background image

 

 

Podstawowe procesy oczyszczania gazów z 
zanieczysz. gazowych

-Procesy fizyczne:

- absorpcja
- adsorpcja 
- kondensacja

Procesy chemiczne:

-   procesy spalania: -- bezpośredniego

           -- termicznego

-   utlenianie (spalanie) katalityczne         
-   redukcja katalityczna 
-   rozkład katalityczny 

background image

 

 

ABSORPCJA

Polega na pochłanianiu zanieczyszczeń gazowych 
przez ciecz (absorbent); fizyczne rozpuszczenie 
lub w połączeniu z reakcją chemiczną.

Absorbenty

: woda, roztwory soli, kwasów, zasad o 

właściwościach utleniających lub redukujących.

Proces absorpcji w roztworach jest połączony 
zwykle z reakcją chemiczną.

Zasadnicze etapy absorpcji

:

- dyfuzyjne przenoszenie cząsteczek gazu do 
powierzchni  cieczy

- rozpuszczenie w warstwie granicznej na 
powierzchni cieczy

- przenoszenie składnika zaabsorbowanego w 
głąb cieczy.

background image

 

 

Profil stężenia podczas przenikania masy 
(absorpcji)

P

A

- stężenie składnika A w gazie, C

A

- stężenie 

składnika A w cieczy

background image

 

 

Absorpcja stosowana jest, gdy 

- stężenie zanieczyszczenia wynosi kilka 

%;

- w przypadku gazów rozcieńczonych, gdy 

są łatwo    rozpuszczalne w absorbencie.

W procesie absorpcji dąży się do uzyskania 
stanu równowagi gaz-ciecz.

Absorpcję prowadzi się w skruberach zw. 
absorberami jedno- lub wielostopniowymi.

Absorpcja może być też prowadzona w 
układach trójfazowych: gaz - ciało stałe - 
ciecz.

background image

 

 

Proces absorpcji ciągły: a) jednostopniowy, b) 
wielostopniowy

background image

 

 

Wymagania d/ absorpcji

:

- mały wydatek energii
- długi czas kontaktu gazu i cieczy
- duża burzliwość przepływu
- duża powierzchnia kontaktu faz
- duża szybkość odnawiania powierzchni 
kontaktu.

background image

 

 

Projektowanie cyklu absorpcyjnego

1 – dobór rozpuszczalnika (absorbentu)

2 – określenie danych równowagi

3 – określenie parametrów przebiegu procesu 
(bilans  materiałowy i energetyczny)

4 – wybór konstrukcji skrubera (materiał 
konstrukcyjny dobiera się zależnie od rodzaju 
zaniecz., stosowanej cieczy, temperatury, 
powstających produktów oczyszczania

5 – określenie wymiarów kolumny

6 – dobór elementów wyposażenia wnętrza i 
urz. pomocniczych, np. dysze zraszające, 
rurociągi.

background image

 

 

ADSORPCJA

Polega na wydzieleniu i zatrzymaniu 
składników płynu na powierzchni zewnętrznej 
i wewnętrznej (w porach) 

ciała stałego

 – 

adsorbentu (sorbentu).

Zatrzymanie cząsteczek na powierzcni 
zachodzi w wyniku działania sił fiz. i chem. 
bliskiego zasięgu.

Proces adsorpcji jest egzotermiczny. 

Proces odwrotny (desorpcja

) wymaga 

doprowadzenia ciepła.

Adsorpcji sprzyja:

- duża powierzchnia adsorbentu
- niska temperatura.

background image

 

 

Etapy procesu adsorpcyjnego oczyszczania 
gazu:

1 – przeniesienie dyfuzyjne składnika gazowego 
do pow. zewn. adsorbentu

2 – dyfuzja w porach do powierzchni 
wewnętrznej

3 – adsorpcja do powierzchni wewnętrznej

4 – regeneracja adsorbentu (desorpcja) – gdy 
zaadsorbowana masa substancji zbliżona jest 
do równowagowej.

background image

 

 

Rodzaje stosowanych adsorbentów

1 – 

węgiel aktywny

 (porowate cząstki o 

gęstości pozornej 0,6 g/cm

3

 i d

śr

 ok. 250 μm; 

przy sferycznych cząstach, powierzchnia 
właściwa: 1000-1300 m

2

/g)

Efektywny sorbent cząsteczek organicznych z 
gazów wilgotnych.

2 – 

tlenki metali

 (półmetali):

a) adsorbenty krzemowe

: sylikażel 

(SiO

2

*nH

2

O) (do adsorpcji pary wodnej)

background image

 

 

b) sita molekularne

 (zeolity) (gr. zeo – 

gotować, lithos – 

kamień) – krystaliczne 

uwodnione glinokrzemiany, które 

zawierają w 

swojej strukturze słabo związane cząsteczki 
wody. Porowata konstrukcja zeolitów – wymiary 
kanalików: 0,3-4 nm

Zastosowanie:  - usuwanie NH

3

 i pary wodnej z 

gazów 

obojętnych przy 

średnicy porów 0,003 μm

- usuwanie CO

2

, SO

2

, H

2

S, C

2

H

2

 

przy 

średnicy porów 0,004 μm

c) tlenek glinu

3 – sorbenty impregnowane

: reagentem 

chemicznym, katalizatorem (zw. Cr, Mo, W), np.

impregnowanie węgla aktywnego:

background image

 

 

                                   Węgiel aktywny impregnowany: 
                                   KI       KOH   K

2

CO

3

    KMnO

4

    

H

2

SO

4

         S       sole

Usuwanie:                                                                               
                           Br

H

2

S

+

+

+

+

Kwaśne 
gazy

+

+

Amoniak

+

Hg

+

+

+

Olefiny

+

background image

 

 

SPALANIE

 – w przypadku małych stężeń 

zanieczyszczeń  (< 0,3 % obj.) w gazie i gdy 
odzysk ich jest ekonomicznie nieuzasadniony 
a ich toksyczność jest duża; 

np. węglowodory, H

2

S, CO, pary 

rozpuszczalników, organiczne aerozolowe 
cząstki stałe.

KONDENSACJA

 – odpowiednia do usuwania 

węglowodorów i ich pochodnych o wysokich 
temp. wrzenia i odpowiednio dużym stężeniu 

(usuwanie: pary rozpuszczalników, np. 
styrenu).

Kondensacja jest związana z przenikaniem 
ciepła od oczyszczanego gazu do czynnika 
chłodzącego:

efekt – obniżenie temp. gazu a następnie 
kondensacja odpowiednich jego składników.

Czynniki chłodzące: woda, strumień 
powietrza

.

background image

 

 

KONDENSACJA 

– technika separacji, w której 

najbardziej lotny składnik mieszaniny gazowej 
jest wydzielany na skutek zwiększenia prężności 
i przejścia do stanu nasycenia oraz zmiany stanu 
fazowego na ciekły (skroplenie).

Urządzenia:     

kondensatory

- przeponowe

- bezprzeponowe (skrubery 

natryskowe, półkowe).

background image

 

 

Sposoby ograniczenia E

SO2

1.Odsiarczanie węgla przed 

skierowaniem go do spalania (tzw. 
metody pierwotne)

2.Odsiarczanie w procesie spalania (tzw. 

metody bezpośrednie, inaczej „u 
źródła”)

3.Odsiarczanie gazów opuszczających 

miejsce powstawania (tzw. metody 
wtórne).

Ad. 1

Metody fizyczne – flotacja, separacja 

magnetyczna.

Metody chemiczne i biologiczne (droższe 

lecz b. skuteczne).

background image

 

 

Ad. 2

- Wprowadzenie do strefy spalania kamienia 
wapiennego (CaCO

3

) lub dolomitu 

(CaCO

3

*MgCO

3

)

Temp. reakcji 800-1200

0

C

CaCO

3

 → CaO + CO

2

 + 178 kJ/mol

CaO + SO

2

 → CaSO

3

 CaO + SO

2

 + ½ O

2

 → CaSO

4

 – 500 kJ/mol

Sposób mało skuteczny: η = 20 – 40 %

- Iniekcja drobno zmielonego sorbentu do 
strefy ponad warstwę paliwa w paleniskach 
rusztowych lub ponad palnik w palnikach 
olejowych;

η = 40 – 60 % przy Ca/S ≥ 2/1

background image

 

 

- Spalanie węgla z dodatkiem kamienia 
wapiennego (dolomitu) w złożu 
fluidalnym.

Niska t = 850-950 

0

C korzystna dla 

wiązania siarki przez cząstki sorbentu.

η = 60 – 80 % przy Ca/S = 2/1 i 
odpowiednio wysokim złożu.

background image

 

 

Schemat kotła fluidalnego z 
atmosferycznym złożem 
stacjonarnym

background image

 

 

Ad. 3
Odsiarczanie gazów przemysłowych (odlotowych)

- 

mokre i suche

 (to rozróżnienie może odnosić 

się do stanu produktu końcowego, bądź też 
stosowania lub nie cieczy, roztworu)

- 

regeneracyjne

 (metody te związane są z 

odzyskiem siarki w postaci produktów 
handlowych; SO

2

 reaguje chemicznie z 

absorbentem, który jest następnie regenerowany 
i zawracany do procesu absorpcji)

nie regeneracyjne

 (polegają na wytwarzaniu 

odpadów siarkowych; preferowane, bo produkty 
handlowe siarki są słabo zbywalne).

background image

 

 

Metody mokre

 

– na absorpcji SO

2

 w zawiesinach wodnych lub 

roztworach związków nieorganicznych,   
np. alkalicznych: 

CaO

CaCO

3

Ca(OH)

2

 

K

2

CO

3

 

Na

2

CO

3

 

MgO

 

Na

2

SO

3

 

NH

3

background image

 

 

Mokra metoda wapienna

Czynnikiem wiążącym SO

2

 jest CaCO

3

, CaO, Ca(OH)

2

.

Produkt końcowy reakcji: gips.

Ca(OH)

2

 +SO

2

 + H

2

O = CaSO

3

 + 2 H

2

O

 Ca(OH)

2

 +SO

2

 + H

2

O  + ½ O

2

 = CaSO

4

 • 2 H

2

O

CaCO

3

 + 2 H

2

O + SO

2

 + ½ O

2

 = CaSO

4

 • 2 H

2

O + CO

2

Zalety:

 wysoka efektywność odsiarczania: η > 80 %

 dodatkowe odpylanie spalin

 prosty układ konstrukcyjny i niskie koszty.

Wady:

  konieczność podgrzewania oczyszczonych spalin przed ↑ do atm.

  potrzeba zagospodarowania lub składowania produktów 

końcowych

background image

 

 

Schemat instalacji odsiarczania gazów 
metodą wapienną

Absorber wieżowy: d 
= 17 m, H = 38 m, m 
= 320 t.

Zużycie k_wapiennego 
przy 1,5 % S w węglu: 

9,2 t/h,

Przy η = 90% 
powstaje 
16 t gipsu/h.

background image

 

 

Metody suche

 oparte są na: 

- adsorpcji na sorbentach stałych (tlenkach 
metali lub węglu aktywnym)
- absorpcji z reakcją chemiczną i jednoczesnym 
suszeniem produktów odsiarczania

1) Adsorpcja SO

2

 na tlenkach metali połączona 

jest z reakcją chemiczną 
    
tlenki Mn, Fe, Cu, Co, Zn; dobrym sorbentem 
jest MnO

x

 i CuO osadzone na nośniku glinowym

CuO + ½ O

+ SO

= CuSO

4

Regeneracja (ok. 680K) adsorbentu w celu 
odzyskania Cu i SO

2

 za pomocą H

2

, CO, lekkich 

C

x

H

y

, np.:

CuSO

4

 + 2H

= Cu + SO

2

 + 2 H

2

O

background image

 

 

2) Sposoby realizacji metod suchych:

  iniekcja sorbentu SO

2

 do strumienia gazu 

Sorbenty: 

 sodowe, np. NaHCO

3

, Na

2

CO

3

; droższe, 

skuteczniejsze – 

metoda efektywna w t = 130 

– 180 

C, η = 70 – 80 % przy  Na/S = 2/1, czas 

kontaktu: 1,75 s 

2NaHCO

3

 + SO

= Na

2

SO

3

 + H

2

O + 2 CO

2

Na

2

CO

3

 + SO

= Na

2

SO

3

 + CO

2

 wapniowe, np. CaO, Ca(OH)

2

; niska sprawność 

przy 

dużym nadmiarze Ca

  na sucho w reaktorach ze stałą lub ruchomą (w 

tym fluidalną) warstwą dużych ziaren sorbentu.
Sorbent może mieć postać granul 
impregnowanych tlenkami metali, np. CuO.

background image

 

 

3) Inne metody suche odsiarczania gazów:

   usuwanie SO

2

 i NO

x

 ze spalin metodą 

radiacyjną

   metoda FOOG

   metoda Bergbau-Forschung

   katalityczne utlenianie SO

2

Spalanie katalityczne gazów – spalanie 
bezdymne (dopalanie), 
w obecności katalizatora.
Katalizator inicjuje reakcję spalania w niskich 
t = ok. 320

0

 C.

Budowa katalizatora:

nośnik

Warstwa przejściowa

Właściwa substancja 
katalityczna:
- metale szlachetne: Pt, Pd, 
Rh, Ru
- tlenki metali 
przejściowych: V

2

O

5

, TiO

2

MoO

3

, CuO, Cr

2

O

3

- tlenki metali alkalicznych: 
Na, K, Li i ziem 
alkalicznych: Ca, Sr, Ba

background image

 

 

Nośniki:  - w postaci bloków monolitycznych  

ceramicznych lub 

metalicznych

- w postaci ziaren, siatek, tabletek.

do nośnika dodaje się: aktywatorów, np. 

 wolfram (W) , który rozszerza zakres temp. 

efektywnego działania katalizatora,

 Na

2

O, K

2

O, które przyspieszają utlenianie 

SO

2

w t > 400

0

C.

Katalizatory: w postaci półek (półkowe)

w postaci bloków (blokowe), np. w 

kształcie 

sześcianu z kanałami 

ustawionymi ║do 

kierunku 

przepływu spalin. Bloki zestawia się 

moduły, które umieszcza się na półce. 

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

Do odsiarczania spalin stosowany jest 

katalizator wanadowy

 złożony z:

 - nośnika monolitycznego SiO

2

 (z 

aktywatorami: Na

2

O, K

2

O i in.)

 - właściwego kontaktu V

2

O

5

DESOX
SO

+ ½ O

= SO

3

SO

+ H

2

O = H

2

SO

4

Powstały SO

3

 absorbuje się w 20 % H

2

SO

4

Produkt procesu: 76 % H

2

SO

4

, który można 

skierować do koncentracji lub użyć do 
produkcji gipsu.

background image

 

 

Zalety: 

 wysoki stopień konwersji SO

2

 ; η ok.. 90 %

 brak odpadów.

Wady:

 konieczność prowadzenia reakcji w 

podwyższonych temp.       ok. 420 

0

C

 wysoki koszt katalizatora (11000-32000 $/t)

 wymóg wstępnego odpylenia gazów

 wysoki koszt inwestycyjny.

background image

 

 

background image

 

 

DENOX
2 NO + 4 NH

+ 2 O

= 3 N

+ 6 H

2

O

4 NO + 4 NH

+ O

= 4 N

6 H

2

O

NO + 2 NH

+ NO

= 2 N

3 H

2

O

Inne reakcje 
redukcji
CO + NO = ½ N

CO

2

H

+ NO = ½ N

H

2

O

background image

 

 

Schemat reaktora do selektywnej redukcji 
katalitycznej NO

amoniakiem

background image

 

 

Graficzne przedstawienie mechanizmu 
reakcji redukcji NO za pomocą 
węglowodorów

background image

 

 

Schemat instalacji denosox

background image

 

 

Schemat pilotowej instalacji odsiarczania 
spalin metodą radiacyjną w elektrowni 
Kawęczyn; 

1 – kondycjonowanie spalin, 2 – układ 
dozowania amoniaku, 3 –reaktor, 4 – filtracja i 
odbiór produktu

background image

 

 

Istota oczyszczania spalin z SO

2

 i NO metodą 

radiacyjną

 utlenienie SO

2

 i NO odpowiednio do SO

3

 i NO

2

 reakcja z para wodną i amoniakiem 

produktów utlenienia – wytworzenie aerozolu 
siarczanu i azotanu amonu: 

(NH

4

)

2

SO

4  

i NH

4

SO

3

 wydzielenie produktów reakcji w tradycyjnym 

odpylaczu i zużycie ich jako nawóz.

W metodzie radiacyjnej

η do 95 % dla SO

2

 i do 70 % dla NO.

W instalacjach mokrych η do 95 % (98 %) dla 
SO

2

.

W instalacjach SCR do 70 % (80 %) dla NO

x

W instalacjach SNCR do 50 % dla NO

x


Document Outline