Metody obróbki chemicznej i zanieczyszczenia gazowe

Ten artykuł rzuca światło na trzy najlepsze metody chemiczne stosowane do oczyszczania zanieczyszczeń gazowych. Metody są następujące: 1. Spalanie termiczne 2. Spalanie katalityczne i 3. Bio-utlenianie.

Metoda nr 1. Spalanie termiczne:

Spośród trzech metod stosowanych do utleniania VOC, termiczne spalanie odbywa się w temperaturze około 650 ° C lub wyższej, podczas gdy inne są prowadzone w niższej temperaturze. Do spopielania wymagane jest spalanie dwóch składników, mianowicie palnej substancji i tlenu.

LZO obecne w strumieniu gazów odlotowych stanowią składnik palny, a tlen z powietrza służy jako drugi składnik. Głównymi produktami procesu spalania są CO 2, H 2 O. Powstaje również pewna ilość NOx i SOx. Niektóre związki organiczne mogą również być obecne w strumieniu produktu, jeśli proces jest niekompletny.

Aby osiągnąć całkowite spalenie, czyli całkowite utlenianie LZO (zanieczyszczeń), konieczne jest dostarczenie nadmiaru powietrza (tlenu) powyżej wymaganego stechiometrycznie z powodu niedoskonałego mieszania składników przed i podczas spalania. Aby proces był samowystarczalny, mieszanina nie powinna być ani zbyt uboga, ani zbyt bogata w stosunku do składników palnych. Kompozycje ograniczające są określane jako dolna i górna granica wybuchowości.

Pomiędzy tymi ograniczeniami spalanie następuje po zapłonie, ale może wybuchnąć, jeśli proces nie jest właściwie kontrolowany. Wartości liczbowe dolnej i górnej granicy wybuchowości mieszaniny zależą od gatunku materiałów palnych obecnych w mieszaninie. Należy jednak zwrócić uwagę, aby zawartość tlenu w mieszance nigdy nie była niższa niż 15%.

Stopień zakończenia reakcji spalania zależy od temperatury, czasu przebywania i turbulencji w strefie spalania. Niższy stopień wykończenia oznaczałby obecność nieprzypalonych związków organicznych (zanieczyszczeń) w oczyszczonym ścieku. Szybkość reakcji wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Stąd w wyższej temperaturze czas przebywania (w komorze spalania) wymagany do całkowitego spalania byłby krótszy.

Innymi słowy, w wyższej temperaturze wykona się mniejszą komorę. Jednakże, aby utrzymać wyższą temperaturę, może być potrzebne dodatkowe paliwo, jeśli składniki palne obecne w mieszaninie nie mają wystarczającej wartości opałowej. Wartość opałowa mieszaniny zależy od stężenia substancji palnych obecnych w mieszaninie.

Podczas projektowania pieca termicznego można spotkać się z jednym z następujących trzech typów sytuacji:

Typ I:

Gaz, który ma być poddany obróbce, miałby odpowiednią wartość opałową, a zatem nie byłoby potrzebne żadne paliwo pomocnicze, ale trzeba dostarczyć powietrze (tlen). Taka sytuacja oznacza, że ​​mieszanina miałaby skład powyżej górnej granicy wybuchowości.

Typ-II:

Gaz nie może wymagać żadnego paliwa pomocniczego ani żadnego powietrza, to znaczy jego skład mieściłby się pomiędzy dolną i górną granicą wybuchowości. Taki gaz należy obchodzić się ostrożnie, ponieważ w przeciwnym razie płomień może uderzyć z powrotem, tj. Rozprzestrzeniać się z komory spalania do źródła.

Type-Ill:

Gaz może nie mieć wystarczająco wysokiej wartości opałowej, aby utrzymać żądaną temperaturę w komorze spalania. Oznacza to, że skład mieszanki byłby poniżej dolnej granicy wybuchowości. Do spalania takiego gazu potrzebne byłoby dodatkowe paliwo do podtrzymania procesu spalania.

Mieszanina gazów typu I miałaby stosunkowo wysoką wartość opałową, a zatem może być z pożytkiem wykorzystywana jako paliwo. Może być spalany w piecu kotłowym lub podgrzewaczu procesowym lub odpowiednio zaprojektowana komora spalania z układem do dostarczania odpowiedniej ilości powietrza. Podstawowym wyposażeniem potrzebnym do spalania mieszaniny gazów typu I jest palnik o niskiej emisji NO x .

Jednakże, jeśli nie ma możliwości wykorzystania ciepła wytworzonego podczas spalania, mieszanina gazów może ulec spaleniu, to znaczy, proces spalania prowadzi się w otwartej atmosferze, w której zawirowania atmosferyczne zapewniają tlen do spalania, jak również sprzyjają mieszaniu. Urządzenie jest określane jako stos wyrównania.

Jest to komin / komin, do którego podstawy wprowadzany jest gaz. Gaz przepływa w stosie, a gdy już się pojawi, napotyka płomień pilotowy. Płomień pilotowy jest utrzymywany za pomocą wstępnie zmieszanej mieszanki gaz-powietrze z paliwem. Służy do zapalania mieszaniny gazów, a także do zakotwiczenia powstałego płomienia. Produkty spalania, w tym te powstałe w wyniku niepełnego spalania, są bezpośrednio odprowadzane do atmosfery.

Produkty spalania mogą zawierać HC (węglowodory), CO i pewne stabilne produkty pośrednie, takie jak NO x, S02, HCl i cząstki węgla oprócz CO 2 i H 2 O. Wydajność spalania można poprawić przez wstępne mieszanie gazu. być spalane powietrzem i / lub przez wstrzykiwanie pary w pobliżu płomienia, co sprzyja turbulencji. Ciepło wytworzone podczas spalania jest marnowane.

Główne znaczenie dla wyboru miejsca wyrównania i oszacowania wysokości stosu powinno być bezpieczne dla personelu obsługującego instalację i sprzętu wokół pochodni z jego radioaktywnego intensywności cieplnej. Rozbłysk powinien znajdować się w miejscu z dostateczną wolną przestrzenią wokół niego, aby człowiek mógł w razie potrzeby uciekać w bezpieczne miejsce z powodu ciepła pochodni.

W celu oszacowania wysokości stosu wyrównania należy wziąć pod uwagę maksymalne promieniotwórcze natężenie ciepła, na które może być narażone wyposażenie procesowe (w szczególności zbiorniki ropy naftowej i frakcji ropy naftowej) wokół stosu. Średnicę stosu należy obliczyć na podstawie przewidywanego maksymalnego objętościowego natężenia przepływu mieszaniny gazów i jej prędkości płomienia.

Pozostałe dane wymagane do obliczenia wysokości i średnicy stosu to temperatura otoczenia, średnia wartość opałowa mieszaniny LZO, jej średnia masa cząsteczkowa, gęstość i emisyjność płomienia oraz średnia prędkość wiatru na wysokości stosu.

Rysunek 4.16 pokazuje schematyczną reprezentację stosu wyrównawczego.

Należy tu podkreślić, że race mogą być używane tylko w przypadku strumieni skoncentrowanych gazów odlotowych o dużej objętości.

Mieszankę gazów typu II należy obchodzić się ostrożnie, ponieważ są to mieszaniny wybuchowe. Taką mieszaninę należy rozcieńczyć powietrzem lub gazem obojętnym, aby obniżyć skład mieszaniny poniżej dolnej granicy wybuchowości przed spaleniem. Do spalenia rozcieńczonej mieszaniny może być potrzebna pewna ilość dodatkowego paliwa.

Może się wydawać paradoksalne, że palna mieszanina jest rozcieńczana, a następnie spalana za pomocą dodatkowego paliwa. Jednak z punktu widzenia bezpieczeństwa staje się koniecznością. Jeśli rozcieńczona mieszanina zostanie spalona w piecu kotłowym lub podgrzewaczu procesowym, nie będzie potrzebne żadne paliwo pomocnicze.

Jeżeli planuje się spalić oryginalną mieszaninę gazów bez rozcieńczania w komorze spalania, należy podjąć następujące środki ostrożności:

(a) W celu sprasowania mieszaniny przed wprowadzeniem do pieca do spopielania należy zastosować wyrzutnik pary. Urządzenia mechaniczne nie powinny być stosowane, ponieważ ciepło tarcia może spowodować wybuch.

(b) Aby zapobiec cofnięciu się płomienia z pieca, należy podjąć działania wymienione poniżej.

(i) W gazociągu (prowadzącym do pieca) należy zamontować ograniczniki płomienia, takie jak ekrany, perforowane płyty.

(ii) Wybrana średnica rury powinna być taka, aby prędkość gazu przez rurę była większa niż teoretyczna prędkość płomienia mieszaniny.

(iii) Mieszanina gazów musi przejść przez garnek z uszczelkami.

Obsługa i spalanie mieszanek gazu typu III nie stanowi problemu z punktu widzenia bezpieczeństwa. Aby uzyskać pożądany stopień zniszczenia palnego (zanieczyszczenia) obecnego w takiej mieszaninie gazów, należy go wtrysnąć do komory spalania opalanej paliwem pomocniczym i utrzymywać w wymaganej temperaturze. Odpowiednia turbulencja i stężenie tlenu powinny być utrzymywane w piecu do spopielania.

Spalarką stosowaną do spalania mieszaniny gazów typu III może być skrzynia lub cylindryczna komora, na której jednym końcu znajduje się palnik gazowy lub olejowy. Spalaną mieszaninę gazów wprowadza się w pobliżu palnika, aby łatwo zmieszać ją z produktami spalania i osiągnąć wymaganą temperaturę.

Można zastosować promotory turbulencji w celu szybkiego zmieszania produktów spalania i gazu, który ma być spalony. Temperaturę samozapłonu każdego z zanieczyszczeń należy ustalić z literatury. Temperatura pracy pieca powinna być co najmniej o kilkaset stopni wyższa od najwyższej temperatury samozapłonu obecnych składników. Objętość komory spalania (V) można oszacować w przybliżeniu za pomocą zależności.

V = tx Q,

gdzie Q = objętościowe natężenie przepływu produktów spalania w temperaturze roboczej, oraz t = wymagany czas przebywania w spalarni.

W temperaturze około 750 ° C wymagany czas przebywania może wynosić około 0, 01 sekundy. Około 650 ° C czas przebywania musi zostać zwiększony z 0, 01 sekundy do około 0, 1 sekundy, aby osiągnąć taki sam stopień zniszczenia zanieczyszczeń.

Metoda # 2. Spalanie katalityczne:

Spalanie katalityczne jest również procesem utleniania podobnym do termicznego spalania. Jednakże proces zachodzi w znacznie niższej temperaturze niż termiczne spalanie. W związku z tym dodatkowe zapotrzebowanie na paliwo jest mniejsze. Jako katalizatory stosuje się cząstki stałe jako takie lub osadzone na pewnym obojętnym materiale ceramicznym.

Reagenty i produkty będące gazami proces przebiega następująco:

1. Dyfuzja cząsteczek zanieczyszczeń i tlenu z fazy gazowej na powierzchnię katalizatora,

2. Adsorpcja cząsteczek reagentów na powierzchni katalizatora,

3. Reakcja adsorbowanych cząsteczek,

4. Desorpcja cząsteczek produktu z powierzchni katalizatora i wreszcie

5. Dyfuzja cząsteczek produktu do większości fazy gazowej.

Zazwyczaj stosuje się dwa typy katalizatorów:

(i) Metale szlachetne, takie jak platyna, pallad sam lub w połączeniu, na nośniku ze stopu niklu lub tlenku glinu lub ceramiki,

(ii) Metale nieszlachetne lub tlenki metali, takie jak aluminium, chrom, kobalt, miedź, żelazo, mangan, wanad, cynk, na nośniku lub bez nośnika.

Drugi rodzaj katalizatora jest tańszy i łatwy do przygotowania.

Metaliczne nośniki mają zwykle postać wstęgi, na której osadza się katalizator. Wstążki są następnie zaciśnięte i uformowane w matę.

Wsporniki ceramiczne mogą być w postaci granulek lub struktury komórkowej podobnej do plastra pszczelego.

Katalizator czasami jest zmieszany z substancją znaną jako promotor, który zwiększa aktywność katalizatora przez modyfikację struktury i wielkości kryształu katalizatora.

Pożądanymi właściwościami katalizatora są:

(i) Wysoka aktywność w niższej temperaturze,

(ii) Stabilność strukturalna,

(iii) Odporność na ścieranie i

(iv) Niski spadek ciśnienia na złożu katalizatora.

Aktywność katalizatora bardzo często maleje wraz z użyciem. Może się tak zdarzyć z powodu:

(1) Reakcja chemiczna między cząstkami katalizatora a niektórymi substancjami, takimi jak bizmut, arsen, antymon, cynk, ołów, cyna, rtęć, fosfor, chlorowce itp., Nawet jeśli występują one w śladowych ilościach w gazach odlotowych,

(2) Adsorpcja niektórych chemikaliów (chemisorpcji) na powierzchni katalizatora i

(3) Fizyczne powlekanie powierzchni katalizatora smolistą masą.

Katalizator również traci aktywność w wyniku starzenia się. Może to być spowodowane zmianą struktury krystalicznej metalu (katalizatora) z powodu erozji, odparowania i ścierania. Normalnie żywotność katalizatora wynosi od 3 do 5 lat.

Katalityczna spalarnia może składać się z następujących części / sekcji:

(1) Sekcje wstępnego podgrzewania

(2) palnik,

(3) Komora mieszania,

(4) Złoże katalizatora,

(5) Dmuchawa.

Schemat ideowy spalarki katalitycznej przedstawiono na ryc. 4.17.

Katalityczna spalarnia działa w sposób opisany poniżej.

Przychodzący strumień gazu niosącego zanieczyszczenia może być wstępnie podgrzany przed wprowadzeniem go do komory mieszania. W komorze mieszania strumień gazu miesza się z gorącym gazem spalinowym z palnika, dzięki czemu mieszanina może osiągnąć temperaturę, w której zachodzi katalityczne utlenianie. Zadaniem palnika byłoby wytwarzanie ciepła potrzebnego do utrzymania komory mieszania i złoża katalizatora w pożądanej temperaturze. Paliwem może być gaz lub olej.

Złoże katalizatora jest ustawione w taki sposób, że strumień wpływający zmieszany z gorącym gazem spalinowym musi przejść przez złoże i żadna jego część nie może ominąć łoża. Powinien on być tak dopasowany do komory spalania, aby można go było łatwo wyjąć w celu reaktywacji lub wymiany. Konieczne może być zainstalowanie dmuchawy, aby przezwyciężyć straty ciśnienia na różnych odcinkach zespołu pieca.

Całkowite zniszczenie zanieczyszczeń obecnych w strumieniu gazów odlotowych jest trudne do osiągnięcia w spalarni i może nie być konieczne. 98-99% zniszczenia może obniżyć stężenie zanieczyszczeń do dopuszczalnego limitu emisji. Większość lotnych związków organicznych podczas całkowitego spalania wytwarza CO 2 i H 2 O.

Niektóre tlenki węgla mogą być również wytwarzane z powodu niepełnego spalania. Niektóre LZO w spalaniu mogą wytwarzać zanieczyszczenia, takie jak SO2, SO3, halogeny i związki chlorowcowane, takie jak Cl2, HCL. Konieczne może być potraktowanie strumienia spalin ze spalarni (w celu usunięcia wyżej wymienionych zanieczyszczeń) przed ostatecznym usunięciem.

Metoda # 3. Bio-utlenianie:

Bio-utlenianie strumienia gazu zawierającego zanieczyszczenia może być przeprowadzane, gdy:

(i) Obecne zanieczyszczenia są biodegradowalne,

(ii) Strumień nie zawiera żadnych toksycznych zanieczyszczeń dla bakterii tlenowych, oraz

(iii) Wolumetryczne natężenie przepływu strumienia nie jest wysokie.

Proces ten jest podobny do procesu spalania w tym sensie, że głównymi produktami utleniania są CO 2 i H 2 O. Jednakże proces zachodzi w temperaturze otoczenia, a wydzielone ciepło łatwo ulega rozproszeniu.

Przeprowadza się go przepuszczając strumień gazu zanieczyszczającego zanieczyszczony domieszką odpowiedniej ilości powietrza przez złoże porowatej gleby wstępnie wysianej odpowiednim gatunkiem drobnoustrojów tlenowych. Mikroby wykorzystują LZO do swojej aktywności metabolicznej. Tlen potrzebny do tego celu pochodzi z powietrza. Wielkość złoża powinna być taka, aby był wystarczający czas kontaktu dla uzyskania pożądanego stopnia zniszczenia zanieczyszczeń.

Głównymi zaletami tego procesu w stosunku do procesów spalania są:

(i) Nie jest wymagane dodatkowe paliwo,

(ii) nie jest potrzebny kosztowny sprzęt procesowy, oraz

(iii) Za kontrolowanie procesu należy zwrócić niewielką uwagę.

Główną wadą tego procesu jest zapewnienie większej przestrzeni w postaci objętości złoża w porównaniu z wymaganą w procesach spalania.


Zalecane

Motywacja osiągnięcia: Kakinada Experiment
2019
6 Szybkich technik radzenia sobie ze stresem w życiu
2019
Komputery: Esej o znaczeniu komputera w nowoczesnym społeczeństwie
2019