Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az égés és a füstgáztisztítás kémiája Tananyag:

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Az égés és a füstgáztisztítás kémiája Tananyag:"— Előadás másolata:

1 Az égés és a füstgáztisztítás kémiája Tananyag:

2 Miért égetünk? Kémiai energiaHőenergia HőenergiaMechanikai energia Mechanikai energiaElektromos energia Kémiai energiaKémiai energia Felesleges dolgoktól megszabadulás (erdő, kerti és kommunális hulladék, biztonság, levegőtisztaság) Gondatlanság

3 Mit égetünk? Fa, biomasszaszénhidrátok (cellulóz, keményítő, lignin) Közvetett napenergia hasznosítás Fotoszintézis: 6.CO H 2 O = C 6 H 12 O O kJ Cellulóz égése: ( C 6 H 10 O 5 ) n + 6n.O 2 = 6n.CO 2 + 5n.H 2 O ( C 6 H 10 O 5 ) n + 6n.O 2 = 6n.CO 2 + 5n.H 2 O Fosszilis növényi, állati maradványok Szén égése: C + O 2 = CO kJ C + O 2 = CO kJ Szénhidrogén (metán) égése: CH O 2 = CO H 2 O- 891 kJ CH O 2 = CO H 2 O- 891 kJ

4 Néhány tüzelőanyag fűtőértéke kJ/kg-ban fa16000 barnaszén25000 feketeszén30000 koksz32000 fűtőolaj40000 zsír és olaj35000 szénhidrát18000 kenyér10000 sajt10000 hús10-20ezer

5 CO-110 CO CH 4 -74,9 C2H2C2H2 227 C2H4C2H4 51,9 C2H6C2H6 -84,5 C3H8C3H C 4 H H 2 O(g)-242 H 2 O(l)-286 NH NO90,4 NO 2 (s)34 N2ON2O81,5 HNO 3 (l)-174,1 Standard képződéshők 25 o C-on ΔH (kJ/mol) Képződéshő 1 mól anyag képződése elemekből elemek képződéshője = 0 Energiamegmaradás törvénye Meghatározó a kezdeti és a végállapot, függetlenül az átalakulás útjától Reakcióhő számítása

6 Reakcióhő és a környezet viszonya Negatív előjelPozitív előjel

7 Reakcióhő számítása Mesterségesen előállított anyagok Hidrogén: 2.H 2 + O 2 = 2.H 2 O- 484 kJ(l)- 572 kJ(g) Szénmonoxid: 2.CO + O 2 = 2.CO kJ 2.CO + O 2 = 2.CO kJ Szintézis gáz, városi gáz előállítása Szén égése: C + H 2 O = CO + H kJ C + H 2 O = CO + H kJ A szükséges energiát további szén égetésével nyerik. Éghető gáz előállítás pirolízissel (oxigénmentes hőbontás) (faszén), szemét pirolízis, metánbontás

8 Tökéletlen égés Kevés oxigén, alacsony hőmérséklet C + ½.O 2 = CO- 110 kJ Fűtési balesetek, kohó, belsőégésű motorok Részleges levegőhiány - tökéletlen keveredés Toxikus gázok (CO, H 2 S) Széngáz – a CO szagtalan – H 2 S intenzív szag PAH, dioxinok, furánok KoromképződésFüst

9 Tökéletlen égés Egy parafin (C 18 H 38 -tól szilárd) tökéletes égése: C 20 H ,5.O 2 = 20.CO H 2 O C 20 H ,5.O 2 = 20.CO H 2 O Részlegesen tökéletlen égése: C 20 H ,5.O 2 = C 20 H 40 + H 2 O telítetlen, 1 kettőskötés CH 3 -(CH 2 ) 17 -CH=CH 2 Benzpirén ( C 20 H 12 ) Benzpirén ( C 20 H 12 ) C 20 H ,5.O 2 = C 20 H H 2 O C 20 H ,5.O 2 = 20.C + 21.H 2 O korom (grafit) grafitrács (wikipedia) (wikipedia)

10 Reakciósebesség CO + NO 2 -> CO 2 + NO v = k[CO][NO 2 ] v reakciósebesség k arányossági tényező: reakciósebességi együttható […] az adott anyag mol/dm 3 -ben kifejezett pillanatnyi koncentrációja v = d[CO 2 ]/dt = d[NO]/dt = -d[CO]/dt = -d[NO 2 ]/dt Reakciókinetika

11

12

13

14 A reakciósebesség hőmérsékletfüggése A reakciók létrejöttének szükséges feltétele a részecskék ütközése, De ez nem elegendő feltétel! Akkor megy végbe a reakció, ha az ütköző atomok vagy molekulák rendelkeznek egy energiatöbblettel, az ún. aktiválási energiával (E ٭ ).

15 Aktiválási energia

16 Reakciókinetika Elemi reakció: egy ütközés következtében végbemenő átalakulás kellő sebességgel, megfelelő irányból!!

17

18 Katalízis Katalízis: katalizátorok segítségével az aktiválási energia kisebb egységekre bontható. A katalízátor olyan anyag, amely vagy a reakció sebességét változtatja meg, vagy a termodinamikailag lehetséges de kinetikailag gátolt reakciót lehetővé teszi.

19 Katalizátorok fajtái Aszerint, hogy a katalizátor és a reaktánsok azonos vagy különböző fázisban vannak, megkülönböztetünk homogén katalitikus (azonos fázis) reakciók homogén katalitikus (azonos fázis) reakciók Az élő rendszerekben például homogén katalitikus folyamatok játszódnak le, szervezetünkben enzimek a katalizátorok Az élő rendszerekben például homogén katalitikus folyamatok játszódnak le, szervezetünkben enzimek a katalizátorok heterogén katalitikus (különböző fázis) reakciók heterogén katalitikus (különböző fázis) reakciók az ipari méretű szintéziseknél, mivel a reakció után a katalizátor egyszerűen kinyerhető a rendszerből. az ipari méretű szintéziseknél, mivel a reakció után a katalizátor egyszerűen kinyerhető a rendszerből.

20 A katalizátorok megváltoztatják a reakció mechanizmusát, az eredeti reakciónál kisebb aktiválási energiájú utat nyitnak meg. Autokatalitikus reakció: olyan reakciótermék keletkezik, amely az eredeti reakcióra katalizátorként hat.

21

22

23

24 a., NO redukció (Rh): 2 NO + 2 CO  N CO 2 NO + szénhidrogén  N 2 + CO 2 + H 2 O 2 NO + 2 H 2  N H 2 O 2 NO + 5 H 2  2 NH H 2 O szénhidrogén + H 2 O  CO + CO 2 + H 2 b., oxidáció (Pt és Pd): 2 CO + O 2  2 CO 2 szénhidrogén + O 2  CO 2 + H 2 O 2 H 2 + O 2  2 H 2 O kisebb valószínűséggel lejátszódó reakciók: 6 NO + 4 NH 3  5 N H 2 O 2 NO + H 2  N 2 O + H 2 O 2 N 2 O  2 N 2 + O 2

25 A tisztítás hatékonysága – levegő:üzemanyag arány optimális arány – elektronikus motorvezérlés

26 A termikus hulladékkezelési eljárások jellemzői Tüzelés Levegőbevezetés: légfelesleg tényező  1 Tüzelési hőmérséklet: o C Keletkező reakció termékek:füstgáz, kiégett salak Füstgáz főbb komponensei: CO 2, H 2 O, O 2, N 2 Pirolízis (kigázosítás) Hevítés: levegőtől elzárva Kigázosítási hőmérséklet: o C Keletkező reakciótermékek:pirolízis-gáz, szilárd éghető anyag (pirolízis-koksz), mely tartalmazza az inert alkotókat is. Pirolízis-gáz főbb komponensei: C n H m

27 Elgázosítás Gázosító közeg: oxigén vagy vízgőz Elgázosítási hőmérséklet:  1200 o C Keletkező reakciótermékek: éghető gáz, folyékony salak Gázösszetétel:CO, H 2, CO 2, H 2 O Plazmatechnológia Első lépcső: magas hőmérsékletű pirolízis (salakolvasztó kamrában), ahol a szükséges energiát plazmaégő biztosítja. A plazmaív egyenáramú feszültségforrás hatására a salakfürdő és a plazmaégő között alakul ki. Hőmérsékletek: Plazmaív: kb o C Salakolvadék: kb o C Második lépcső: a pirolízis gáz tökéletes kiégetése o C-on

28 A hőbontás (pirolízis) a szerves anyagú hulladék kémiai lebontása megfelelően kialakított reaktorban, hő hatására, oxigénszegény vagy oxigénmentes közegben – esetleg inert gáz (pl. nitrogén) bevezetés közben. A hőbontás során a szerves hulladékból - pirolízis gáz - folyékony termék (olaj, kátrány, szerves savakat tartalmazó vizes oldat) - szilárd végtermék (piroliziskoksz) keletkeznek. Reakciófeltételek: hőmérséklet reakcióidő, reakcióidő, szemcsenagyság, szemcsenagyság, keveredés keveredés Pirolízis

29 A hőbontás alaptípusai: - kis- és középhőmérsékletű eljárások ( °C) - nagyhőmérsékletű eljárások ( °C) - nagyhőmérsékletű salakolvasztások eljárások (>1200 °C) A salakolvasztásos eljárás célja a gáznemű végtermék-kihozatal növelése, másrészt a környezettel szemben teljesen közömbös, kiégett maradékanyag biztosítása (az olvasztott salakgranulátum gyakorlatilag bárhova lerakható) A végtermék hasznosítható: - energiahordozóként (fűtőgáz, tüzelőolaj, koksz), - vegyipari másodnyersanyagként (pl. a gázterméket szintézisgázzá konvertálva metanol előállításához) - egyéb célokra (talajjavítás szilárd, szénben dús maradékkal; fakonzerválás vizes maradékkal; granulált salakolvadék építőipari adalékanyagként stb.) A végtermék hasznosítható: - energiahordozóként (fűtőgáz, tüzelőolaj, koksz), - vegyipari másodnyersanyagként (pl. a gázterméket szintézisgázzá konvertálva metanol előállításához) - egyéb célokra (talajjavítás szilárd, szénben dús maradékkal; fakonzerválás vizes maradékkal; granulált salakolvadék építőipari adalékanyagként stb.)

30 Pirolízis előnyei A szilárd maradékok vízfürdős leválasztást követően különbözőképpen feldolgozhatók A szilárd maradékok vízfürdős leválasztást követően különbözőképpen feldolgozhatók Keletkeznek értékesíthető alifás és aromás szénhidrogének Keletkeznek értékesíthető alifás és aromás szénhidrogének Légszennyező hatása jelentősen kisebb,mint a hulladékégetésé. Légszennyező hatása jelentősen kisebb,mint a hulladékégetésé.Hátrányai: Fokozott anyag-előkészítési igény Fokozott anyag-előkészítési igény A kisebb hőmérsékletű eljárásokban a gáztisztítás összetettebb és komplikáltabb A kisebb hőmérsékletű eljárásokban a gáztisztítás összetettebb és komplikáltabb Az ennek során keletkező, többnyire erősen szennyezett mosóvizet is komplex módon tisztítani kell. Az ennek során keletkező, többnyire erősen szennyezett mosóvizet is komplex módon tisztítani kell. Az égetéshez képest nagyobb a lehetősége a nehezen bomló, nem tökéletes égéstermékek képződésének. Az égetéshez képest nagyobb a lehetősége a nehezen bomló, nem tökéletes égéstermékek képződésének.

31 A települési és az egészségügyi veszélyes hulladék kezelésben „áttörés” a reduktív és oxidatív eljárás soros összekapcsolása, folyamatirányítási rendszerek kifejlesztése és alkalmazása. A települési és az egészségügyi veszélyes hulladék kezelésben „áttörés” a reduktív és oxidatív eljárás soros összekapcsolása, folyamatirányítási rendszerek kifejlesztése és alkalmazása. Szabályozott termikus oxidáción alapuló pirolízis technológia - az első kamrában oxigénmentes körülmények között. a szilárd hulladékot alkotó szénvegyületek gázfázisúvá alakulnak át - a második kamrában (az ún. utóégetőben) a gáz levegővel turbulens áramlással keveredik, ez által magasabb hőmérsékletet elérve, biztosítjuk a lehetséges veszélyes anyagok teljes ártalmatlanítását, - a termikus folyamat különböző paramétereit betápláljuk egy számítógépes folyamatirányítóba, mely képes az ártalmatlanítás korrekcióját adott időközön belül megoldani. Ezt az elvet a gyakorlatban ECO-WASTE rendszer valósítja meg.

32 Rákospalotai szemétégető - füstgáztisztítás

33 Reakciók NO redukció ammóniával NO + 4.NH 3 = 5.N H 2 O Ammónia-előállítás karbamidból CO(NH 2 ) 2 + H 2 O = CO NH 3 SO 2 + Ca(OH) 2 = CaSO H 2 O Mésztej előállítás: CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 2.CaSO 3 + O 2 = 2.CaSO 4 gipsz képződés A lignitkoksz adszorbeál (nehézfémek, dioxinok) Az adszorbens eltávolítása szűréssel –> veszélyes hulladék lerakó

34

35 Mátra Erőmű - füstgáztisztítás Lev. CaCO 3 CaSO 4 CaCO 3 H 2 SO 3 H 2 SO 4 O2O2 SO 2 SO 2 + CaCO 3 = CaSO 3 + CO 2 2.CaSO 3 + O 2 = 2.CaSO 4 gipsz képződés SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 2.H 2 SO 3 + O 2 = 2.H 2 SO 4 CaCO 3 + H 2 SO4 = CaSO 4 + H 2 O + CO 2 CaCO 3 adagolás – pH 5,2


Letölteni ppt "Az égés és a füstgáztisztítás kémiája Tananyag:"

Hasonló előadás


Google Hirdetések