Uciążliwość zapachowa/Metody dezodoryzacji gazów/Spalanie

Z Wikibooks, biblioteki wolnych podręczników.
Skocz do: nawigacja, szukaj

Spalanie[edytuj]

Płomień – strefa pirolizy i spalania, czyli utleniania z wydzieleniem ciepła i światła

W procesach dezodoryzacji gazów metodami spalania są stosowane techniki [1] [2] [3]:

– spalania termicznego – prowadzonego w wysokich temperaturach,zwykle 800–1200°C,
– spalania katalitycznego – prowadzonego zwykle w temperaturach 250–450°C.

Spalanie termiczne[edytuj]

Termiczne spalanie bezpośrednie jest stosowane wtedy, gdy stężenie zanieczyszczeń palnych jest dostatecznie wysokie – łączne ciepło spalania powinno wynosić co najmniej 2 tys. kJ/Nm³ (lepiej 4 tys. kJ/Nm³). Stężenia zanieczyszczeń gazów kierowanych do dezodoryzacji jest zwykle bardzo małe, a więc płomień musi być utrzymywany dzięki dodatkom innych paliw. Jest to racjonalne tylko w tych sytuacjach, gdy piece rusztowe lub palniki istnieją w zakładzie, jako:

– niezbędne źródła energii
– instalacje do niszczenia palnych odpadów stałych lub ciekłych.

W takich przypadkach zanieczyszczone powietrze może być wykorzystane jako źródło tlenu.

Temperatura termicznego spalania, zapewniająca usunięcie 99% zanieczyszczeń w czasie 2s
Zanieczyszczenie Temperatura, °C
Akrylonitryl 830
Czterochlorek węgla 750
Benzen 730
Chlorobenzen 710
1,2-Dichloroetan 770
Heksachloroetan 600
Pirydyna 770
Czterochloroetylen 850
Nitrobenzen 670

Produktami spalania zupełnego węglowodorów są dwutlenek węgla i woda:

CnHm + (n + ¼m) O2 → n CO2 + ½mH2O + energia,

na przykład:

C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O.

W przypadku spalania związków chemicznych zawierających heteroatomy powstają również inne trwałe produkty, np.:

H2S + O2 → S2 + H2O
CS2 + 4O2 → CO2 + 2SO3
4NO + 4NH3 + 3O2 → 4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 + 6O2 → 7N2 + 12H2O

Produktami spalania niezupełnego, zachodzącego np. przy niedomiarze tlenu, może być również tlenek węgla oraz np. tlenki azotu i siarki, chlorowodór, chlor, fluorowodór, nitronadtlenki (niszczące powłoki izolacyjne i szkodliwe dla roślin już przy stężeniach 0,005 ppm) lub silnie toksyczne dioksyny i fosgen (COCl2). Z tych względów bezpieczne spalanie wymaga stałej kontroli warunków procesu.

Przykładami ograniczania emisji zanieczyszczeń powietrza (wśród nich odorantów) metodą bezpośredniego spalania są instalacje działające w przemyśle petrochemicznym (tzw. „świeczki”) lub w zakładach utylizacyjnych przemysłu mięsnego (odpadowy tłuszcz zwierzęcy i mączka kostna są tu stosowane jako paliwo w termooksydatorach, w których spalane są też zanieczyszczenia emitowanych gazów)[4].

W przypadkach braku możliwości zastosowania tanich odpadowych paliw spalanie dezodoryzowanych gazów prowadzi się w palnikach przystosowanych do spalania gazów niskokalorycznych, np. palnikach typu Combustor lub Maxon (montowany z odpowiedniej liczby dostępnych na rynku modułów).

Koszty spalania odorantów, które występują w ilościach bardzo małych (często rzędu mg/m³), są mniejsze, jeżeli stosuje się wstępne zatężanie tych związków na powierzchniach sorbentów stałych. W instalacjach typu ADSOX stężenie odorantów w strumieniu gazów uwalnianych w czasie regeneracji adsorbentu, może być 10 tys. razy większe od stężenia w strumieniu przed adsorpcją.

Schemat instalacji typu ADSOX[1][2]
W doświadczalnej instalacji do oczyszczania strumienia 40 tys. m³/h gazów zawierających 20 mg/m³ VOC etap I (ADS), adsorpcja do chwili przebicia złoża sorbentu) trwał 280 h, a etap I (OX, regeneracja sorbentu i spalania zanieczyszczeń) – 4 h. Oszacowane zapotrzebowanie energii wynosiło 27 g propanu i 0,76 kWh energii elektrycznej na 1000 m³ oczyszczanego gazu.

W każdym przypadku stosowania termicznego spalania zanieczyszczeń gazów projektowanie instalacji nie ogranicza się do problemów konstrukcji palników, zapewniającej stabilność pracy. Minimalizowane są koszty eksploatacyjne, np. poprzez odzyskiwanie energii zawartej w gazach opuszczających komorę spalania do ogrzewania gazu wlotowego, bezpośrednio – w wymiennikach ciepła – lub pośrednio (regeneracja i rekuperatory).

Spalanie katalityczne[edytuj]

Temperatura głębokiego utleniania z użyciem katalizatora Pt (skuteczność 90%)[1]
Zanieczyszczenie Temperatura, °C
Benzen 400–450
Toluen 250–300
Etanol 250–300
Octan etylu 300–350
Dimetyloformamid 350–400
Pirydyna 400–450
Chlorobutan 450–500
Tiofen 400–450
Siarkowdór 400–450
Dwusiarczek węgla 400–450

Stosowanie katalizatorów (np. platyna, pallad, ruten, rod, tlenki metali przejściowych) umożliwia spalanie w dużo niższych temperaturach i przy mniejszych stężeniach. Możliwe jest spalanie gazów o cieple spalania 10–300 kJ/Nm³.

Katalizatory sporządza się osadzając na nośnikach substancje aktywne i modyfikatory. Substancjami aktywnymi są m.in.:

  • metale szlachetne (około 0,1% wag. Pt, Pd lub rzadko – Rh),
  • tlenki metali, np. Cu, Co, Mn, Cr, V, W, Zn, Ni, Fe (czyste lub na nośnikach),
  • tlenki typu perowskitów, np. LaMO3 (La – lantanowiec lub mieszanina lantanowców, np. La0,5Ni0,3Sm0,2MnO3).

Różne rodzaje modyfikatorów (promotory i inhibitory) zwiększają liczbę miejsc aktywnych na powierzchni katalizatorów, utrwalają ich strukturę lub zwiększają selektywność oddziaływania.

Najlepsze nośniki zapewniają maksymalne rozwinięcie powierzchni aktywnej przy minimalnych oporach przepływu gazu i dużej wytrzymałości mechanicznej i termicznej. Stosowane w poprzednich dziesięcioleciach nośniki nasypowe (pastylki, kulki, pierścienie, wstęgi) są zastępowane przez metaliczne lub ceramiczne „bloki monolityczne”. Zestawy modułów katalizatorów metalicznych są stosowane przy obciążeniach 15–25 tys. m³ gazu na 1 m³ katalizatora i godzinę, a zestawy katalizatorów tlenkowych przy obciążeniach 3–10 tys. m³/m³h[1][2][7][8].

Czy znasz odpowiedzi?[edytuj]

  • Do jakich produktów może prowadzić proces niezupełnego spalania związków zawierających heteroatomy?

  • Jaką wartość powinno mieć łączne ciepło spalania zanieczyszczeń gazów, aby było możliwe stosowanie bezpośredniego spalania termicznego?

  • W jakich temperaturach zachodzi spalanie termiczne?

  • W jakich temperaturach zachodzi spalanie katalityczne?

  • Co oznacza skrót ADSOX?

Przypisy


Powrót do spisu treści