységnyi térfogatában) minél nagyobb fázishatárfelület létrehozása, minek hatására a beruházási költségek csökkennek (relatíve kisebb a berendezés és kisebb a helyigénye, csökken a beruházási költség, kisebb lehet az üzemeltetési költség, stb.).

Analógia az anyagátvitel és a hõátvitel között Mivel a folyamat során anyagot, komponenst viszünk át egyik fázisból a másikba, anyagátvitelrõl beszélünk. Az anyagátvitel és a hõátvitel hasonló folyamatok. Mechanizmusuk hasonló egymáshoz, hasonló matematikai összefüggésekkel írhatók le, de értelemszerûen több különbség is van a két folyamat között. Az anyagátvitel és a hõátvitel közötti hasonlóság és különbség.

Hasonlóság:

1) vezetéses hõátadásnak (hõvezetésnek) és vezetéses anyagátadás (diffúzió) felel meg

vezetéses hõátadás A vezetéses hõátadást a Fourier-törvény (1823) írja le: (az eredeti törvényt Biot 1804 - ben írta fel): Képlet magyarázat 1.)

Képlet magyarázat 1.) ahol q hõáramsûrûség Error! Bookmark not defined. *: hõvezetési tényezõ

vezetéses anyagátadás A vezetéses anyagátadás - amit a mindennapi szóhasználatban diffúziónak nevezünk - egyenlete a k. komponensre felírva: Képlet magyarázat 2.) mely a Fick törvény (1855)

Képlet magyarázat 2.) ahol: diffúziós anyagáramsûrûség D diffúziós tényezõ (= anyagvezetési tényezõ) a k. komponens koncentrációja

2) A konvektív hõátadásnak a konvektív anyagátadás felel meg

konvektív hõátadás A konvektív hõátadást a Newton féle lehûlési törvény írja le Képlet magyarázat 3.)

Képlet magyarázat 3.) ahol q hõáramsûrûség *Error! Bookmark not defined. (konvektív) hõátadási tényezõ *Error! Bookmark not defined.t hõmérséklet különbség (a folyamat hajtóereje)

konvektív anyagátadás A konvektív anyagátadást leíró összefüggés, hasonlóan a konvektív hõátadás összefüggéséhez Képlet magyarázat 4.)

Képlet magyarázat 4.) ahol diffúziós anyagáramsûrûség kc: anyagátadási tényezõ *ck koncentráció különbség (a komponensek koncentrációt különféle módokban lehet megadni)

3) höátvitel és anyagátvitel

höátvitel A hõátvitel egyenlete: Képlet magyarázat 5.)

Képlet magyarázat 5.) ahol k hõátviteli tényezõ *Error! Bookmark not defined.t hõmérséklet különbség A hõátviteli tényezõ, mint Mûszaki hõtanban láttuk: vagyis az eredõ termikus ellenállás a következõ tagokból tevõdik össze: az egyik oldali termikus részellenállás + a fal termikus ellenállása + a másik oldal termikus részellenállás. (Hasonló összefüggés származtatható le az anyagátviteli ellenállásra is, de némi eltérés van: ugyanis hõátadás esetén a fázishatárfelületen a hõmérséklet egyensúly egyúttal azonos hõmérsékleteket is jelent - kivéve kontakt ellenállás jelenléte esetén -, anyagátadásnál az egyensúly nem jelenti a koncentrációk egyenlõségét, kivéve ha kémiai potenciállal adjuk meg az összetételt, amit viszont a napi gyakorlatban nem cálszerû használni.)

anyagátvitel Képlet magyarázat 6.)

Képlet magyarázat 6.) ahol diffúziós anyagáramsûrûség Kc anyagátviteli tényezõ *ck koncentráció különbség Az anyagátviteli tényezõre hasonló összefüggés vezethetõ le, mint a hõátviteli tényezõre (L. fentebb).

különbség Hõátadásnál a meleg és a hideg fázis legtöbbször közvetetten érintkezik egymással pl. valamilyen falon keresztül, de néhány esetben a közvetlen érintkezés is megvalósulhat (pl. hûtõtornyok). Anyagátvitelnél minden esetben közvetlen érintkezés van a két fázis között, a fázisokat a fázishatárfelület választja el egymástól. A számítások során feltételezzük, hogy a fázishatár nem jelent az anyagátvitel során ellenállást (L. a hõmérséklet egyensúly ill. hõmérséklet egyenlõség feltételezését hõátvitelnél). A gáznemû komponensek eltávolítására a legegyszerûbb rendszer a filmkolonna, mely lehet egyszerû síklap vagy kör keresztmetszetû csõ külsõ vagy belsõ palástja. Erre az oldószert (abszorbenst) a szélesség/kerület mentén egyenletesen elosztva rávezetjük, így a függõleges felületen lefelé csorogva filmet képez. Ennek vastagsága a bevezetett folyadék mennyiségétõl és fizikai tulajdonságaitól (sûrûség, viszkozitás) függ. A film áramlása lehet lamináris vagy turbulens. Ezzel egyenáramban vagy ellenáramban áramoltathatjuk a gázt, melybõl komponenst(seket) kívánunk elnyeletni. Az ellenáramú berendezés hatékonyabb, nagyobb hatásfokkal üzemeltethetõ (L. az ellenáramú ill. az egyenáramú hõcserélõket). A gázfázisban pl. SO2 koncentrációkülönbség (parciális nyomáskülönbség) alakul ki, minthogy a fázishatárfelületen a komponens elnyelõdik, így koncentrációja ott csökken a fõtömegbeli értékhez képest. Ennek a koncentráció különbségnek, mint hajtóerõnek a hatására az anyagáram (SO2 áram) áramlik a fázishatárfelület felé. A gázfázisban tehát a gradiens miatt anyagáram indul meg, mely hajtóereje a koncentráció különbség (V.ö. a hõmérséklet-különbséggel). 1. ábra Tehát még egy különbséget találtunk az anyagátadás és a hõátadás között. A hõátadás során impulzust vagy energiát ütközéssel is átadhatnak a molekulák egymásnak, elmozdulás nélkül. 2. ábra Az anyagátadásnál el kell mozdulniuk a molekuláknak, át kell menniük egyik fázisból a másikba. Törekvésünk célja: minél rövidebb út, minél kisebb távolság legyen a két fázis között, mert akkor ezt az utat a molekulák rövidebb idõ alatt teszik meg, kisebb berendezésre van szükség, csökkennek a költségek (beruházási, üzemeltetési). Tehát a két síklemez közötti távolság minél kisebb legyen, hogy minél kisebb utat kelljen megtenni a szennyezõ (leválasztandó, elnyeletendõ) molekuláknak. Minél kisebb átmérõjû csövekre van szükség, melyeknek külsõ vagy belsõ palástjára rávezethetõ a folyadék. Azt, hogy a molekulák milyen gyorsan mennek át egyik fázisból a másikba, a D diffúziós tényezõ mutatja meg. Gázfázisban a molekulák közötti kohéziós erõ kisebb, a molekulák szabadon töltik ki a rendelkezésükre álló térfogatot, ütközéseik között viszonylag nagy utat tesznek meg, szemben folyadék fázis molekuláival, ahol a molekulák gördülõ mozgást végezhetnek. A legnagyobb az összetartó erõ és a térkitöltés sûrûsége a szilárd anyagoknál, ahol a molekulák lényegében csak rezgõ mozgást végeznek, nem képesek elmozdulni. Ez kifejezõdik a diffúziós tényezõ nagyságában is. diffúziós tényezõ gázfázisban D = 0.1 * 1 diffúziós tényezõ folyadék fázisban D = 10-5* 10-6 diffúziós tényezõ szilárd fázisban D = 10-8 * 10-9 Az adatok tájékoztatásul szolgálnak és jellemzõ értékeket takarnak. Ebbõl is látszik, hogy az anyagátadás ill. a diffúzió viszonylag lassú folyamat.

Az abszorberek: Az abszorberek lehetnek: - tányéros tornyok - töltelékes tornyok - permetezõ tornyok Gépészetileg általában az abszorberek egyszerû felépítésûek. Szerkezeti anyaguk a közegtõl és az üzemi nyomástól ill. a hõmérséklettõl függ. A berendezés méretezéséhez, kiválasztásához adott a tisztítandó gáz mennyisége, belépõ összetétele és elõírt a kilépõ összetétel. A leválasztandó komponens ismeretében ki kell választani az oldószert, a kilépõ összetétel alapján meg kell határozni mennyiségét, s ezután lehet a berendezés méreteit (magasságát, átmérõjét) meghatározni. Az oldószer kiválasztásának szempontjai: Oldószer kiválasztására példák:

A kilépõ koncentráció esetünkben elõírt környezetvédelmi megfontolások alapján

- permetezõ tornyok A permetezõ tornyoknál a folyadék-bevezetés felülrõl permetezõ eljárással történik. A berendezések paramétereit (pl. nyomást, fúvóka méretet) úgy állítják be, hogy a folyadékból megközelítõleg 2-3 mm átmérõjû cseppeket kapjanak. A folyadék bevezetésével ellenkezõ irányból vezetjük be a gázt (tehát a berendezés ellenáramú). A cseppek felületén - a fázihatárfelületen - megy végbe az anyagátadás.

A cseppek átmérõje A 2-3 mm átmérõjû cseppek optimálisak a folyadékveszteség minimalizálása és a fajlagos felület szempontjából. A veszteséget azok az apró folyadékcseppek okozzák, amelyeket az áramló gáz magával ragad. Ezzel a csepp mérettel a veszteségek még nem nagyok, s az anyagviteli felület viszont jelentõs (ettõl eltérõ értékeket is alkalmazhatunk a berendezés gondos tervezésével ill. cseppleválasztók alkalmazásával)

- töltelékes tornyok A töltelékes tornyoknál töltelékelemeket pl. Raschig gyûrût használnak, aminek a felületét nedvesíti a folyadék (a Raschig gyûrû vagy általában a töltelékelemek készülhetnek pl. kerámiából, mûanyagból, fémbõl). A tölteléket ömlesztve vagy rendezve helyezik el a készülékbe. Az ömlesztett elrendezés kedvezõbb az intenzívebb anyagátadás miatt. A folyadékot a torony tetején folyadékelosztón keresztül vezetik be. A gázbevezetés alulról történik, így ellenáramú elrendezésû a torony, s jobb a hatásfoka, mintha egyenáramú lenne. A folyadék töltelék rétegen halad át (csorog, áramlik lefelé), ahol a töltelékelemek felületén kialakuló folyadékfilmben létrejön a gáz abszorpciója. A szennyezõanyagokat tartalmazó folyadékot a torony alján vezetik el,. a megtisztított gáz pedig a torony tetején távozik. A berendezés vázlatát mutatja a mellékletben szereplõ ábra.

- tányéros tornyok A tányéros tornyoknál tányérokat, ezeken sapkákat helyeznek el. A gáz, illetve a folyadék bevezetése, elvezetése megegyezik az eddig említett eljárásokéival. A buboréksapkás berendezésnél a gázt a párakémény és a sapka segítségével átbuborékoltatják a folyadékfázison. A buborékoltató sapkás tányéros torony vázlatát mutatja a 3. ábra

Az oldószer kiválasztásának szempontjai: - gázoldhatóság, - szelektivitás: Mindig valamely meghatározott komponenst (komponenseket), esetünkben légszennyezõ komponenseket (CO2,SO2, NOx), kívánunk eltávolítani levegõ tisztítása céljából. Tehát olyan oldószert kell választani, mely ezt, ezeket oldja, s nem a levegõ természetes komponenseit. Fontos a célnak legjobban megfelelõ oldószer kiválasztása. Ha kémiai reakció megy végbe az elnyelt komponens és az oldószer (vagy annak valamely komponense) között, az oldhatóság rendszerint nagy. Felvetõdnek a következõ kérdések: A reakciótermékeket az abszorpció után mire akarják felhasználni, mi a cél a reakciótermékkel? Pl. ha többször szeretnék az oldószert elnyeletésre használni lényeges, hogy a reakció (folyamat) végén a folyadék regenerálható legyen. Reverzíbilis, vagy irreverzíbilis a reakció? A fizikai abszorpció (amikor nem megy végbe kémiai reakció) reverzíbilis folyamat, míg a kémiai abszorpció legtöbbször irreverzíbilis folyamat. NH3 igen jól oldódik vízben, de N2, O2 rosszul. SO2 rosszul oldódik vízben, de mésztejes vízben jól, s gipszet képez, ami vízoldhatatlan. H2S jól oldódik etanolaminban, s magasabb hõmérsékleten kihajtható belõle. Jól oldódik mésztejben is, de nem lehet kihajtani belõle.

- gázoldhatóság, A gázoldhatóság jelentése: az oldószer milyen mennyiségû komponenst képes megkötni. Olyan oldószerre van szükségünk, ami minél nagyobb mennyiségben képes megkötni a szennyezõanyagokat.

- szelektivitás A szelektivitás jelentése: a gázfázisból egy bizonyos komponenst kell elnyeletni, tehát olyan folyadékra van szükségünk ami azt a komponenst (ill. döntõen azt komponenst) oldja.

Példák az oldószer kiválasztására: NH3 szúrós szagú gáz. Szobahõmérsékleten jól oldódik vízben. Általában levegõbõl kell eltávolítani (de vízbõl is kihajtható, tehát a víz regenerálható). A levegõben lévõ többi komponens O2, N2 rosszul oldódik a vízben. Tehát a víz jó oldószere az ammóniának. SO2 közönséges körülmények között (atmoszférikus nyomáson) rosszul oldódik vízben, de mésztejes vízben kémiai reakció során gipsz keletkezik (irreverzíbilis folyamat során), ami vízben nem oldódik. Az így keletkezett gipsz felhasználható építési célokra. H2S kellemetlen szagú gáz. Igen jól oldódik etanolaminban. Nagy hõmérsékleten kihajtható a H2S az etanolaminból, az abszorbens regenerálható. Mésztejes oldatban is jól oldódik irreverzíbilis folyamat során, ekkor az oldat már nem regenerálható.

egyéb szempontok: - illékonyság - ne okozzon korróziót (így olcsóbb is a készülék) - olcsó legyen az oldószer - kicsi legyen a viszkozitása, mert szivattyúzni kell. Minél nagyobb a viszkozitása, annál nagyobb teljesítményû szivattyút kell beépíteni. - regenerálható legyen. - ne legyen mérgezõ , gyúlékony - kémiailag stabil legyen - kicsi legyen a fagyáspontja

- illékonyság Az illékonyság megmutatja, hogy adott hõmérsékleten mennyi az oldószer gõznyomása. Törekedni kell, hogy minél kevésbé legyen a folyadék illékony, minél kisebb legyen a gõznyomása. Kis illékonyság esetén kisebb a veszteség (ugyanis az abszorberbõl távozó gázfázis gyakorlatilag mindig telített az oldószerrel, s így nagyobb gõznyomásnál értelemszerûen nagyobb a veszteség).

- regenerálhatóság A regenerálhatóság abban az esetben lényeges, ha az abszorbenst újból hasznosítani szeretnénk. Ez csak egy szempont, ami attól függ, hogy mi a célunk az abszorbenssel a mûvelet után. Gázoldhatóság

Vizsgálataink tárgyát most az képezi, hogy az oldószer milyen komponenseket és milyen mennyiségben képes megkötni. Meghatározása egyensúlyi vizsgálatokkal, az egyensúlyi görbe felvételével történik. Az egyensúlyi görbe szerkesztése történhet elméleti és kísérleti módszerekkel. Mi most csak a kísérleti vizsgálattal foglalkozunk. NH3-H2O egyensúlyi görbe felvétele Az oldószer mennyiségének meghatározása. Gazdaságossági kérdések.

NH3-H2O egyensúlyi görbe felvétele NH3-H2O egyensúlyi görbe felvétele pl. kísérleti módszerekkel, mérésekkel történik. Tételezzük fel, hogy egy zárt tartályban meghatározott mennyiségû oldószer (pl. víz) van, felette pl. levegõ-NH3 gázkeverék. A mûvelet során az egész rendszer össznyomását és hõmérsékletét állandó értéken tartjuk. (p, T = áll) A vizsgálat tárgyát képezõ levegõ valamilyen mennyiségben ammóniát tartalmaz, aminek mennyiségét nem csak a tömegével lehet kifejezni, hanem a parciális nyomásával is meg lehet határozni. 4. ábra A folyadék- és gázfázis határán ammóniamolekulák lépnek a folyadékfázisba a Brown-féle hõmozgás miatt. Mérjük az ammónia koncentrációját a gáztérben, mely az állandósult állapothoz tart. Elvileg végtelen hosszú idõ alatt áll be az egyensúly, de mûszereink nagyon kis változást már nem érzékelnek. A számításokhoz elegendõ a mûszereink által jelzett állandósult állapotot. Állandósult állapotban dinamikus egyensúly alakul ki a két fázis között. Ez az egyensúly csak makroszinten igaz, mert megközelítõleg azonos mennyiségû ammóniamolekula lép be a folyadékfázisba mint amennyi kilép, ugyanis a molekulák állandóan mozognak, változtatják helyzetüket, így mindig más molekulák lépik át a fázishatárt. A molekulák így mindig cserélõdnek a víz és a gáztér között, de a NH3 koncentrációja (a molekulák száma) állandósul a két fázisban (ezért azt monjuk, hogy ez az egyensúly nem dinamikus). Az állandósult állapot elérésekor megmérjük a pNH3 vagy clev NH3 és cvíz NH3 összetartozó u.n. egyensúlyi koncentrációkat, s ezeket diagramban ábrázoljuk. Ha többlet NH3-t viszünk a légtérbe, eltérítve a rendszert az egyensúlyi állapottól, az elõbbi folyamat játszódik le, de az egyensúly természetesen nagyobb koncentráció értékeknél alakul ki. Ezt folytatva, elegendõ számú egyensúlyi koncentráció párt kapunk. A koncentráció párokat ábrázolva kapjuk az egyensúlyi görbét. 5. ábra Az egyensúlyi görbe lehet egyenes is, ha pl. kicsi a koncentráció mértéke. Az egyensúlyi görbe megmutatja, hogy adott gáz koncentrációnál az oldószer mennyi oldott anyagot képes felvenni, ill. mennyi NH3-t képes oldani. A hõmérséklet növelésével az oldékonyság csökken, a nyomás növekedésével az oldékonyság nõ.

Az oldószer mennyiségének meghatározása. Az oldószer mennyiségének meghatározásakor figyelembe kell venni, hogy mekkora mennyiségû gázt kell tisztítani. A megoldandó feladat során legtöbbször adott a : a belépõ gáz térfogatárama : a füstgáz kéndioxid koncentrációja a belépés során :a füstgáz kéndioxid koncentrációja a kilépés során. Ez az érték például környezetvédelmi elõírások által meghatározott érték. Általában milligramm/kg=ppm mértékegységben adják meg.

A kilépõ gáz térfogatáramot a következõképpen határozhatjuk meg:

A mérlegegyenlet megadja az elnyeletendõ kéndioxid mennyiséget, amit át kell vinni a gázfázisból a folyadékfázisba: Az - re felírt mérlegegyenlet: Képlet magyarázat 7.)

Képlet magyarázat 7.) L: (m3/h) a belépõ oldószer mennyisége. cvízbe a bevitt szennyezõ *0 ill. ismert

A két ismeretlenre, az L és értékére egy egyenletünk van 6. ábra (Az ellenáramú berendezés köré egy ellenõrzõfelületet vettünk fel a számítások egyszerûsítésére.)

7. ábra Amint láttuk, az az egyensúlyi görbe határozza meg, hogy mennyi anyagot képes az oldószer oldani.

Gazdaságossági kérdések Az üzemeltetési, beruházási költségeknek meg kell találni az optimális értékét. A berendezés méretezése keresztmetszetének ill. hosszának meghatározását jelenti. A keresztmetszetet a folyadák kihordás ill. az u.n. elárasztás alapján tudjuk meghatározni. Ha adott folyadák terhelésnél növeljük a gáz áramlási sebességét, növekszik a folyadékveszteség és a nyomásesés, a cseppekre (a folyadékra) ható közegellenállás. Bizonyos értéknél a cseppekre ható felhajtóerõ egyenlõ lesz a cseppek súlyával, s ekkor bekövetkezhet a berendezés elárasztódása, az oszlop feltöltõdhet. Kerülni kell az oszlop elárasztását. A gáz sebessége tehát ennél a határsebességnél nem lehet nagyobb. Ennek megfelelõen megválasztjuk a készülék keresztmetszetét (átmérõjét), s magasságát az elõírt koncentráció változásból határozzuk.

A következõ fejezetekben a különbözõ szennyezõk leválasztásának kérdéseivel ismerkedünk meg. Az abszorpció kapcsán az SO2 leválasztással, és az adszorpció témakörében pedig a NOx leválasztással

SO2 leválasztás

SO2 leválasztás

Az elõzõekben ismertettük, miért lényeges a SO2 leválasztás. (Táblázat a SO2 kibocsátás mértékérõl.) Most vizsgáljuk meg különféle leválasztások mechanizmusait.

A SO2 leválasztásának módjai:

- nedves eljárások -félszáraz eljárások -száraz eljárások

Részletesebben a nedves eljárásról. A keletkezett gipszrõl.

Táblázat

év Európa Világ Magyarország 1960 14 106 54 106 - 1980 29 106 82 106 1,6 106 1990 1,16 106

-félszáraz eljárások Félszáraz eljárás például a porlasztásos abszorpciós eljárás, minek a hatásfoka 85 -90 %

-száraz eljárások A száraz eljárás során a SO2 nem érintkezik a folyadékkal, s ez nem is abszorpciós eljárás.

- nedves eljárások Nedves eljárás például a folyadékfázisú abszorpciós eljárás, amely során SO2 folyadékfázisban reagál abszorpciós oldószerrel. Az eljárás hatásfoka 80 - 85%. Bõvebben a meszes eljárásról.

Abszorpciós oldószer (abszorbens) Abszorpciós oldószer (víz) tartalmazhatja a következõ anyagokat: mészkõ (CaCO3), égetett mész (CaO), dolomit ( ), valamint Na vegyület (szulfid) és ammónia (NH3).

A meszes eljárás A meszes eljárásra vonatkozó kémiai reakciók a következõk:

- abszorpció - semlegesítés vagy

- oxidáció Megjegyzés1:

Megjegyzés1: A CaSO3 és a CaSO4 vehet fel kristályvizet. A kalcium szulfit vízben jól oldódik, tehát meddõ hányóra nem rakható, belekerül a talajvízbe. Ezért fontos a kalcium szulfit szulfáttá (gipsszé) való oxidálása.

Részletesebben a nedves eljárásról. Ábra? ((( legyen látható a Megjegyzés1:))) A gipsz leválasztásához hidociklont és/vagy szûrõt alkalmaznak. A hidrociklonba tangenciálisan vezetik be a folyadékáramot, melybõl felül távozik a tiszta folyadék, alul pedig a nagyobb koncentrációjú elegy. Ha ez utóbbinak a víztartalma 30 %-nál magasabb, akkor a gipszet a megfelelõ víztartalomig szárítjuk. Az így keletkezett gipsz építõipari felhasználásra alkalmas. A nedves eljárás elõnye A nedves eljárás hátránya

A nedves eljárás elõnye A nedves eljárás elõnye, hogy a SO2 mellett a hidrogénfluoridot, a HCl-t, port, és nehézfém maradványokat is eltávolítja a füstgázból.

A nedves eljárás hátránya - nagy tömegeket kell mozgatni (a szén kéntartalma Magyarországon 1.5*Error! Bookmark not defined.3 g/MJ (4-5 tömegszázalék) lehet, egyébként lásd késõbb). - a berendezés viszonylag nagy helyet foglal el - a kilépõ füstgáz hõmérséklete 45*55 *C, és a füstgáz így nem bocsátható ki a légkörbe, mert - növeli a kémény korróziós veszélyét ha lehûl a füstgáz. (Ha a füstgáz hõmérséklete eléri a harmatpontot, kiválik a kénessav.) - csökkenti a kémény virtuális magasságát (a sûrûsége megnövekedett), ezáltal a közvetlen környezetszennyezés nõ. ezért - vissza kell melegíteni a füstgázt 80*90 *C- ra, amihez pl. külön hõcserélõre van szükség (egyéb megoldás is lehetséges). A hõcserélõ beépítése többletköltséget okoz. A visszamelegítés energiaigénye az erõmû termelésének 8-9 %-a, amibõl 2-3 % a közvetlen keringetetésre, 3-6 % pedig a ventilációra fordítódik.

A keletkezett gipszrõl. A füstgáz kéntelenítése során keletkezõ gipsz mennyiségének meghatározására nézzünk meg néhány adatot. Számítások szerint magyar szenet használva egy 250 MW-os erõmûbõl 1,7 105 tonna gipsz keletkezik évente. Magyarországon az 1980-as évek közepén kb. 370.000 tonna gipszet használtak fel építési célokra. A keletkezett gipsz mintegy negyede a kén tömege (MCaSO4=120, MS=32). 1 kg kén megkötéséhez 3,1 kg CaCO3 vagy 2,3 kg szükséges, s így 140.000 tonna CaCO3, vagy 104.000 tonna mésztejre lenne szükség. Angliában 2.000 MW-os kapacitású erõmûben 306.000 tonna kálciumkarbonátot (mészkövet) használnak fel, amibõl 483.000 tonna gipsz keletkezik évente. Az erõmû beruházási költsége 425 millió US $ volt. 1991-es árfolyamon egy tonna gipszre vetítve 880 US $/tonna gipsz egy tonna gipsz elõállítási költsége. Magyarországon a 7.000 MW össztermelésbõl, ha a paksi atomerõmû 2.000 MW teljesítményét levonjuk (hiszen nem kell az atomerõmûnél kénteleníteni) akkor 5.000 MW erõmûvi teljesítményt kapunk. A füstgázban lévõ kéndioxid mennyiséget az elõírások alapján kéntelenítéssel csökkenteni kell. Magyarországon a kéntelenítés megoldása 300 milliárd Ft-ba kerülne (1991-es árakon számolva).

A füstgázkéntelenítés különbözõ berendezései:

Mosótorony Ammóniás mosó eljárás Nátriumsó alapú mosás Nátriumlúgos eljárás Kettõs lúgos mosás Porlasztószárítós eljárás

Mosótorony 8. ábra FGD mosótorony mûködése. A nedves eljárás egyik berendezése az SO2-t leválasztó mosótorony. A kéndioxid eltávolítása permetezõtornyokban abszorpcióval történik. A vízbevitel 2-3 bar túlnyomáson beporlasztással történik. Ily módon 2-3 mm-es átmérõjû cseppek jönnek létre. Nagyobb túlnyomással kisebb cseppátmérõt is létrehozhatunk, de akkor (mivel ellenáramú a berendezés) a kisebb cseppeket a gáz elvinné magával, ami veszteséget okoz. A gáz sebessége 3,5-4,5 m/s. A mosótorony hatásfoka 80-90 %, ami azt jelenti, hogy a füstgáz kénmennyiségének a 80-90 %-át képes megkötni.

A mosótorony szerkezeti anyaga: A permetezõtornyot (melynek átmérõje 10-15 m is lehet, a gáz térfogatáramától függõen) szénacélból készítik, így béléssel látják el a kénsav, kénessav keletkezésének lehetõsége miatt. A bélés anyaga lehet pl. mûanyag, gumi, plattírozott lemez. Utóbbi esetben saválló acélt hengerelnek rá a szénacélra 1-2 mm vastagságban. A legdrágább anyag a hastelloy.

hastelloy Ni: 40-60%, Cr:16-20%, W 2-4 %.

FGD mosótorony mûködése A füstgáz az elektrosztatikus porleválasztón keresztül az elõmosóba kerül, majd az FGD (Flue Gas Desulphurization) mosótoronyban lezajlik a kéntelenítés folyamata. A kéntelenített füstgáz az újramelegítõben ismét felmelegszik, majd a kéményen keresztül távozik. A füstgáz újramelegítésének az oka, hogy a kéntelenítés hatásfokából adódóan a füstgázban marad egy kis kén, ami alacsonyabb hõmérsékleten kénsav, illetve kénessav formájában a kémény falára kicsapódik (és ott korróziót okoz). A mésztejes vizet a mosótorony tetején és a füstgázt pedig alulról vezetik be a mosótoronyba, így a berendezés ellenáramú. A vizet a torony alján vezetik el vagy az elõmosóba, vagy a hidrociklonba, ahol 30-35 % -os nedvességtartalmú zagyot kapunk, amibõl szárítás után gipszet kapunk. A zagy szilárd anyagokat tartalmazó folyadék.

Ammóniás mosó eljárás Ammóniás nedves eljárás avagy Walter eljárás. Az eljárás során ammóniát oldunk vízben, amibõl ammónium-hidroxid keletkezik, majd ezt érintkeztetjük a füstgázzal. Ily módon a füstgáz SO2 tartalmát nyeletjük el, mely során ammónium-szulfid, majd oxidáció során ammónium-szulfát keletkezik, mely mûtrágyaként felhasználható. A folyamat: abszorpció: SO2+H2O=H2SO3 semlegesítés: 2NH4OH+H2SO3=(NH4)2SO3+2H2O vagy egy lépésben: SO2+2NH3+H2O=(NH3)2SO3 Az eljárás során HF és HCl is leválasztódik. A keletkezett oldatot porlasztó szárítóban szárítják 390 *C-on.

Nátriumsó alapú mosás Nátriumsó alapú mosás avagy Wellman eljárás. A SO2-t nátrium-szulfit oldatban nyeletik el, majd magasabb hõmérsékleten deszorbeálják, s dúsított SO2-t állítanak elõ. A dúsított SO2-bõl elemi ként lehet kinyerni. Az eljárást mosótoronyban ill. szitalemezes toronyban lehet végrehajtani. Az eljárás hatásfoka 90-95%.

Nátronlugos eljárás Nátrium-hidroxid (NaOH) vagy nátrium-karbonát (Na2CO3) oldatban nyeletik el a SO2-t, majd az oldatot oxidációval nátrium-szulfáttá oxidálják.

Kettõs lúgos mosás Na2CO3 oldattal nyeletik el a SO2-t, majd mésztejjel regenerálják. A reakció végén gipsz keletkezik SO2+NaCO3*NaHSO3 2NaHSO3+Ca(OH)2*CaSO3+1/2 H2O majd a levegõ oxigénjével oxidálódik.

Porlasztószárítós eljárás A porlasztószárítós eljárás félszáraz eljárás. A vízben mésztejet vagy kalcium-karbonát szemcséket oldanak, majd ezt fecskendezik be, a már ismertetett nyomáson. Ennél az eljárásnál nincs folyadékveszteség, mert a gázelvezetés a torony alján történik. Az eljárás során a kalcium-szulfitból kalcium-szulfát keletkezik. A reakcióterméket és a maradék gázt szûrõvel választják le. SO2 + Ca(OH)2 + H2O * CaSO3 + 1/2H2O SO3 + Ca(OH)2 + H2O * CaSO4 + 2H2O 2HCl + Ca(OH)2 * CaCl2 + 2H2O A porlasztószárítás elõnye, hogy a füstgáz csak 90 - 110 *C - ra hûl le, így a kéményben nem okoz savkiválást, visszamelegítés nélkül a kéménybe vezethetõ. Az eljárás hatásfoka 90 %, tehát a füstgázban lévõ SO2 90 %-át képes leválasztani. E hatásfokérték sztöchiometriai arányú adagolásra vonatkozik. Ha ennél több meszet adagolunk, a hatásfok nõ. Az eljárás során finoman õrölt mészhidrátot célszerû használni, mivel fajlagos felülete nagyobb (40m2/g, amíg a kereskedelmi mészkõhidrát 12-19m2/g), s mintegy 50%-kal kevesebb szükséges belõle. Ömlesztett fajtérfogata 170 g/l.

Adszorpció

Az adszorpció mint folyamat során különbözõ anyagok használatosak. Az adszorpció exoterm folyamat. Így hõátadással az adszorbens regenerálható.

Megkülönböztetünk fizikai illetve kémiai adszorpciót.

Adszorbens kiválasztására vonatkozó követelmények: Az adszorpció berendezései.

adszorpció Az adszorpció latin eredetû szó, felszívódást, gázoknak vagy oldott anyagoknak a molekuláris erõk hatására a szilárd anyag felszínén történõ megkötését jelenti. Ezt a fizikai/kémiai folyamatot nevezzük adszorpciónak. Adszorpcióval gázokból vagy folyadékokból szelektív módon komponenseket tudunk megkötni szilárd anyag (az adszorbens) felületén.

adszorbens Az adszorbens az a szilárd anyag, aminek a felületén lejátszódik az adszorpció. Az adszorbens szemcsés szerkezetû, nagy fajlagos felületû, porózus anyag, (mint pl. szilikagél, vagy aktív szén). Az adszorpció az adszorbens külsû felületén, valamint a pórusokban, kapillárisokban játszódik le. Az adszorbensek szemcsemérete gyakorlatilag 50 *m*1 cm között van. A fajlagos felület alatt az adszorbens tömegegységére vetített anyagátadó felületet értjük. Ebben értelemszerûen benne van az adszorbens külsõ geometriai felülete. valamint az ennél lényegesen nagyobb belsõ felület, vagyis a pórusok, kapillárisok felülete. A fajlagos felület az adszorbensek igen fontos tulajdonsága, s érteleszerûen arra törekszünk, hogy ez minél nagyobb értéket érjen el.

szilikagél Szilikátokat 400*C-ra melegítve és savban kicsapatva gélt kapunk. A szilikagél fajlagos felülete 3,5 105 m2/kg = 350 m2/g. A szilikagélt gyógyászati célokra is használják, mert páramegkötõ (nedvesságmegkötõ) képessége kitûnõ.

egyéb adszorbensek Az adszorpció során molekulaszûrõt, molekulaszitát (zeolitot), aktív szenet, aktív kokszot használnak. Barnaszén kokszot is alkalmaznak a kéndioxid megkötésére.

Nyers mészkövet alkalmazva a sósavat 400-500 *C-on 90 %-os hatásfokkal, a kéndioxidot 500 *C - on 70 % -os hatásfokkal köthetjük meg.

molekulaszûrõ Molekulaszûrõ esetén 1.000 - 2.000 m2/g a fajlagos felület.

zeolit A természetben elõforduló ásványok, de a mûszakilag használt zeolitokat szinte kivétel nélkül mesterségesen állítják elõ (szabályozott pórusszerkezet).

aktív szén Aktív szenet kapunk, ha széntartalmú anyagokat 600*C alatt elgázosítunk. 600 - 1000 m2/g az aktív szén fajlagos felülete.

széntartalmú anyagok Széntartalmú anyagok pl. csont, szén, fa, csonthéjas gyümölcsök héja stb.

Barnaszén Barnaszenet még sósavgázok, hidrogénfluorid gázok, nehézfémgõzök megkötésére is alkalmazzák. A barnaszén 10-20 tömeg%-os SO2-t képes felvenni. Fajlagos felülete: 275 m2/g, fûtõértéke: 30 MJ/kg.

Nyers mészkõ A nyers mészkövet a kemencébõl kilépõ füstgázba injektálják. A mészkõ megkötõ képességét adalékokkal pl. lítiumkarbonáttal többszörösére növelhetik. 600-1100 *C között kalcinálódás kezdõdik, mely a felszabaduló CO2 miatt fajlagos felület növekedésével jár. A szilárd oldatot szûrõvel választják le.

Adszorpciós folyamat A lejátszódó folyamathoz, az adszorpcióhoz a szennyezõanyagnak a gázfázisból el kell jutni a szilárd anyag geometriai (tehát külsõ) felületére, majd be kell jutnai a kapillárisok belsejébe (e folyamat a kapillárisok méretétõl függõen lehet molekuláris vagy Knudsen diffúzió ill. konvekció). Itt a kapillárisok belsejében ill. a szilárd anyag felületén kötõdnek meg a szennyezõanyagok. A szilárd fázison belüli anyagátadási folyamat értelemszerûen még lassúbb mûvelet, mint a gáz és folyadék esetében volt. Az adszorpció folyamata: Az adszorbens felületén lényegében a következõ folyamat játszódik le: A kéndioxid oxidáció során megkötõdik a szilárd anyag felületén.

A termikus deszorpció: A deszorpció 5-10 %-os szénveszteséggel jár a magas hõmérséklet miatt. A reakció során széndioxid is keletkezik. Ezért a járulékos szénveszteséget pótolni kell.

Folyamatok hõszínezete Exoterm folyamat során hõ szabadul fel. Ellentéte az endoterm folyamat, amely hõleadással jár.

regenerálás A regenerálhatóság azt jelenti, hogy az elnyelt komponens kiûzhetõ, visszanyerhetõ. Tehát az adszorbens újra felhasználhatóvá válik.

fizikai adszorpció Fizikai adszorpció során a Van der Waals-féle molekuláris erõk hatására kötõdnek meg a szennyezõmolekulák az adszorbens felületén. Ez a megkötõdés a kondenzációs folyamathoz hasonlít, a kondenzációs hõvel azonos nagyságú hõ szabadul fel. Fizikai adszorpciónál az adszorbens minden molekulája vonzza a megkötött komponens molekuláit. A megkötött molekulák mennyisége attól függ, hogy hány molekula képes egy rétegbe bepréselõdni. Fizikai adszorpciónál a molekuláris erõk hatása több molekula átmérõre kiterjed, így több molekularéteg (akár 4-5 réteg) is kialakulhat az adszorbensen.

a megkötött komponens molekuláit adszorptívumnak nevezzük a megkötött anyagot

kémiai Kémiai adszorpció kémiai reakció, kémiai kölcsönhatás során jön létre. A folyamat exoterm, hõ szabadul fel. A reakció során felszabaduló hõ a reakcióhõvel azonos nagyságrendû, amely többszöröse a víz kondenzációs hõjének. A kémiai adszorpció hátránya, hogy egyrétegû, tehát kisebb mennyiséget tud megkötni, és általában irreverzíbilis a folyamat. E folyamatot is természetesen meg lehet fordítani, de a mûvelet járulékos energiát igényel.

reakcióhõ hõ 300-400 MJ/kmol

víz kondenzációs hõje 40 MJ/kmol

Adszorbens kiválasztására vonatkozó követelmények:

- szelektív legyen, minél nagyobb legyen a szelektivitása, tehát döntõen a kívánt anyagot (komponenst) kösse meg - gázmegkötõ képessége minél nagyobb legyen, tehát minél nagyobb mennyiségû anyagot legyen képes megkötni Ezt az egyensúlyi görbe segítségével határozhatjuk meg (L. korábban az abszorpciónál). - nyomásesés minél kisebb legyen, ugyanis az adszorbens rétegen a gázáramot vagy a folyadékot átáramoltatjuk - jó szilárdsági tulajdonság, jó teherbíró-képesség, minthogy e nélkül az adszorbens aprozódik, porlódik, ami veszteséggel jár - kopásállósága megfelelõ legyen pl. ha pneumatikus rendszerrel történik a szállítása - olcsó legyen

Az adszorpció berendezései (adszorberek) Az adszorpció berendezései vagyis az adszorberek többnyire álló, hengeres készülékek, melyben az adszorbens áll (álló ágy) vagy függõlegesen a gravitációs erõtér hatására mozog (mozgó ágy), ill. alkalmazhatunk fluidizált ágyat (fluidizált ágy) is. Ezen áramoltatják át a tisztítandó elegyet, esetünkben a füstgázt.

álló ágy Álló ágy esetén az adszorbens elõbb-utóbb telítõdik a gázmegkötõ képességtõl függõen, s ekkor nem képes több adszorbenst felvenni, az adszorbenst regenerálni kell (a lejátszódó mûvelet az adszorbens szempontjából tehát nem állandósul állapotú, instacionárius). Ebbõl következik, hogy az adszorpció megvalósítására általában nem elegendõ egyetlen oszlopot építeni, ha a regenerálás idején is szükséges a feladat megoldása, vagyis a szennyezõ komponens eltávolítása. Így az adszorpció és a regenerálás ill. az ezt követõ lehûtés (minthogy a regenerálást magasabb hõmérsékleten valósítjuk meg, melyet követõen az adszorbenst vissza kell hûteni, ugyanis nagyobb hõmérsékleten kisebb a megkötõ képessége) idõtartamától függõen kettõ vagy több adszorbert kell üzemeltetnünk a feladat folyamatos ellátására. A beruházási költség ennek megfelelõen növekszik.

mozgó ágy Ábra

NOx leválasztás

NOx leválasztás

E fejezetben a nitrogénoxidokról (jelölésük NOx) lesz szó.

A NOx-ok keletkezése.

A füstgázban lévõ NOx-ok mennyiségének csökkentésére a következõ módszereket alkalmazzák: primer módszer szekunder módszer

A Nox-ok keletkezése. Nitrogén oxidok minden égési folyamatnál keletkeznek. A NOx-ok fõ forrása Nyugat-Európában elsõsorban a közlekedés (60-70%). Magyarországon 1990-ben összesen 264 ktonna NOx került a légtérbe, melybõl 121 ezer tonna a közlekedésbõl, 57 ezer tonna az erõmûvekbõl, 46 ezer tonna az ipari termelésbõl adódott.

További érdekes adatok: NSZK-ban 1990-es adatok szerint a szén 1,5 %-ban tartalmazott ként. Az áram önköltségét 30 %-kal növeli a SO2, a NOx és a porleválasztás. az SO2 18 - 21%-ban a NOx 3 - 6%- ban a porleválasztás pedig 3-9 %-ban járult hozzá az áram önköltségének növeléséhez.

nitrogénoxidok Nitrogénoxidok minden féle tüzelésnél keletkeznek közel azonos mennyiségben. Nitrogénoxidok (NOx) NO-nitrogénoxidot és NO2-nitrogéndioxidot tartalmaznak, tehát a használatos rövid elnevezés gyûjtõfogalom. Mérések szerint a füstgáz 5-10 térfogat%-a nitrogénoxid, illetve 1m3 500 -1.500 mg nitrogénoxidot tartalmaz. (vagy a termelt energiára vetítve 100-200 g/GJ NOx keletkezik), mert a levegõben lévõ nitrogén egy része elég a levegõ oxigénjével 1.300-2.000 *C-on. Ha a láng hõmérséklete e hõmérséklettartományon kívül esik, akkor elhanyagolható az NOx képzõdés mértéke. A reakció csúcspontja 1.700 *C hõmérsékletnél van.

primer módszer A primer módszer a tüzeléstechnikai, megelõzõ módszerek körébe tartozik, pl. atmoszférikus tüzelés, vagy a láng hõmérsékletének csökkentése. lásd tüzeléstechnikai rész

szekunder módszer A szekunder módszerrel a már elõállított NOx-ot próbálják eltávolítani, mely történhet: oxidációs eljárással, redukciós eljárással.

oxidációs eljárás Az oxidációs eljárás lényege, hogy a NOx-ot nagy oxigéntartalmú vegyület segítségével oxidálják pl. nátrium-peroxiddal vagy ózonnal, majd ezt pl. nátronlúg oldatban elnyeletik és ekkor nátrium-nitrit vagy nátrium-nitrát keletkezik. Ha ammóniás oldatban nyeletjük el nitrogén-dioxidot, a keletkezett ammónium-nitrát mûtrágyaként felhasználható Az ipar ma nem az oxidációs eljárást alkalmazza környezetvédelmi célokra.

redukciós eljárás Ma környezetvédelmi célokra szinte kivétel a redukciós eljárást használják, amikor a NOx-ot ammónia segítségével elemi nitrogénné és vízzé alakítják, s e termékek a környezetbe bocsáthatók. A redukciós eljárások lehetnek:

- szelektív nem katalitikus redukció (SNCR eljárás)

- szelektív katalitikus redukció (SCR eljárás)

SNCR eljárás Selective Non Catalytic Reduction (SNCR eljárás) A reakció nagy hõmérsékleten, 850 - 1.100 *C tartományban játszódik le. A reakció mechanizmusa: Az SNCR redukciós eljárás egyenletei: Az SNCR eljárás elõnye: Az SNCR eljárás hátránya :

Az SNCR redukciós eljárás reakció egyenletei: Látható, hogy a redukáláshoz szabad oxigén jelenléte szükséges, mely gondot is okozhat, hiszen kéndioxid jelenlétében kéntrioxid majd késõbb kénessav kénsav keletkezhet, melyek korróziót okoznak.

A reakció mechanizmusa: A reakciók során természetes komponensek keletkeznek (N2, H2O), amik a környezetbe engedhetõk. A katalizátoros eljárás során is ezek a reakciók játszódnak le, csak alacsonyabb hõmérsékleten. A cél, hogy ne illetve minél kisebb mértékben (vagyis csak a reakció megvalósítása szempontjából szükséges mértékben) tartalmazzon a füstgáz ammóniát. A környezetbe kibocsátott füstgázban az ammónia koncentrációja nem lehet 5 ppm - nél nagyobb. E módszerrel a NOx-ok 80%-át lehet eltávolítani. Az ammóniát a kemence utóégetõterébe fúvatják be, általában több szinten. Nagy hõmérsékletnél gyorsan játszódnak le a kémiai reakciók, a káros mellékreakciók elõfordulási valószínûsége is nagyobb. Kis hõmérsékletû reakcióknál kisebb a kémiai reakciósebesség, tehát több ammóniára van szükség, nõ az ammóniakoncentráció. A hõmérséklet értékének megválasztása így egy kompromisszumos feladattá vált (melyik rosszat akarom: a sok káros mellékterméket vagy a nagyobb ammónia koncentrációt). A leírtakból adódik, hogy igen fontos a füstgázban maradt ammónia visszanyerése ill. eltávolítása.

Az ammónia visszanyerésének módjai: A reakcióban fel nem használt ammónia nagy része a nedves gázmosó szennyvizébe kerül, amelybõl pl. vízgõz befúvatással kihajtjuk majd kondenzációval visszanyerhetjük és ismételten felhasználhatjuk vagy forró levegõvel hajtjuk ki (ez a sztrippelés), majd a levegõ oxigénjével nitrogénné és vízzé oxidáljuk, ami a környezetbe bocsátható.

Az SNCR eljárás elõnye: Utólagosan is beépíthetõ, viszonylag egyszerû felépítésû, kis beruházási költséggel rendelkezik.

Az SNCR eljárás hátránya: - szûk hõmérséklet tartományban alkalmazható, - nagy az ammónia felhasználás, - hatásfoka kisebb.

SCR eljárás Selective Catalytic Reduction A reakció hõmérséklet tartománya függ az alkalmazott katalizátortól. Így katalizátortól függõen megkülönböztetünk 250 - 400 *C -os és 80-120 *C-os tartományt. Az SCR eljárást 1978 - óta alkalmazzák.

A katalizátor kiválasztásának szempontjai:

katalizátor Vanádiumpentoxid V2O5 katalizátort használnak, mely kis mennyiségben VO3 tartalmaz, ami megakadályozza a kéndioxid oxidációját (L. elõbb). TiO2 hordozóra egyenletesen elosztva visszük fel a VO3-ot. A VO3 helyett vasoxidot is alkalmazhatnak. Az átlagos élettartam 4-5 év, ami után cserélni kell a katalizátort. Mivel több rétegben helyezik el, nem azonos az igénybevétel, különbözõ idõnként kell kicserélni az egyes rétegeket. Irányadó katalizátor térfogat: 1 m3-en 6-8.000 m3/h füstgázt lehet katalizálni. Ha szénbázisú katalizátorokat használnak, az NOx mentesítés 80 *C-on megindul és lejátszódnak a már ismertetett reakciók.

Az eljárás mechanizmusa: Fémoxid-katalizátort használnak 320-400 *C üzemi hõmérséklet között. Kis hõmérsékleten a katalizátor nem aktív. A katalizátort több rétegben a reaktor tengelyével párhuzamosan, vagy rá merõlegesen helyezhetik el. Az ammóniát a reaktorba való lépés elõtt vezetik be a füstgázba. A DeNOx eljárás során nagy vagy kis portartalmú gázok (high -dust, low-dust) tisztításáról beszélünk. Az eljárás során a reaktor elhelyezhetõ a porleválasztó elõtt és után is. (Lásd a kiadott segédlet 2 ábráját!) Az SCR reaktor beépíthetõ az elektrosztatikus szûrõ és füstgáztisztítás elé, közé és után is. Lásd a kiadott segédlet 4 . ábráját! Nagy hõmérsékleten viszont viszonylag nagy az ammónia veszteség (ammóniumsók keletkeznek). Ha a katalizátor a porleválasztó elõtt van, a por egy része kiválik, lerakódik a katalizátorban, így a hatásfok csökken. Poros füstgáznál a katalizátor 430-470 m2/m3 fajlagos felülettel rendelkezik. Portalanított füstgáz katalizálásakor 750 m2/m3 fajlagos felülettel rendelkeznek a finomabb szemcsék. (Egy m3 berakható katalizátor szemcsék felülete 750 m2.) A katalizátor élettartama hosszabb, ha a bevezetett füstgáz portalanított. Ekkor nagyobb a katalizátor hatékonysága, ezt ellensúlyozza a pótlólagos fûtõenergia igény.

A katalizátor kiválasztásának szempontjai: nagy legyen az aktivitása, nagy legyen a szelektivitásuk az üzemi hõmérsékleten, csekély legyen az aktivitásuk a kéndioxid oxidálására (minél kevesebb kéndioxidot oxidáljanak) öregedésálló legyen, korrózióálló legyen, megfelelõ legyen a mechanikai szilárdsága, kicsi legyen a nyomáskülönbség, mivel gázt hajtunk át rajta, nagy legyen a fajlagos felülete.

Manapság a törekvésünk a SO2 és a NOx együttes leválasztása. Erre a célra széntartalmú anyagokat használnak, mint pl. az aktív szén, aktív koksz, szénbõl készült mesterséges molekulasziták. Az eljárást a 70-es évektõl kezdõdõen vizsgálják. Japánban 1984 - ben, NSZK-ban 1987-ben került üzembe az elsõ ilyen együttes berendezés.

Home page