Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla

1. Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla • Sposoby separacji ditlenku węgla z gazów: • Absorpcja • Adsorpcja • Separacja membranowa • Separacja kriogeniczna

2. Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla • Absorpcja • Absorpcja fizyczna • Absorpcja przy niskich temperaturach i wysokim ciśnieniu; desorpcja proces odwrotny. • Absorpcja chemiczna • Wstępnie oczyszczony CO2 ; rozpuszczalniki to aminy np.: monoetyloamina, dietyloamina, roztwór amoniaku, kwaśny nwęglan potasu

3. Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Adsorpcja Adsorbenty: węgiel aktywny, koks aktywny, zeolity, żel glinowy i krzemnionkowy. Dwa cykle: 1.Adsorpcja 2. Odzysk ditlenku węgla (regeneracja adsorbenta) zmiennociśnieniowa zmiennotemperaturowa

4. Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Schemat instalacji do pochłaniania CO2z gazów spalinowych w elektrowni węglowej

5. Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Separacja membranowa Separacja membranowa oparta jest na selektywnej przepuszczalności CO2 przez membrany ze środowiska gazow spalinowych. Membrany ceramiczne i polimerowe. Układy wielostopniowe.

6. Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla Metody membranowe

7. Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku węgla • Separacja kriogeniczna • Sprężanie i chłodzenie gazu, a następnie wydzielenie CO2 w postaci ciekłej. • Geologiczne składowanie CO2 • Głębokie poziomy wodonośne-solankowe. • Wyeksploatowane i częściowo wyeksploatowane złoża ropy i gazu. • Głębokie nieeksploatowane pokłady węgla, zawierające metan.

8. Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi • Do usuwania związków organicznych z gazów odlotowych wykorzystuje się następujące procesy: • adsorpcję • absorpcję • kondensację (skraplanie par) • utlenianie (głównie do CO2, H2O) • ultrafiltrację • Metody regeneracyjne • Metody regenaracyjne usuwania organicznych rozpuszczalników z gazów odlotowych są to przeważnie metody wykorzystujące zjawisko kondensacji, absorpcji,adsorpcji, filtracji.

9. Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ADSORPCJA • Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, oparty na ich: • -adsorpcji- adsorbenty: węgiel aktywny, silkażel, zeolity, glinokrzemiany • -desorpcji: • -z węgla aktywnego- za pomocą strumienia pary wodnej. • -z glinokrzemianów- ogrzewanie warstwy adsorbenta do temperatury wrzenia zaadsorbowanej substancji, przepływ (przedmuchiwanie) gazu obojętnego przez warstwę nasyconego adsorbenta oraz przez kombinację wymienionych metod. • Adsorbenty jednorazowego i wielokrotnego stosowania. • Wady • wymagają dokładnego odpylenia gazów i ich wstępnego osuszenia, • są to metody kosztowne, wymagające stosowania wielostopniowych instalacji.

10. Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody regeneracyjne ABSORPCJA Sposób usuwania par rozpuszczalników organicznych z powietrza, oparty na ich: - absorpcji w wysoko-wrzącym rozpuszczalniku organicznym, - desorpcji, - ewentualnie spaleniu katalitycznym desorbowanych mediów. Stosowane absorbenty: Chloro-, nitro- i alkilo- pochodne węglowodorów aromatycznych, alkohole, aldehydy, ketony, estry kwasów organicznych, węglowodory alifatyczne, węglowodory heterocykliczne, olejewysokowrzące, eter polietylenoglikolowy. Wady: wtórne zanieczyszczanie środowiska toksycznymi i odoroczynnymi parami i ściekami oraz wysoki koszt cieczy absorpcyjnych.

11. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody regeneracyjne Metody membranowe Separacja membranowa oparta jest na selektywnej przepuszczalności lotnych związkỏw organicznych (LZO) przez membrany ze środowiska powietrza. Membrany – organiczne np.:guma silikonowa (polidimetylosiloksan), - ceramiczne Strumienie stężone LZO > 1000 ppm. Często jest stosowana razem z kondensacją jako drugi etap oczyszczania.

12. Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi • Metody nieregeneracyjne • Utlenianie związków organicznych : • spalanie bezpośrednie (w płomieniu)(temp. ~1500 K) • spalanie termiczne (900-1400 K) • utlenianie katalityczne (500-900 K) • metody biologiczne (280-330 K, opt. 310 K)

13. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody nieregeneracyjne Utlenianie węglowodorów Spalanie węglowodorów przebiega zgodnie z równaniem: CnH2n+2 + (3n+1)/2 O2 nCO2 + (n+1)H2O CnH2n+2 + (O)  [Cn-1H2n-1COO]  n(HCOOH) (HCOOH) + O2 CO2 + H2O + (O)

14. Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi • Metody nieregeneracyjne • Bezpośrednie spalanie w płomieniu • Wymagane duże stężenia związków organicznych. • Zastosowanie –spalanie odpadowych gazów palnych: • w rafineriach • na polach naftowych • niekiedy w oczyszczalniach scieków (gazy fermentacyjne)

15. Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Metody nieregeneracyjne Spalanie termiczne polega na dozowaniu odpadów gazowych palnych do palnika zasilanego gazem ziemnym. Ten rodzaj spalania jest bardzo energochłonny i kosztowny. Temp. 800 – 1200oC. Temp <1400oC. Konwersja CO do CO2w dużym stopniu zależy odzawartości pary wodnej w gazach. CO +OH* = CO2 + H* szybkość >> CO +1/2O2 = CO2(w temperaturach niższych).

16. Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi • Metody nieregeneracyjne • Spalanie termicznestosuje się gdy: • stężenie LZO jest zbyt małe, aby podtrzymywać płomień • nie można wykorzystać metod katalitycznych (mieszanina gazów zawiera składniki, które mogą powodować szybką dezaktywację katalizatora) • Zastosowanie: • lakierowania i emaliowania, • suszenia powłok malarskich • żelowania PCV • przeróbki asfaltów • drukarnie

17. Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymi Spalanie termiczne

18. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Katalityczne utlenianie węglowodoróww przypadku niskich stężeń węglowodorów w gazach odlotowych. Temperatura rzędu 250-400oC. Katalizatory- metale osadzone na nośniki nieorganiczne. Katalizatory pełnego spalania węglowodorów - zawierają platynę i pallad. Mniej aktywne - tlenki metali Cu, Mn, Cr. Fe, Co, Sn, Ni, Zn.

19. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Katalityczne utlenianie węglowodorów Nośniki można podzielić na dwie grupy: Nośniki nasypowe – różnego rodzaju kulki, walce, pierścienie. Są one wytwarzane najczęściej z różnych odmian tlenku glinu i dwutlenku krzemu. Charakteryzują się one dużą powierzchnią- właściwą ( 100 – 350m2/g ). Ich wadą są jednak dość znaczne opory przepływu. Nośniki monolityczne o strukturze komórkowej (metaliczne lub ceramiczne- Al2O3)– składają się z systemu regularnych przelotowych kanalików równoległych do kierunku przepływu gazu. Ich najważniejsze zalety to bardzo małe opory przepływu, równomierne nagrzewanie złoża, wysoka odporność mechaniczna i termiczna, brak ścierania substancji aktywnej. Wadą ich jest wysoka cena.

20. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Katalityczne utlenianie węglowodorów

21. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Katalityczne utlenianie węglowodorów Budowa i działanie katalizatora trójfunkcyjnego1 - warstwa katalityczna2- warstwa pośrednia z aktywatorami3 - nośnik ceramiczny

22. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Spalanie katalityczne

23. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody biologiczne  Biodegradacja lotnych związków organicznych za pomocą mikroorganizmów: - bakterie aerobowe (tlenowe) które przekształcają LZO do ditlenku węgla i wody lub mineralizują zawarte w nich heteroatomy, - bakterie anaerobowe(beztlenowe) przekształcają LZO do biogazu ( do 75 % metanu). Wytwarzana w tym procesie energia jest zużywana przez bakterie. Najważniejsząprzewagą biologicznych metod oczyszczania gazów, jest możliwość prowadzenia procesu w temperaturze otoczenia (10-40C) i ciśnieniu atmosferycznym

24. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody biologiczne  • Biologiczne oczyszczanie gazów odlotowych opiera się na dwóch głównych procesach: • absorpcja zanieczyszczeń w wodzie, • biologiczny rozkład pochłoniętych zanieczyszczeń przez mikroorganizmy. • Efekt wspólnego oddziaływania w/w procesów jest taki, że: • wskutek absorpcji gazy zostają oczyszczone, • wskutek biologicznego rozkładu zanieczyszczeń zachodzi regeneracja sorbentu.

25. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody biologiczne  • Warunki i ograniczenia prowadzenia procesu biologicznego oczyszczania gazów: • usuwane z gazów odlotowych zanieczyszczenia muszą być podatne na rozkład biologiczny, • zanieczyszczenia muszą być rozpuszczalne, choćby tylko słabo, w wodzie stanowiącej środowisko życia mikroorganizmów, • temperatura oczyszczanych gazów musi się mieścić w zakresie aktywności biologicznej mikroorganizmów (0-55 oC, optimum 37-40 oC), • oczyszczane gazy nie mogą zawierać substancji trujących dla mikroorganizmów, np. związków metali ciężkich czy oparów kwasów • Najbardziej podatne na biodegradację są węglowodory alifatyczne, alkohole, estry, czyli związki typowe dla gazów odlotowych z oczyszczalni ścieków, najmniej – wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, chlorowcopochodne węglowodorów i związki nitrowe

26. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody biologiczne  • Gazy są oczyszczane biologicznie przede wszystkim w takich instalacjach jak: • biopłuczki (płuczki biologiczne, bioskrubery) • biofiltry (filtry biologiczne)

27. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOPŁUCZKI Biopłuczki (bioskrubery) Specyfiką płuczek biologicznych jest to, że medium roboczym jest wodna zawiesina mikroorganizmów tzw. osad czynny.Osad czynnyjest to żywa, kłaczkowata zawiesina złożona głównie z bakteriiheterotroficznych. Bakterie heterotroficzne – mikroorganizmy, które korzystają z uprzednio zsyntetyzowanych związków organicznych jako źródła węgla. BIOSKRUBER Absorber - wymiana masypomiędzy zanieczyszczonym gazem a absorbentem Jednostka biodegradacyjna - komora napowietrzania osadu czynnego - regeneracja wody

28. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOPŁUCZKI BIOSKRUBER Absorber - wymiana masypomiędzy zanieczyszczonym gazem a absorbentem Jednostka biodegradacyjna - komora napowietrzania osadu czynnego - regeneracja wody

29. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOPŁUCZKI Proces absorpcji i biodegradacji w jednym reaktorze

30. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Metody biologiczne  BIOFILTRY  Głównym elementem filtra biologicznego jest warstwa materiału filtracyjnego (porowatego wypełnienia), który  zasiedlony jest przez mikroorganizmy tlenowe. Zanieczyszczenia absorbowane w cieczy dyfundują do błony biologicznej (biofilmu na powierzchni wypełnienia), gdzie ulegają biodegradacji zachodzącej poprzez utlenianie.  

31. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOFILTRY • Dobry materiał filtracyjny powinien mieć: • dużą porowatość, • dużą powierzchnię właściwą, • małe opory przepływu gazu, • dużą zdolność zatrzymywania wody, • słaby zapach własny, • niskie koszty pozyskania, • dostępność, • dużą gęstość zasiedlenia mikroorganizmami, • dużą trwałość, • niewielkie wymogi pielęgnacyjne.

32. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOFILTRY Wypełnienia biofiltrów: kompost z odpadów miejskich lub odpadów zielonych, torf, kora drzew liściastych, liście, wrzos, chrust, wióry drzewne lub mieszaniny tych materiałów, mieszaniny materiałów naturalnych z nośnikami syntetycznymi lub inertnymi, jak żużel wulkaniczny, polistyren piankowy, kruszywo ceramiczne, kulki szklane i polistyrenowe. Warunki procesu: Przepływ gazu: od 50 do 300 m3/m3 reaktora/h, a czas zatrzymania gazu w urządzeniu jest w zakresie 10 - 70 s, przy stężeniach zanieczyszczeń wynoszących od kilku mg do kilku g w m3 gazu

33. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOFILTRY

34. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO BIOFILTRY Warunek aktywności złoża: odpowiednia wilgotność wypełnienia - od 40 do 70% maksymalnej pojemności wodnej Dezaktywacja złoża: - nagromadzenie związków nieorganicznych, między innymi chlorków, azotynów i azotanów - zmiana odczynu materiału wypełniającego Zalety - zużyte złoże biologiczne nie stanowi wtórnego zanieczyszczenia środowiska - niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. - stopień konwersji nawet ok. 95% przy niskich stężeniach zanieczyszczeń (rzędu ppm).

35. Oczyszczanie gazów odlotowych z LZO Szacunkowe koszty inwestycyjne i eksploatacyjne oczyszczania gazów odlotowych

36. „Woda nie jest produktem komercyjnym takim jak każdy inny, lecz raczej dobrem, które musi być chronione, bronione i traktowane jak dziedzictwo...”Parlament Europejski i Rady Unii Europejskiej"Ustanowienie ram dla działalności Wspólnoty w dziedzinie polityki wodnej"Dyrektywa 2000/60/EC

37. 1810 – wynaleziono płuczkę ustępową 1815 – ścieki bez oczyszczania do Tamizy 1855 – Faraday udokumentował ogromne zanieczyszczenie Tamizy 1883 – odkrycia Pasteura 1891 – pierwsze oczyszczalnie ścieków - złoża biologiczne 1933 – 2/3 miast amerykańskich oczyszcza ścieki biologicznie 1965 – usuwanie związków azotu i fosforu ( związki biogenne).

38. Bilans wody Pod pojęciem ochrony wód rozumie się zespół środków technicznych, ekonomicznych i administracyjnych, mających na celu ochronę wód powierzchniowych, podziemnych, wód kontynentalnych, śródlądowych i morskich przed zanieczyszczeniem. Ochrona wód jest częścią problemu ochrony środowiska.

39. Bilans wody Ilości wody zużywane w przemyśle chemicznym są ogromne np.: -do wyprodukowania 1t amoniaku potrzeba 200 t wody -1t sody kalcynowanej (węglan sodu) – w zależności od pory roku 150-190t -1t papieru – 700t -1t włókien syntetycznych – 1000t -1t kauczuku syntetycznego – 1000t -1t suchej masy roślinnej – 500t -1kg streptomycyny – 2t W krajach o wysokim stopniu uprzemysłowienia 85-95%

40. Bilans wody W przemyśle chemicznym woda jest -surowcem do otrzymywania wodoru i tlenu do otrzymywania gazu wodnego (mieszaniny tlenku węgla i wodoru) do produkcji substancji organicznych i nieorganicznych -środowiskiem licznych reakcji chemicznych -środkiem pomocniczym w różnych procesach technologicznych (np. flotacja, krystalizacja) -woda jest nośnikiem ciepła w procesach ogrzewania i chłodzenia -czynnikiem czyszczącym, myjącym i chłodzącym. 

41. Bilans wody Woda w przyrodzie Wody pokrywają 71% powierzchni naszego globu.   Woda na Ziemi Wody słone – 98% Wody słodkie 2% w postaci lodu 97% w postaci ciekłej 2% w postaci pary 1%