Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

SZÉN-MONOXID Szerzők: Dr. Bajnóczy Gábor Kiss Bernadett.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "SZÉN-MONOXID Szerzők: Dr. Bajnóczy Gábor Kiss Bernadett."— Előadás másolata:

1 SZÉN-MONOXID Szerzők: Dr. Bajnóczy Gábor Kiss Bernadett

2 Szén-monoxid CO néhány környezetvédelmi szempontból fontos fizikai tulajdonsága molekulatömeg28.01 Olvadáspont-199 o C Forráspont Sűrűség 0 0 C, kPa 25 0 C, kPa g/dm g/dm 3 Oldhatóság vízben * 0 0 C 20 0 C 25 0 C 3.54 cm 3 /100 cm 3 (44.3 ppmm) ** 2.32 cm 3 /100 cm 3 (29.0 ppmm) ** 2.14 cm 3 /100 cm 3 (26.8 ppmm) ** Alsó és felső éghetőségi határkoncentrációk 12,5 – 74,2 tf % Konverziós faktorok 0 0 C, kPa 25 0 C, kPa 1 mg/m 3 = ppmv *** 1 ppm = mg/m 3 1 mg/m 3 = ppmv *** 1 ppm = mg/m 3 * szénmonoxid térfogata standard állapotban ** tömeg/tömeg *** térfogat/térfogat színtelen szagtalan íztelen gáz meggyújtva kék lánggal ég Mennyiségét tekintve a legtöbb légszennyező anyag a troposzférában. Sűrűsége a levegőének kb. 96 %-ka, így a legjobban eloszlottnak is tekinthető. kicsi távol vannak Kis koncentrációban reverzibilis károsodást okoz.

3 A szén-monoxid forrásai Természetes Antropogén (teljesnek 10-50%-a) Eltérések: Eloszlás: 1. Természetes források: egyenletes 2. Emberi források: koncentrált Sebességi viszonyok: 1. Természetes körülmények között: képződés sebessége ≈ távozás sebessége az atmoszférából 2. Humán források környezetében (városok, ipari területek): képződés sebessége > távozásé (felhalmozódás)

4 Természetes eredetű szén-monoxid források Mocsaras, lápos területek, rizsföldek oxigén mentes környezet. Az óceánok vízfelszíne szén- monoxidra túltelített, a CO a víztestben keletkezik a víz szerves anyag tartalmából, amely a vele érintkezésbe kerülő troposzférába távozik. A zöld levelek klorofill tartalmának elbomlása során keletkezik. A szennyeződés mentes levegő CO tartalma ősszel valamivel magasabb, mint a többi évszakban. Egyes növények gyökerein is képződik.

5 Mocsár, óceán, klorofil, stb. Legnagyobb része közvetett formában a metán oxidációjából származik! szerves anyagok metán atmoszférában található hidroxilionok Természetes szén-monoxid források Anaerob körny. Biológiai bomlás mocsarak, rizsföldek, bélfermentáció, komposztálás CO

6 Szén-monoxid keletkezés lépései 1. CH 4 + OH = CH 3 + H 2 O 2. CH 3 + O 2 + M = CH 3 O 2 + M * 3. CH 3 O 2 + NO = CH 3 O + NO 2 4. CH 3 O + O 2 = HCHO + HO 2 5. HCHO H + HCO 6. HCO + O 2 = CO + HO 2 HCHO + OH = CO + HO 2 + H 2 O λ<338nm erős oxidációs hajlam Élettartama néhány óra 4-6 ppbv H + O2 + M = HO2 + M * HO2 + NO = OH + NO2 Képződött további gyökök sorsa

7 Emberi tevékenységből származó szén-monoxid 1. Közlekedés: Belső égésű és reaktív motorok kiáramló füstgázai (teljes humán eredetű CO ~ 2/3-a) 2. Mezőgazdasági égetés, erdőtüzek, szerkezeti anyagok tűzesetei (kb. 10%) 3. Ipari: koromgyártás, kőolajipar, vaskohászat és hulladékkezelés, cellulóziparban a feketelúg regenerálás (kb. 10%) 4. Fosszilis tüzelőanyagot felhasználó erőművek (kb. 1%) Érdek: a viszonylag nagy fűtőértékű CO minél kisebb hányada távozzon a kéményen keresztül.

8 A szén-monoxid képződés kémiája A szén-monoxid képződésével az alábbi esetekben kell számolni: 1. Szén vagy széntartalmú anyagok tökéletlen égése 2. Izzó szén és szén-dioxid reakciója 3. Szén-dioxid disszociációja nagy hőmérsékleten

9 Szén vagy széntartalmú anyagok tökéletlen égése C tart. tüzelőanyagok → [H, O, OH˙, CH 2 O, CO] → CO 2 + H 2 O Közti termék az égés végtermékeként jelenhet meg (pl. CO) kiégési zónában oxidatív pirolízis 650ºC alatt leáll Ha nincs elég levegő nem megy végig. ( Biomassza tüzelés )

10 Szén vagy széntartalmú anyagok tökéletlen égése Tüzelőanyag és levegő keveredése nem tökéletes Lokális oxigénhiányos területek jönnek létre szén-monoxid feldúsul Optimális mértékű égési körülmények beállítása:

11 Szén vagy széntartalmú anyagok tökéletlen égése n = 1 : Tökéletes levegő – tüzelőanyag elegyedés → legkevesebb CO képződés n < 1 : CO keletkezés egyre intenzívebb, a rendelkezésre álló O 2 mennyisége egyre kevésbé lesz elegendő a CO → CO 2 átalakuláshoz n > 1 : CO tartalom megint emelkedik, mivel a tűztérbe áramló egyre több levegő már szükségtelen az égési reakciók szempontjából, viszont a láng hőmérsékletét csökkenti. E miatt az egyébként is lassú CO → CO 2 átalakulás sebessége tovább csökken. A növekvő térfogatáram miatt csökken a tartózkodási idő

12 CO 2 + C = 2 CO A vaskohászatban: keletkezett CO + vasoxid tartalmú érc szín vas egy része az atmoszférába távozhat Széntüzelésű kazánok tűzterében: ha a levegő beáramlás hirtelen lecsökken a keletkező CO feldúsul a tűztérben koncentráció meghaladja az alsó robbanási határt CO & levegő elegy az izzó széntől felrobban Szénnel fűtött kályhák esetén ezért nem célszerű a tüzelőanyag leégése előtt elzárni a levegő beáramlását. Izzó szén reakciója szén-dioxiddal redukció

13 Szén-dioxid disszociációja Elegendő mennyiségű oxigén adagolás és tökéletes keveredés ellenére is keletkezik CO magas hőmérsékleten: CO 2 CO + O A hőmérséklet emelkedésével az egyensúly a szén-monoxid képződés irányába tolódik el. Pl ºC-on a CO 2 1%-a, 1940 ºC-on 5 %-a disszociál. A belsőégésű motorok füstgázaiban a disszociációból származó CO termodinamikai szempontból vissza kellene alakulni szén-dioxiddá, mivel az atmoszférába távozó füstgáz hőmérséklete nem éri el a 100 ºC-ot. A visszaalakulás azonban a füstgáz gyors lehűlése miatt nem következik be, mivel a folyamat lassú és 650 ºC alatt a nagy aktivációs energia szükséglet miatt megáll.

14 A szén-monoxid távozása az atmoszférából Az atmoszférába bekerülő CO mennyiségét figyelembe véve éven belül meg duplázódna A troposzféra CO koncentrációja közel állandó =>hatásos természetes kivonó folyamat(ok) A hidroxil gyökök >40%-a CO oxidációjában vesz részt: CO + OH → CO 2 + H

15 A szén-monoxid távozása az atmoszférából Feltétel: Talajlakó mikroszkopikus méretű gombák enzimjeik segítségével a CO → CO 2 történő oxidációjakor felszabaduló energiát hasznosítják A különböző talajok CO megkötő kapacitása 0 – 100 mg CO / (óra m 2 ) Az átalakítás sebessége nagyban függ a talaj szerves anyag tartalmától. Napsütés CO + OH = CO 2 + H

16 Az atmoszféra CO tartalmának eltávolítási sebessége talajtípus függvénye I. ~ 0 mg CO/m 2 óra ~ 100mg CO/m 2 óra

17 Az atmoszféra CO tartalmának eltávolítási sebessége talajtípus függvénye II. Jelentős CO felvétel Csökkenő CO felvétel A talajok jelentős CO eltávolítási képessége azonban éppen ott nem tud érvényesülni, ahol a legnagyobb szükség lenne rá, mivel az ipari, városi területek talajszennyezettsége és fedettsége meggátolja ennek a természetes kivonási reakciónak a megvalósulását.

18 Szén-monoxid hatása a növényekre Több héten keresztül 100 ppm szén-monoxid koncentrációjú levegőnek kitett növényeknél nem észleltek károsodást. Kifejezett levélkárosodás: kb ppm A városi levegő: ppm → az atmoszférikus CO szennyezés nincs különösebb hatással a növényzetre.

19 Szén-monoxid hatása az emberre Egészség károsító hatás: CO az oxigén felvételt gátolja Hemoglobin: O 2 és a CO 2 szállítása. CO 2 Hb a tüdőben, oxigénben dús környezetben cserélődik oxigénre, míg O 2 Hb a szén-dioxidban dúsabb testszövetekben cserélődik szén-dioxidra.

20 Szén-monoxid hatása az emberre CO → kb. 250 x erősebben kötődik a hemoglobinhoz Oxigén ellátási problémák A vér egyensúlyi százalékban kifejezett karboxihemoglobin tartalma (COHb%) 100 ppm alatt az alábbi összefüggéssel számítható ki: COHb % = 0,16∙( ppm CO a levegőben ) A 0.5 (COHb%) az emberi vér háttér értéke, valamilyen biológia folyamat eredményeként.

21 Szén-monoxid hatása az emberre Vér káros COHb tartalma függ a belélegzett levegő CO koncentrációjától, a légzés sebességétől és az adott koncentrációjú térben eltöltött időtől A megnövekedett COHb tartalomhoz bizonyos mértékben hozzá lehet szokni, pl. a dohányosok vére, munkában lévő taxivezetők COHb% értéke elérhet a 5-6-os értéket is.

22 Beltéri légszennyeződés Forrása valamilyen égési folyamat Jól működő gáztüzelésű berendezéseknél a lakás CO tartalma általában nem haladja meg az 1-2 ppm értéket. Füstgázok kéményből történő visszaáramlásakor: a.) eltömődött kémény (madárfészek, beomlás, korom lerakódás) b.) hibás tervezésű kémény, a szél visszanyomja a füstgázokat c.) egy kéménybe több tüzelőberendezést kötnek d.) a lakásban nyomáscsökkenés következik be (nagyteljesítményű elszívást megvalósító konyhai légelszívó, központi porszívó, üzemelő kandalló)

23 Beltéri légszennyeződés Füstgázok közvetlenül a lakótérbe kerülnek: a.) Gázkészülékek időszakos karbantartásának elmulasztása (A hőcserélő bordái között lerakódott égéstermékek elzárják a füstgáz útját, a füstgáznak csak egy része jut el a kéménybe a többi a lakótérbe áramlik.) b.) Vegyes tüzelésű kazánoknál, cserépkályhánál a levegő útját olyankor zárjuk el, amikor még jelentős mennyiségű el nem égett izzó szén található a tűztérben (robbanás veszély is!) c.) Szobai grillezés faszénen (életveszély !) d.) Részleges kapcsolat a füstgáz forrása és a kémény között (füstcső meghibásodása vagy hiánya) e.) Családi házzal összeépült garázs d.) Lakástűz

24 Szén-monoxid emisszió csökkentésének lehetőségei Antropogén főként közlekedésből ered Megoldások: Tüzelőanyag levegővel való tökéletes elegyítése → magas technikai színvonalú, már nem javítható Füstgázok lassú lehűtése → gépkocsinál nem megoldható Gyors oxidálása szén-dioxiddá: a füstgáz útjában elhelyezett katalizátorral (A katalizátor a más légszennyező anyagok (NO, CH-ek) koncentrációit is csökkenti) Energiatermelés, tüzelőberendezések működtetése: Bár az összes CO kibocsátás tekintetében nem játszanak kiemelkedő szerepet, mégis rendeletekkel szabályozzuk a füstgázban megengedhető szén-monoxid koncentrációt. Az előírt határérték az alkalmazott tüzelőanyag függvénye. Különböző tüzelőanyagokkal üzemeltett tüzelőberendezések füstgázaiban megengedett kibocsátási koncentrációk [mg/Nm 3 ] 140 kW-50 MW között 23/2001 KöM Szennyezőanyag Szilárd tüzelőanyag Folyékony tüzelőanyag Gáz tüzelőanyag Szén-monoxid

25 Szén-monoxid emisszió csökkentésének lehetőségei Tüzelőberendezéseknél a szén-monoxid emisszió függ: tüzelőanyag szemcseméretétől (nagyobb szemcseméretnél növekszik a CO emisszió lehetősége) tüzelőanyag szerkezetétől (levegős, laza szerkezet esetén a tüzelőanyag belsejében gyorsan kialakul az oxigénhiányos állapot) tüzelőanyag és a levegő elegyítésének mértékétől (minél jobb az elegyítés annál kisebb a valószínűsége a helyi oxigénhiányos térfogatoknak) légfelesleg-tényezőtől (oxigénhiány alakul ki, vagy gyorsan hűl a füstgáz) tartózkodási időtől (hosszabb tartózkodási idő nagy lánghőmérsékleten csökkenti, rövid tartózkodási idő gyors hőmérséklet csökkenéssel növeli a füstgáz CO tartalmát) Fosszilis tüzelőanyaggal üzemelő kazánok esetén az előbb felsorolt paraméterek beállításával minimalizálják a CO emissziót.

26 Szén-monoxid emisszió csökkentésének lehetőségei: kazánok Jelentős CO és C x H y tartalom esetén (pl. lazaszerkezetű biomassza tüzelés) termikus utóégetőt lehet használni. Ebben az egységben a forró füstgáz éghető anyagtartalmát szükség szerint pótlevegővel elegyítve egy segéd égő lángjával égetjük el. Termikus utóégető A kezelendő CO tartalmú füstgáz előmelegítése után a füstgázt egy segédégő lángján vezetik keresztül, ahol a szén- monoxid oxidálódik. Az oxidáció lassúsága miatt a CO eltávolító utóégetőknél minimálisan 2 sec tartózkodási időt kell biztosítani legalább 850 ºC-on. Katalitikus utóégetők bár lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten ºC-on működnek, de a katalizátor elszennyeződésének (korom) és mérgeződésének (nehézfémek beépülése széntüzelésnél) lehetősége miatt általában ezen a területen nem használják.

27 Szén-monoxid emisszió csökkentésének lehetőségei: közlekedés A közlekedés CO emissziójának csökkentési lehetőségeivel egy későbbi előadás alkalmával részletesen foglalkozunk.


Letölteni ppt "SZÉN-MONOXID Szerzők: Dr. Bajnóczy Gábor Kiss Bernadett."

Hasonló előadás


Google Hirdetések