Cheminiai valymo metodai ir dujiniai teršalai

Šiame straipsnyje apžvelgiami trys cheminiai valymo metodai, naudojami gryniems dujiniams teršalams valyti. Šie metodai yra: 1. Terminis deginimas 2. Katalizinis deginimas ir 3. Bio-oksidacija.

# 1 būdas. Terminis deginimas:

Iš trijų LOJ oksidacijos metodų terminis deginimas vyksta apie 650 ° C arba aukštesnėje temperatūroje, o kiti - žemesnėje temperatūroje. Deginimui, ty dviejų sudedamųjų dalių, būtent degių medžiagų ir deguonies deginimui.

Išmetamųjų dujų sraute esantys LOJ sudaro degiąją sudedamąją dalį ir deguonį iš oro tarnauja kaip kitą sudedamąją dalį. Pagrindiniai degimo proceso produktai yra CO 2, H2O. Taip pat susidaro tam tikras kiekis NO x ir SO x . Kai procesas yra neišsamus, tam tikri organiniai junginiai taip pat gali būti gaminio sraute.

Norint pasiekti visišką degimą, ty visišką lakiųjų organinių junginių oksidaciją (teršalus), reikia užtikrinti per didelio oro (deguonies) kiekį, kuris reikalingas stechiometriniu požiūriu, nes prieš sudedamąsias sudedamąsias dalis prieš deginimą ir jo metu. Kad procesas būtų savaime palaikomas, mišinys neturėtų būti pernelyg liesas ar per daug turtingas degiųjų komponentų atžvilgiu. Ribojančios kompozicijos vadinamos apatinėmis ir viršutinėmis sprogumo ribomis.

Tarp šių ribų degimas vyksta užsidegus, tačiau gali sprogti, jei procesas nebus tinkamai kontroliuojamas. Mišinio apatinės ir viršutinės sprogiosios ribinės vertės priklauso nuo mišinyje esančių degiųjų medžiagų rūšies. Tačiau reikia pasirūpinti, kad deguonies kiekis mišinyje niekada nebūtų mažesnis kaip 15%.

Degimo reakcijos laipsnis priklauso nuo temperatūros, buvimo laiko ir turbulencijos degimo zonoje. Mažesnis užbaigimo laipsnis reikštų neuždegtų organinių junginių (teršalų) buvimą apdorotame nuotekoje. Reakcijos greitis didėja didėjant temperatūrai. Todėl aukštesnėje temperatūroje buvimo laikas (degimo kameroje), reikalingas visiškam degimui, būtų trumpesnis.

Kitaip tariant, aukštesnėje temperatūroje mažesnė kamera atliktų darbą. Tačiau, norint išlaikyti aukštesnę temperatūrą, gali prireikti papildomo kuro, jei mišinyje esančios degios sudedamosios dalys neturi pakankamai šilumingumo. Mišinio kaloringumas priklauso nuo mišinyje esančių degių rūšių koncentracijos.

Projektuojant šilumos deginimo įrenginį galima susidurti su vienu iš šių trijų tipų situacijų:

I tipas:

Apdorojama dujos turėtų pakankamą šiluminę vertę, taigi nereikėtų papildomo kuro, tačiau reikia tiekti orą (deguonį). Tokia situacija reiškia, kad mišinio sudėtis viršija viršutinę sprogumo ribą.

II tipas:

Dujų nereikalaujama jokio papildomo kuro ar bet kokio oro, ty jo sudėtis būtų tarp apatinių ir viršutinių sprogumo ribų. Tokia dujos turėtų būti atsargiai tvarkomos, nes priešingu atveju liepsna gali atsitrenkti atgal, ty iš degimo kameros nukreipti atgal į jos šaltinį.

Tipas-Ill:

Dujos gali neturėti pakankamai didelio šilumingumo, kad degimo kameroje išlaikytų norimą temperatūrą. Tai reiškia, kad mišinio sudėtis būtų mažesnė už apatinę sprogumo ribą. Tokio dujų deginimui reikalingas pagalbinis kuras, kad būtų palaikomas degimo procesas.

I tipo dujų mišinio šiluminė vertė būtų palyginti didelė, todėl ji gali būti naudinga kaip kuras. Jis gali būti sudegintas katilo krosnyje arba proceso šildytuve arba tinkamai suprojektuotoje degimo kameroje, kurioje įrengta tinkamo oro kiekio tiekimo sistema. Pagrindinė I tipo dujų mišinio deginimui reikalinga įranga yra mažas NO x degiklis.

Tačiau, jei nėra galimybės panaudoti deginimo metu pagamintą šilumą, dujų mišinys gali būti deginamas, ty degimo procesas vyksta atviroje atmosferoje, kur atmosferos turbulencija suteikia deguonies degimui ir skatina maišymą. Įrenginys yra vadinamas blyksnio kaminu.

Tai kamino / dūmtraukio, kurio pagrindu dujos yra įdėtos. Dujos teka į viršų ir, kaip ji pasirodys, susiduria su piloto liepsna. Bandomoji liepsna palaikoma su mišriu degalų ir oro mišiniu. Jis naudojamas dujų mišinio uždegimui ir gautos liepsnos įtvirtinimui. Degimo produktai, įskaitant tuos, kurie susidaro dėl neužbaigto degimo, yra tiesiogiai išleidžiami į atmosferą.

Degimo produktai gali būti HC (angliavandeniliai), CO ir kai kurie stabilūs tarpiniai produktai, pvz., NO x, SO 2, HCI ir anglies dalelės, be CO 2 ir H20. Degimo efektyvumas gali būti pagerintas iš anksto sumaišant dujas deginti oru ir (arba) įpurškiant garą šalia liepsnos, kuri skatintų turbulenciją. Degimo metu susidariusi šiluma yra švaistoma.

Svarbiausias atrankos vietoje ir jo kamino aukščio įvertinimo veiksnys turėtų būti įrenginio eksploatuojančio personalo ir įrenginio, esančio aplink blyksnį, sauga nuo radioaktyvaus šilumos intensyvumo. Blykstė turėtų būti įrengta toje vietoje, kurioje yra pakankamai laisvos vietos, kad žmogus, esant reikalui, galėtų patekti į saugumą.

Apskaičiuojant degimo kamino aukštį, reikėtų atsižvelgti į didžiausią radioaktyviosios šilumos intensyvumą, kuriam gali būti taikoma technologinė įranga (ypač naftos žaliava ir naftos frakcijos sandėliavimo talpyklos). Sraigto skersmuo turi būti apskaičiuojamas pagal numatomą didžiausią dujų mišinio tūrinį srautą ir jo liepsnos greitį.

Kiti duomenys, reikalingi kamino aukščiai ir skersmeniui apskaičiuoti, yra aplinkos temperatūra, VOC mišinio vidutinis šilumingumas, jo vidutinė molekulinė masė, tankis ir liepsnos spinduliavimas bei vidutinis vėjo greitis kamino aukštyje.

4.16 paveiksle pavaizduotas schemos atspaudų dėmės vaizdas.

Čia reikėtų atkreipti dėmesį į tai, kad švyturiai gali būti naudojami tik didelio tūrio koncentruotoms dujų srautams.

II tipo dujų mišinys turėtų būti tvarkomas atsargiai, nes tai yra sprogūs mišiniai. Toks mišinys turėtų būti praskiedžiamas oru arba inertinėmis dujomis, kad mišinio sudėtis būtų mažesnė už žemesnę sprogumo ribą prieš deginimą. Praskiedus praskiestą mišinį, gali prireikti šiek tiek papildomo kuro.

Gali pasirodyti paradoksalu, kad degus mišinys praskiedžiamas ir tada sudeginamas naudojant papildomą kurą. Tačiau, atsižvelgiant į saugumą, tai tampa būtina. Jei praskiestas mišinys sudeginamas katilo krosnyje arba proceso šildytuve, papildomo kuro nereikia.

Jei planuojama deginti pirminį dujų mišinį, neišskiedžiant degimo krosnyje, reikia imtis šių atsargumo priemonių:

a) mišinio suspaudimui prieš šėrimą į deginimo krosnį turėtų būti naudojamas garų srove išmetamasis purkštuvas. Mechaniniai įtaisai neturėtų būti naudojami, nes trintis gali sukelti sprogimą.

b) Kad būtų išvengta liepsnos nukritimo iš deginimo įrenginio, reikia imtis toliau išvardytų priemonių.

i) Dujotiekyje (vedančiame į deginimo įrenginį) turėtų būti įrengti liepsnos slopintuvai, pvz., ekranai, perforuotos plokštės.

ii) Pasirinktas vamzdžio skersmuo turi būti toks, kad dujų greitis per vamzdį būtų didesnis nei teorinis liepsnos greitis.

iii) Dujų mišinys turi prasiskverbti pro sandarinimo indą.

Saugumo požiūriu III tipo dujų mišinių tvarkymas ir deginimas nekelia problemų. Norint, kad tokiame dujų mišinyje esantis degus (teršalas) būtų sunaikintas, jis turi būti įpurškiamas į degimo kamerą, kuriai naudojamas papildomas kuras ir kuri yra palaikoma reikiamoje temperatūroje. Deginimo įrenginyje turi būti palaikoma tinkama turbulencija ir deguonies koncentracija.

III tipo dujų mišinio deginimui naudojama deginimo krosnelė gali būti dėžutė arba cilindrinė kamera, kurios viename gale yra dujinis arba alyvinis degiklis. Dujų mišinys, kurį reikia sudeginti, įdedamas arti degiklio, kad jis lengvai susimaišytų su degimo produktais ir taip pasiektų reikiamą temperatūrą.

Turbulentiniai promotoriai gali būti naudojami siekiant greitai susimaišyti degimo produktams ir deginamoms dujoms. Kiekvieno esamo teršalo savaiminio užsidegimo temperatūra turėtų būti nustatyta pagal literatūrą. Deginimo krosnies darbo temperatūra turi būti bent kelis šimtus laipsnių aukštesnė už didžiausią esančių komponentų užsidegimo temperatūrą. Degimo kameros tūris (V) gali būti apytikriai apskaičiuotas naudojant santykį.

V = tx Q,

kur Q = degimo produktų tūrio srautas, esant darbinei temperatūrai, ir t = reikalingas buvimo laikas deginimo įrenginyje.

Maždaug 750 ° C temperatūroje reikalingas buvimo laikas gali būti maždaug 0, 01 sek. Maždaug 650 ° C, norint pasiekti tokį patį teršalų naikinimo laipsnį, turi būti padidintas buvimo laikas nuo 0, 01 s iki maždaug 0, 1 sek.

# 2 metodas. Katalizinis deginimas:

Katalizinis deginimas taip pat yra oksidacijos procesas, panašus į terminį deginimą. Tačiau procesas vyksta daug žemesnėje temperatūroje nei terminis deginimas. Todėl papildomas kuro poreikis yra mažesnis. Naudojami katalizatoriai yra kietos dalelės, arba kaip tokios, arba palaikomos kai kuriose inertinėse keraminėse medžiagose.

Reagentai ir produktai yra dujiniai, procesas vyksta pagal šiuos veiksmus:

1. Teršalų ir deguonies molekulių difuzija iš dujų fazės į katalizatoriaus paviršių, \ t

2. Reagentų molekulių adsorbcija ant katalizatoriaus paviršiaus, \ t

3. adsorbuotų molekulių reakcija,

4. Produkto molekulių desorbcija iš katalizatoriaus paviršiaus ir galiausiai,

5. Produkto molekulių difuzija į didžiausią dujų fazės dalį.

Paprastai naudojami dviejų tipų katalizatoriai:

i) taurusis metalas, pvz., platina, atskiras paladis arba kartu su nikelio lydiniu arba aliuminio oksidu arba keramika;

ii) Netaurieji metalai arba metalų oksidai, pvz., aliuminis, chromas, kobalto, vario, geležies, mangano, vanadžio, cinko palaikomas arba nepalaikomas.

Antrasis katalizatoriaus tipas yra pigesnis ir jį lengva paruošti.

Metalinės atramos paprastai yra juostelės formos, ant kurios yra nusodintas katalizatorius. Tada juostelės suformuojamos ir suformuojamos į kilimėlį.

Keraminės atramos gali būti granulių arba korio formos.

Kartais katalizatorius maišomas su medžiaga, žinoma kaip promotorius, kuris padidina katalizatoriaus aktyvumą, modifikuodamas katalizatoriaus kristalų struktūrą ir dydį.

Norimos katalizatoriaus savybės:

i) Didelis aktyvumas žemesnėje temperatūroje, \ t

ii) struktūrinis stabilumas,

iii) atsparumas dilimui ir. \ t

(iv) Žemas slėgio kritimas katalizatoriaus lovoje.

Naudojant katalizatoriaus aktyvumas labai dažnai mažėja. Taip gali atsitikti dėl:

(1) Cheminė reakcija tarp katalizatoriaus dalelių ir kai kurių medžiagų, tokių kaip bizmutas, arsenas, antimonas, cinkas, švinas, alavas, gyvsidabris, fosforas, halogenai ir kt., Net jei jų kiekis atliekose yra nedidelis kiekis,

(2) Kai kurių cheminių medžiagų (chemisorbcijos) adsorbcija katalizatoriaus paviršiuje ir

(3) Fizikinė katalizatoriaus paviršiaus danga su derva.

Katalizatorius taip pat patiria veiklos praradimą dėl senėjimo. Tai gali būti dėl metalo (katalizatoriaus) kristalinės struktūros pokyčių dėl erozijos, garavimo ir trinties. Paprastai katalizatoriaus tarnavimo laikas yra nuo 3 iki 5 metų.

Katalizinį deginimo įrenginį gali sudaryti šios dalys:

(1) Išankstinio šildymo skyriai

(2) Degiklis,

(3) Maišymo kamera, \ t

(4) katalizatoriaus sluoksnis,

(5) Pūstuvas.

Katalizinio deginimo įrenginio schema pateikta 4.17 pav.

Katalizinis deginimo įrenginys veikia toliau aprašytu būdu.

Prieš įleidžiant jį į maišymo kamerą, įeinantį teršalų turintį dujų srautą galima iš anksto šildyti. Maišymo kameroje dujų srautas su degikliu sumaišomas su karštomis dūmų dujomis, kad mišinys galėtų pasiekti temperatūrą, kurioje vyktų katalizinis oksidavimas. Degiklio paskirtis - pagaminti šilumą, reikalingą maišymo kamerai ir katalizatoriaus lovai išlaikyti pageidaujamoje temperatūroje. Kuras gali būti arba dujos, arba alyva.

Katalizatoriaus sluoksnis yra išdėstytas taip, kad įtekančio srauto, sumaišyto su karštomis dūmų dujomis, turi tekėti per lovą ir nė viena dalis negali apeiti lovos. Jis turi būti sumontuotas prie degimo kameros, kad tą patį būtų galima lengvai iš naujo įjungti arba pakeisti. Gali tekti sumontuoti pūstuvą, kad būtų išvengta slėgio nuostolių įvairiuose deginimo įrenginio mazgo skyriuose.

Deginimo įrenginyje sunku pasiekti visišką išmetamųjų dujų sraute esančių teršalų sunaikinimą, ir tai gali būti nereikalinga. 98–99 proc. Sunaikinimas gali sumažinti teršalų koncentraciją iki leistinos emisijos ribos. Dauguma VOC, susidarančių visiškai deginant, gamina CO 2 ir H 2 O.

Kai kurie anglies monoksidai taip pat gali būti gaminami dėl nepakankamo degimo. Kai kurie deginimo metu esantys LOJ gali sukelti tokius teršalus kaip SO 2, SO 3, halogenai ir halogeninti junginiai, pvz., Cl2, HCL. Prieš galutinį šalinimą gali reikėti apdoroti deginimo krosnies išmetamųjų dujų srautą (norint pašalinti minėtus teršalus).

# 3. Biodoksidavimas:

Teršalų turinčių dujų srauto biologinis oksidavimas gali būti atliekamas, kai:

i) esami teršalai yra biologiškai skaidūs, \ t

ii) sraute nėra teršalų, kurie būtų toksiški aerobinėms bakterijoms, ir. \ t

iii) srauto tūrinis srautas nėra didelis.

Šis procesas yra panašus į degimo procesą ta prasme, kad pagrindiniai oksidacijos produktai būtų CO 2 ir H2O . Tačiau procesas vyksta aplinkos temperatūroje, o išsiskirianti šiluma lengvai išsisklaido.

Jis atliekamas pernešant teršalų turinčią dujų srautą, sumaišytą su atitinkamu oro kiekiu per porėtos dirvos sluoksnį, kuris buvo sėklintas su tinkama aerobinių mikrobų rūšimi. Mikrobai VOC naudoja metaboliniam aktyvumui. Šiam tikslui reikalingas deguonis paimamas iš oro. Lovos dydis turėtų būti toks, kad būtų pakankamai laiko pasiekti norimą teršalų sunaikinimo mastą.

Pagrindiniai šio proceso privalumai deginimo procesuose yra šie:

i) papildomo kuro nereikia, \ t

ii) nereikia brangių procesų įrangos, ir. \ t

iii) Labai mažai dėmesio skiriama proceso kontrolei.

Pagrindinis šio proceso trūkumas yra tai, kad turi būti daugiau vietos patalpos kiekiui, palyginti su tuo, kas reikalinga deginimo procesams.