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 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 Benzpirén Benzpirén 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)

9 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

10

11

12

13 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 ٭ ).

14 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.

15 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.

16 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.

17

18

19 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 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 kisebb valószínűséggel lejátszódó reakciók: 6 NO + 4 NH3  5 N2 + 6 H2O 2 NO + H2  N2O + H2O 2 N2O  2 N2 + O2

20

21 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

22 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

23 Rákospalotai szemétégető - füstgáztisztítás

24 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

25

26 Kémiai egyensúlyok A kémiai reakciók reakcióidő szempontjából lehetnek: pillanatreakciók pillanatreakciók időreakciók időreakciók A reakciók lehetnek. egyirányú egyirányú egyensúlyi reakciók egyensúlyi reakciók Egyensúlyi reakció: αA + βB + γC… ↔ λL + μM + νN… v 1 = k 1 [A] α [B] β [C] γ v 2 = k 2 [L] λ [M] μ [N] ν v 1 = k 1 [A] α [B] β [C] γ v 2 = k 2 [L] λ [M] μ [N] ν Egyensúlyban: v 1 = v 2 azaz k 1 [A] α [B] β [C] γ = k 2 [L] λ [M] μ [N] ν Tömeghatás törvénye: K = k 1 / k 2 egyensúlyi állandó

27 Dinamikus egyensúly 2 NO 2 N 2 O 4 v 1 = v -1

28 2.NO 2 -> N 2 O 4 2 NO 2 N 2 O 4 v -1 = k -1.[N 2 O 4 ] v 1 = v -1 K = k 1 /k -1 = [N 2 O 4 ] / [NO 2 ] 2 N 2 O 4 -> 2.NO 2 v 1 = k 1.[NO 2 ] 2 Egyensúlyi reakció

29 Kémiai egyensúly jellemzése Egyensúlyi reakció általános felírása a.A + b.Bc.C + d.D K = ▬▬▬▬▬ [C] c [D] d [A] a [B] b Ha K értéke nagy, a reakció termékei vannak többségben Ha K értéke kicsi alig képződik reakció termék [C] ; [D][A] ; [B] ; : egyensúlyi koncentrációk a, b, c, d : sztöchiometriai együtthatók K : dimenziómentes szám, amelyhez mindig tartozik egy egyensúlyi egyenlet

30 Homogén kémiai egyensúlyok Minden résztvevő azonos fázisban Gőz vagy gáz fázis esetén N H 2 2 NH 3 K p = ▬▬▬▬▬▬ Egyensúlyi állandó parciális nyomásokkal felírva p 2 NH 3 p N 2 p 3 H 2 K = ▬▬▬▬▬ [NH 3 ] 2 [N 2 ] *[H2]3[H2]3 p*V = n*R*T p = R*T * n/V konst koncentráció

31

32 Mólszám-változással járó reakciók 1 mol ideális gáz terfogata 1 bár nyomáson 1 mol ideális gáz terfogata 1 bár nyomáson 0 o C-on 22,41 dm 3 Hidrogén égése: 20 o C-on 24 dm 3 2.H 2 + O 2 = 2.H 2 O 3 mol -> 2 mol térfogatváltozás:72 dm 3 -> 48 dm 3 Szénmonoxid égése: 2.CO + O 2 = 2.CO 2 3 mol -> 2 mol 2.CO + O 2 = 2.CO 2 3 mol -> 2 mol Nitrogéndioxid bomlása: 2.NO 2 = N O 2 2 mol -> 3 mol 2.NO 2 = N O 2 2 mol -> 3 mol Nincs mólszámváltozás: CH O 2 = CO H 2 O 3 mol -> 3 mol

33 Le Chatellier  Braun-elv Ha egyensúlyban lévő rendszerre változást kényszerítünk, akkor a rendszer úgy reagál, hogy csökkentse a változás mértékét. 2 NO 2 N 2 O 4 p, T függés barna színtelen exoterm endoterm

34 Ammónia szintézis (p,T függés) Reakció:3H 2 + N 2 = 2NH 3 ∆H=-46 kJ/mol Mólszámcsökkenés, Exoterm reakció Az egyensúlyi gázelegy összetétele a nyomás és a hőmérséklet függvényében: Alacsony hőmérséklet : kicsi reakciósebesség Katalizátor Fe-Al 2 O 3 -K 2 O A katalizátor igen érzékeny kénvegyületek H 2 S, COS (karbonilszulfid) megmérgezik a katalizátort.

35 Ammónia szintézis A folyamat leírása: - A szintézisgáz nem alakul át teljesen - Az átalakult ammóniát kondenzáltatás után elvezetik, a maradék gázt recirkuláltatják - A rendszerbe csak annyi friss gázelegyet visznek, ami a képződött ammónia pótlására szükséges - A cirkuláló gázelegyből időnként lefúvatnak az esetleges szennyeződések feldúsulásának elkerülésére A konverzió nem teljes : recirkuláció


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

Hasonló előadás


Google Hirdetések