Légszennyezőanyag kibocsátás Primerenergia fajták, tüzelőanyagok égetése, szennyezőanyagok keletkezése, leválasztása

Primer energiahordozók (energiaforrások) megújuló energiaforrások: vízenergia, geotermikus energia, (gejzírek, hévizes források, földhő), napenergia, szélenergia, biomassza (mezőgazdasági, kommunális stb. hulladék, energianövény) ásványi tüzelőanyagok: szilárd tüzelőanyagok (feketeszén, barnaszén, lignit, tőzeg), kőolaj, földgáz nukleáris energiaforrások (magenergia): hasadóanyagok (urán, tórium) fúzió alapanyagai (deutérium, lítium) égetés nem égetés

Világ energiahordozó felhasználása tüzeléssel: 91,6% tüzelés nélkül: 8,4%

Hőtermelés égéssel Égés: hőfejlődéssel járó oxidáció, pl.: Metán égése Oktán: C8H18 + 12,5 O2  8 CO2 + 9 H2O 114 g + 12,5*32 g 8*44g+9*18 g Kén: S + O2  SO2 32 g+32 g 64 g +2 +2 CH4 O2 CO2 H2O 16 g + 2 * 32 g 44 g + 2 * 18 g +

Tüzelőanyagok komponensei égéstermék fűtőérték, MJ/kg megjegyzés fő- egyéb C (szén) CO2 CO 33,8 H (hidrogén) H2O --- 121,5 S (kén) SO2 SO3 10,9 N (nitrogén) NO NO2, N2O kevés lesz oxid O (oxigén) -15,2 leköti a hidrogént hamu pernye salak változó arányban nedvesség -2,5 elpárolog

Égésből keletkező szennyezők Karbon – széndioxid: nem mérgező, hosszúéletű, szelektív sugárzás elnyelés, globális (üvegház) hatás szénmonoxid: jó tüzelésben alig lesz, mérgező Hidrogén – vízgőz: nem mérgező, rövid légköri életű, nem szennyező Kén – kéndioxid (kéntrioxid): savas, maró hatás, légkörben szulfáttá alakul – kontinentális hatás Nitrogén – nitrogénoxidok (NO, NO2): savas, eü. hatás, légkörben nitráttá alakul – kontinentális hatás hamutartalom – pernye: kirakódik, eü. hatás – salak: tűztérben marad

Légszennyezők keletkezése Legtöbbször (tipikus folyamat): a szennyezőanyag kiinduló anyaga a tüzelőanyagban található (pl. kén), aránya: A, [-] a kémiai reakcióban résztvevő hányad: c2, [-] a szennyezőanyag kémiai reakcióval keletkezik, (pl. kén égése), a reakció tömegaránya: c1, [-] tüzelőanyag fűtőértéke: Htü Fajlagos keletkezési tényező:

Számpélda Barnaszén  kéndioxid Karbon  széndioxid S + O2 → SO2 32g + 32g → 64 g Barnaszén  kéndioxid C + O2 → CO2 12g + 32g → 44 g Karbon  széndioxid

Légszennyezők leválasztása Szennyezőanyag jelenlegi legfőbb leválasztási eljárások leválasztás terjedése kezdete teljes pernye elektrosztatikus, zsákos szűrő XX. sz. eleje 1970-es kénoxidok nedves: meszes, mészköves, száraz: fluidágyas tüzelés 2000-s nitrogénoxidok tüzeléstechnikai (primer), SCR leválasztó (szekunder) 1990-es ?? széndioxid CCS: tüzelés előtti, tüzelés utáni, oxi-fuel 2020-as (?)

Pernye Keletkezés széntüzelésnél: hamutartalomból, 10...40%, talaj-, kőzet-alkotó anyagok, zárványok. Leggyakoribb összetétel: SiO2 30-50% Al vegyületek 15-30% Fe vegyületek 2-30% Ca vegyületek 1,5-15% olajtüzelésnél: szűrés utáni ásványi maradék, olajfinomítóban belekerülő fémek (lepárlási maradék) <<1%, sok fémoxid, nehézfém, apró szemcsék Bázicitási szám a bázikus komponensek aránya: K+Na+Ca+Mg vegyületek összes hamu Kénmegkötési hajlamot jellemzi

Szemcseméret eloszlás, szitamaradék görbe mennyiség A C B E D F G H A+B+C+D+E+F+G A+B+C+D+E+F A+B+C+D A+B+C+D+E A+B+C A+B A 0,05-0,1 0,15-0,2 0,25-0,3 >0,035 <0,05 0,1-0,15 0,2-0,25 0,3-0,35 0,1 0,2 0,3 0,05 0,15 0,25 0,35 Differenciális eloszlás Normálva az összesre (A+B+C+D+E+F+G+H) Integrális eloszlás

Frakció és összes leválasztási fok

Természetes leválasztódás Rostély tüzelés Szénportüzelés t=0.15-0.2 Salakolvasztó tüzelés t  0.9

Elektrosztatikus pernyeleválasztó szóróelektróda alakok:

Elektrosztatikus pernyeleválasztó pernye oldalirányú vándorlási sebessége: (gyűjtőelektróda felé)

Zsákos szűrő Szakaszos üzem Üzem közbeni tisztítás

Tüzelőanyagok kéntartalmának összetétele és égése kénoxidok a füstgázban szerves kén kén szulfát szervetlen kén hamuban kötött kén pirit

Kén-trioxid képződés aránya

Száraz kénleválaszt(ód)ás Természetes leválasztódás: víz befecskendezés leválasztás javítása: LIFAC eljárás (félszáraz) mészkőpor befúvás Száraz leválasztás: (alacsony leválasztási fok)

Száraz kéntelenítés (CFBC) Cirkulációs fluid tüzelés

Nedves mészköves kéntelenítés Utómelegítés Víz Tisztított füstgáz Tisztítandó füstgáz Mészkő szuszpenzió mosótorony CaCO3 + H2SO3  CaSO3 + H2O + CO2 előmosó SO2 + H2O  H2SO3 Levegő Utómelegítés lehet: gáztüzelés csapolt gőzzel füstgáz hőjével Gipsz pép oxidálás CaSO3 + ½ O2  CaSO4

Nitrogénoxidok keletkezése elsődlegesen mindig NO (nitrogén-monoxid) oxidáló környezetben részlegesen NO2-vé alakul redukáló környezetben részlegesen N2O-vé alakul három képződési forma: termikus NO tüzelőanyag NO prompt NO

Termikus NOx képződés termikus NO: levegő N tartalmából Első lépés: O2 disszociáció Feltételek: magas hőmérséklet elegendő oxigén hosszú tartózkodási idő Disszociáció fok: O2 ↔ 2O O+N2 ↔ NO+N N+O2 ↔ NO+O N+N ↔ N2

Tüzelőanyag NOx képződés tüzelőanyag NO: tüzelőanyag N tartalmából CnHm-N + O2  H2O+CO2+N N+O2 ↔ NO+O N+N ↔ N2

Prompt NOx képződés prompt NO: levegő N tartalmából Gyors felmelegedés + lokális oxigén hiány  szénhidrogén lánc szétszakadása Pl.: H – C – C – C – C – C – H H – C – C – – C – C – C – H H H H H H H H H H H I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I H H H H H H H H H H mint a tüzelőanyag NO H H I I H – C – C – N2 H H H H I I H – C – C – N N H H mint a termikus NO

Nitrogénoxid csökkentés Tüzeléstechnikai beavatkozások füstgáz recirkuláció (hőmérséklet és O2 csökkentés) többfokozatú tüzelés (hőmérséklet és O2 csökkentés) NOx szegény égők (hőmérséklet és O2 csökkentés) redukáló zóna kialakítása (lokális O2 hiány) égési levegő hőmérsékletének csökkentése (hőmérséklet csökkentés) Hatása: 35…75% csökkenés a hagyományos megoldásokhoz képest

Nitrogénoxid leválasztás SCR – Selective Catalytic Reduction általában vanádium-pentoxid katalizátor TiO2 vázon élettartama 3-8 év a tüzelőanyagtól függően

NH3 befecskendezés SCR berendezés Katalizátor elemek:

Széndioxid leválasztás tüzelés előtti leválasztás: szénelgázosítás utáni széndioxid leválasztás, gázturbinában tiszta hidrogén tüzelés tüzelés utáni leválasztás: hagyományos tüzelés után abszorpciós leválasztás, majd deszorpció oxi-fuel tüzelés: tiszta oxigénben égetés után a széndioxid + vízgőz égéstermékből a vízgőz kikondenzálása

Széndioxid kivonás a füstgázból (post-combustion CO2 capture) Levegő Szén G Atmoszferikus égéstermék (1000 m3/s) Égéstermék Gőz CO2 Gőzturbina Kazán Füstgáz-tisztítás CO2 befogás További lépések G: Generátor Szükséges fejlesztések: Mosószerek/anyagok viselkedésüknek és környezetükre gyakorolt hatásuknak vizsgálata szén specifikus feltételek mellett. Folyamattesztelés kísérleti és demonstrációs léptékben. reagens: etanol-amin oldat költség: 50…60 USD/t CO2 utólag beépíthető megoldás Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005

Széndioxid kivonás elgázosítással (pre-combustion CO2 capture) Füstgáz CO2 Gáz-turbina Elgázosító Füstgáz-tisztítás CO2 befogás További/változtatott lépések Szükséges fejlesztések: H2-ben gazdag tüzelőanyagú gázturbina, további egységek integrálása A teljes IGCC technológia műszaki/gazdasági optimalizálása CO shift Nagynyomású füstgáz (10m3/s) A technológia hozzáférhető ipari méretekben, a H2 hasznosító gázturbina kivételével. Az IGCC-k elterjedésének egyelőre gátat szab azok magas költsége. Gőz-turbina HK O2 LSZ N2 G: Generátor LSZ: Levegő szeparátor HK: Hőhasznosító kazán Levegő CO shift: (H2O)gőz + CO = CO2 + H2 Reducing Greenhouse Gas Emission. The Potential of Coal. IEA - CIAB, 2005

Oxi-fuel eljárás tüzelés oxigénnel: égéstermék: H2O + CO2 Levegő G CO2 O2 CO2/H2O Gőz-turbina LSZ Füstgáz-tisztítás Kondenzáció További/változtatott lépések G: Generátor LSZ: Levegő szeparátor Szükséges fejlesztések és vizsgálatok: Kazántervezés az égéstermék recirkulációjával és O2/CO2 égetésével Égéstermék tisztítása, kondenzáció és vízkezelés A folyamat elemeinek összehangolása Kazán H2O, SO2 Szén Jelenleg Oxy-fuel folyamat csak elméleti modellként létezik, laboratóriumi méretekben. Megvalósíthatóságát most kell demonstrálni. tüzelés oxigénnel: égéstermék: H2O + CO2 égéstermék recirkuláció kell vízgőz kondenzálás egyszerű levegő szétválasztás energiaigénye nagy

Tárolási geológiai formációkban kimerült olaj és gázmezők olaj és gáztermelés intenzifikálása mély víz- és sórétegekben metán kitermelés szénrétegekből

Óceáni elhelyezés