Levegővédelem (NGB KM012 1) Gázhalmazállapotú légszennyezők leválasztása 2011-2012-es tanév I. félév Előadó: Lautner Péter

Gázhalmazállapotú légszennyező anyagok leválasztó eljárásai és berendezései Nedves eljárások Abszorpciós eljárások Biológiai eljárások Száraz eljárások Adszorpciós eljárások Égetéses eljárások Nyílt lángú égetés Utóégetés Katalitikus égetés

A gáz halmazállapotú anyagok emissziójának megakadályozása/csökkentése két úton történhet. A légszennyező technológia oly módon történő módosításával, hogy az emisszió megszűnik, vagy a megengedett normák alá csökken. Légtechnikailag zárt szerkezetben végbemenő folyamatoknál a keletkező légszennyező anyagokat leválasztó berendezésen/eljáráson átvezetve a kibocsátás mértéke a megengedett normák alá csökken.

A levegőtisztaság-védelmi előírások meghatározzák a kibocsátott véggázban megengedett légszennyező anyag koncentrációt (esetlegesen tömegáramot), és előírják a szükséges tisztítási hatásfokot. A megfelelő tisztító berendezés kiválasztásához ismerni kell a gáz áramlási sebességét, hőmérsékletét, összetételét és a szennyezőanyag koncentrációt, a leválasztandó anyag fizikai és kémiai tulajdonságait. A leválasztás megtervezésekor fontos szempont a leválasztott komponens további kezelése. átalakítás ártalmatlan anyaggá visszanyerés hasznosítható formában a keletkezett anyag kezelése/lerakása

Nedves eljárások előnyei / hátrányai A nedves eljárások előnyei: Azonos szerkezeti kivitel mellett többféle igényhez lehet alkalmazni Az abszorbensek hatékonysága fizikai és kémiai módszerekkel fokozható, az aktivitás szintje folyamatosan fenntartható Az eljárás alkalmazhatósága független a hordozó közeg (levegő, gáz, füstgáz ) vízgőz tartalmától A nedves eljárások hátrányai: Magasabb hőmérsékletű hordozó közeg esetén fellép az abszorbens párolgása A nedvesség állandó jelenléte korróziós problémákat okozhat Kezeléstechnikai problémák jelentkezhetnek

Nedves eljárások leválasztási irányzatok Gyártói irányzatok: Felületbázisú légtisztítók a tisztító térbe a folyadék bevezetés öntözéssel vagy porlasztással történik terelő csatornák vagy nagy fajlagos felületű töltetek alkalmazásával, a tisztítandó gáz és az abszorbens érintkezési felületének növelése céljából. Energia bázisú légtisztítók viszonylag kisebb térben és felületen történik a tisztítandó gáz és az abszorbens érintkezése, nagy energia tartalom mellett az abszorpció intenzitásának fokozása céljából

Nedves eljárások leválasztási irányzatok A gázok folyadékokban való oldékonysága függ a: a folyadék és a gáz anyagi sajátosságait kifejező fajlagos abszorpciótól a gáz parciális nyomásától (növekvő nyomás>növekvő oldékonyság) a hőmérséklettől (csökkenő hőmérséklet>növekvő oldékonyság). A gázok a megfelelően megválasztott folyadékokban nem csak fizikai abszorpcióra, hanem kémiai reakcióba is léphetnek, amivel többszörösére emelhető a tisztítás hatékonysága.

Nedves eljárások Az abszorbensel szemben támasztott követelmények Ne legyen illékony és gyúlékony, legyen olcsó, alacsony viszkozitású és szagtalan. Alkalmas abszorbens lehet: Semlegesítő vegyi anyagok oldatai Szerves oldószerek, olajok Víz, vizes oldatok A tisztító berendezés kapacitása az egységnyi idő alatt a berendezésen átvezetett gáz mennyiségével, térfogatával jellemezhető. Az áramlási sebesség növelésénak akadályai: Csökken a tartózkodási idő Nő a nyomásveszteség (magasabb energiaigény) Megnövekszik a cseppkihordás

Nedves eljárások Abszorpciós tornyok felosztása

Nedves eljárások Töltet nélküli ellenáramú mosótorony A leggyakoribb és legegyszerűbb abszorber csoport. Megkülönböztetünk üres és töltött oszlopokat. Az üres torony kisebb nyomásesése alacsonyabb energiafelhasználást eredményez,de kisebb a leválasztási hatásfok mint a töltetes oszlopnál.

Nedves eljárások Töltet nélküli ellenáramú mosótorony porlasztóval Porlasztó típusok:

Nedves eljárások Töltött oszlopok Töltet típusok: A tornyok szükség szerint bélelhetők, vagy sav illetve lúgálló anyagból készülhetnek a leválasztandó anyagok illetve a mosófolyadék tulajdonságai szerint. A töltetek változatos formájúak (golyó, nyereg, Rasching gyűrű,..) és eltérő anyagúak (kerámia, saválló acél, szén…) lehetnek A töltetek elhelyezése lehet rendezett illetve rendezetlen. A gázáramlás sebességének meghatározása a töltött oszlopoknál fokozott figyelmet igényel mert túl nagy áramlás elárasztáshoz vezet, és a mosó nem üzemel.

Nedves eljárások Töltött oszlopok Töltet tartó és folyadék elosztó tálcák: A mosófolyadéknak a töltetágy teljes keresztmetszetében és magasságában való egyenletes elosztás érdekében folyadékelosztó és töltettartó rácsokat alkalmaznak. A töltetek a mosófolyadék jelentős részét hajlamosak a mosó falához vezetni ezért minden töltetszakasznál a tálcákat be kell építeni.

Nedves eljárások A buborék- és habkolonnák azonos eleven működnek, ezekben a berendezésekben a gázt áramoltatjuk keresztül a folyadékon. Az egyenletes buborékoltatás érdekében valamilyen gázelosztót alkalmazhatunk, ezek tartják a folyadékot s megfelelő nyomáskülönbséggel bevezethető a gáz. A buborékkolonnában a gáz áramlási sebességétől, a folyadék viszkozitásától és a felületi feszültségtől függően kisebb-nagyobb méretű egyedi buborékok alakulhatnak ki, amelyek összeolvadhatnak és széteshetnek. Ez az áramlási kép akkor jellemző, ha a gáz lineáris áramlási sebessége a 0,5 m/s értéket nem haladja meg.

Nedves eljárások Ha a gáz sebessége ennél nagyobb, akkor dinamikus hab jöhet létre; ilyen viszonyok között működik a habkolonna. A gázsebesség további növelésével a folyadék teljes egészében habbá alakulhat át. 4,5 m/s fölötti gázsebesség esetén a gáz cseppek formájában magával ragadja a folyadékot és kihordja a berendezésből. A habkolonnákban a folyadék tartózkodási ideje igen nagy is lehet, ezért lassú folyamatok lejátszatására is alkalmasak.

Nedves eljárások Az ellenáramú berendezésnél általában több folyadék-tartólemezt alkalmazunk, és a perforációk biztosítják a folyadék lecsepegését. A keresztáramú buborékoszlopnál a folyadék az egyes tányérokról túlfolyókon át távozik; alkalmazásuk akkor előnyös, ha nagy gázmennyiséget kevés mosófolyadékkal kívánunk tisztítani. Az elárasztásos kolonnáknál az egész rendszer összefüggő habréteget képez, a habmagasságot (és így a folyadékelvezetést is) túlfolyóval szabályozhatjuk.

Nedves eljárások Tányéros oszlopok Szitatányéros és buboréksapkás

Nedves eljárások Habkolonnák.

Nedves eljárások Turbulens áramlású töltetes gázmosó

Nedves eljárások Lebegtető ágyas gázmosó A lényeg a könnyű (pl: polietilén) golyókból álló ágy, amit a gázáramlás lebegésben tart. A mozgó golyók intenzív érintkezést biztosítanak a gáz és a folyadék között, a golyók mozgása egyúttal megakadályozza a tömődést is.

Nedves eljárások BHS mosó A szennyezett gázt először a nyomáskiegyenlítő térbe vezetik, ahol kis méretű Ventúri cső van elhelyezve úgy, hogy az azokon keresztüláramló szennyezett gáz a torokrészbe folyadékot szív fel. A kitáguló térben a cseppek és a gáz veszít sebességéből és a cseppek visszahullnak az abszorpciós folyadékba. A tisztított gáz egy cseppleválasztón keresztül távozik a készülékből.

Nedves eljárások Pease-Antoni típusú Ventúri mosó Az egyik legelterjedtebb típus. A radiálisan elhelyezett torkolati csöveken vezetik be a folyadékot elérve, hogy az axiális sebesség zéró. Az a) ábra kis szögeltéréssel illetve a b) ábra egymással szemben párhuzamos vonal mentén történő folyadék bevezetést szemléltet.

Nedves eljárások Körting típusú Ventúri mosó Az ábrán látható Ventúri-mosó lényege a fúvókával (porlasztóval) történő abszorbens bevezetés amelyhez nagynyomású levegőt használnak.

Nedves eljárások Inatra típusú Ventúri mosó Az ábrán látható Ventúri-mosó elsődlegesen forró gázok hűtésére, illetve nedvesítésére használatos..

Nedves eljárások Wagner-Bíró típusú Ventúri leválasztó A Ventúri mosók azon hibáját, hogy nagy mennyiségű gáz teljes keresztmetszetében nehezen érhető el a tisztítás az ábrán látható leválasztó készülék kiküszöböli. A megoldást a sok kis átmérőjű torok kialakítása jelentette. Így a folyadék eloszlása is egyenletesebb..

Nedves eljárások Permetkamra Könnyen abszorbeálódó gázok esetén alkalmazzák permetkamrát, amelyben a tisztítandó gázt érintőlegesen vezetik be. A permetkamra előnye az egyenáramú és ellenáramú működtetés lehetőségén túl a rendszer dugulás mentessége. Hátránya a töltött és tányéros oszlopokhoz képest alacsony hatásfok.

Nedves eljárások Csepp leválasztók Áramlási rácselem. A nedves gáztisztítás során magas a gázokkal távozó folyadékrészecskék, cseppek aránya. Ezért a nedves leválasztást rendszeresen cseppleválasztók beépítése követi. A rácselem ütköztetéssel választja le a cseppeket. A perdítőelemes leválasztó a centrifugális erőt használja ki. A legegyszerűbb megoldás a rostágyas „szűrés”, valójában a szűrőhálón ütköztetéses leválasztás történik. Áramlási rácselem. Perdítőelemes centrifugális cseppleválasztó Rostágyas cseppleválasztó

Biológiai légtisztítás Megkülönböztetünk biológiai mosókat (nedves eljárás) és biológiai szűrőket („száraz”eljárás) A biológiai mosóknál a mosófolyadék regenerációja a mikroorganizmusok biológiai lebontó tevékenysége és biológiai szűrőbetétek alkalmazásával történik. A biológiai szűrőknél a szennyezett levegőt biológiailag aktív anyagon (komposzt, tőzeg, csarab..) áramoltatják át és adszorbeálják A lebontást mikroorganizmusok végzik. Működési feltételek: Szűrőágy állandó nedvesítése Optimális hőmérséklet tartása (25-30 °C) Biológiailag lebontható légszennyező (pl.: bűz anyagok) Toxikus anyagok kizárása

Száraz eljárások A száraz légtisztítási három fő csoportja: Adszorpciós eljárások Elégetéses eljárások Kondenzációs eljárások Elsősorban az elégetéses eljárások terjedtek el, ezt követik az adszorpciós módszerek és a kondenzációs valamely nagyobb hatásfokú technológia kiegészítő lépéseként jelenik meg.

Száraz eljárások Adszorpciós eljárások Gázok szilárd felületen való megkötését adszorpciónak nevezzük. Az adszorpció lehet kémiai és fizikai erők eredménye. A folyamat lehet reverzibilis (megfordítható), ez elsősorban a fizikai erők hatására létrejött adszorpció, és lehet nem reverzibilis ez elsősorban a kémiai kötéssel létrejött adszorpció. A szilárd anyagot amin a gáz megkötődik adszorbensnek nevezzük. Kiválasztásánál alapelv, hogy apoláris molekulát apoláris adszorbenssel, poláris molekulát poláris adszorbenssel tudunk megkötni. Adszorbensként használatos anyagok: aktív szén, szilikagél, polimer gélek, szilikátok, alumínium-oxid, zeolitok, …

Száraz eljárások Adszorpciós eljárások A nyugvó ágyas recirkulációs eljárás a hűtéstechnikában terjedt el. A nyugvó ágyas regenerálható adszorbereket magas koncentrációk megkötésére használják A nyugvó ágyas nem regenerálható adszorberek alacsony koncentrációk teljes megkötésére használják. Nagyobb koncentrációk esetén regenerálható adszorber egységet használnak ahol felváltva két vagy több adszorber üzemel és közben egy egységet regenerálnak.

Száraz eljárások Nyugvó ágyas adszorpciós berendezések Fix ágyas adszorberek Fél folyamatos adszorber

Száraz eljárások Adszorpciós eljárások hatásosságát befolyásoló tényezők Az adszorbens ágy mérete Az ágyazat töltése Az adszorbens felülete Az adszorbens minősége (anyagi tulajdonságai) A tisztítandó gázáram sebessége Az eltávolítandó szennyező gáz koncentrációja A gázáramban jelenlevő zavaró komponensek A rendszer hőmérséklete és nyomása Az exotermikus adszorpciós folyama során keletkezett hő elvezetése

Száraz eljárások Elégetéses eljárások: Az ipari eljárások során kibocsátott legtöbb szerves gáz és gőz, valamint könnyen oxidálható szervetlen gázössztevő alkalmas arra, hogy különféle tüzelési eljárás útján mennyiségük minimális értékre csökkenthető, esetleg megszüntethető legyen. Az elégetéses módszer három alaptípusa: Nyílt lánggal történő égetés Közvetlen elégetés utóégetőben magas hőmérsékleten Katalitikus égetés viszonylag kis hőmérsékleten .

Száraz eljárások Elégetéses eljárások: Bármely termikus égetési rendszert döntően négy paraméter határoz meg A gázok hőmérséklete Az oxigén mennyisége A szennyező anyagok tartózkodási ideje az oxidációs hőmérsékleten A turbulencia, amely biztosítja az érintkezést a szennyezőanyagok és a láng között A klór-, fluor- és kéntartalmú anyagok égetése során HCl, HF, SO2 keletkezik. Ezek a gázok vízgőz jelenlétében agresszív savakat alkotnak. Amennyiben ezek az anyagok jelentős mennyiségben vannak, a gázban akkor az utóégető után más leválasztó rendszert (abszorber, adszorber,..) is üzemeltetni kell.

Száraz eljárások Elégetéses eljárások: Nyílt lánggal történő elégetés Kőolaj finomítók és vegyi üzemek alkalmazzák. Csak könnyen éghető, illékony gázok esetén alkalmazható. A legkevésbé jó módszer. Rövid az égési idő a tökéletes oxidációhoz. Nem teljesíti a környezetvédelmi előírásokat. A lángba gyakran kevernek gőzt vagy inert gázokat a turbulencia létrehozása érdekében. A vízgőz a fáklya koromképződését is csökkenti: C+H2O=CO+H2 Elvi kialakítás

Száraz eljárások Elégetéses eljárások: Nyílt lánggal történő elégetés A fáklyák két fő típusa a magas fáklya (50-100m) és az alacsony fáklya. A magas fáklya előnyei, hogy biztonsági és környezetvédelmi okokból jobb a magas elhelyezés. A láng kialvása utáni elpuffanás a magasban következik be, jobb a hígulás,. Hátrány a nagy zajhatás és magas gőzigény. Tényleges kéménytorok kiképzés

Száraz eljárások Elégetéses eljárások: Nyílt lánggal történő elégetés Az alacsony fáklyák néhány méter magas tűzálló anyagú kémények. Eltérő égőtípusokkal égetik el a tisztítandó gázt. Csak kisebb gázmennyiség elégetésére alkalmasak. Előnyük a gőz helyett alkalmazható víz porlasztás. Hátrányuk a talajközeli kibocsátás miatti gyenge hígulás. Bunsen fáklya

Száraz eljárások Közvetlen elégetés utánégető berendezésben A közvetlen elégetés rendszerint gáz vagy olajtüzelésű berendezésben történik, ahol a gázokat a gyulladási hőmérsékletre hevítve és levegővel (oxigénnel) összekeverve a megfelelő tartózkodási idő mellett tökéletesen elégnek. A berendezés magas energetikai költségei miatt a kialakítás rendszerint tartalmaz előmelegítő és hőhasznosító szakaszt is. Egy jól tervezett berendezés akár 90% -99% hatásfokkal is üzemeltethető.

Száraz eljárások Katalitikus égetés A katalitikus égetés lényege az alacsonyabb hőmérsékleten valamilyen katalizátor (Pt, Pt-Al2O3, fémoxidok,..) jelenlétében lezajló oxidáció. A hőigény termikus égetéssel szemben ~50%. A tisztítási hatásfok 99% Élettartam helyes üzemvitel esetén több év. Katalizátorral szembeni elvárások: Nagy fajlagos felület Katalizátor mérgekkel ( As, Pb, Hg, Zn, ..) szembeni ellenállás Könnyű regenerálhatóság

Száraz eljárások Katalitikus égetés A katalizátor hatékonysága fokozható azzal, ha felvisszük valamilyen nagy felületű szilárd természetes ( kovaföld, agyag,..) vagy szintetikus (szilikagél, kovasav,..) anyagra. A hordozó előnyei: Növeli a fajlagos felületet (drága katalizátor esetén igen előnyös) Növeli a katalizátor mérgekkel ( As, Pb, Hg, Zn, ..) szembeni ellenállás Fokozza a katalizátor stabilitását Ha a folyamatokra kedvezően hat akkor több féle katalizátor vegyesen is alkalmazható. Az is előfordulhat hogy két katalizátor nem erősíti, hanem gyengíti egymás hatását. Ha a katalitikus működés hőfoka nem megfelelő úgy előmelegítő égő alkalmazása is szükséges lehet. A keletkezett hőt célszerű hasznosítani.

Száraz eljárások Katalitikus égetés A katalitikus égető fő részei: Kontakt kemence Hőcserélő Ventilátor Támasztó (előmelegítő) égő Mérő és szabályozó műszerek

A gáznemű légszennyező anyagok leválasztó berendezéseinek összevetése: