1 Oczyszczanie gazów odlotowychz dwutlenku węgla Sposoby separacji ditlenku węgla z gazów: Absorpcja Adsorpcja Separacja membranowa Separacja kriogeniczna
2 Oczyszczanie gazów odlotowychz 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 odlotowychz 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 odlotowychz dwutlenku węgla Schemat instalacji do pochłaniania CO2 z gazów spalinowych w elektrowni węglowej
5 Oczyszczanie gazów odlotowychz 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 odlotowychz dwutlenku węgla Metody membranowe
7 Oczyszczanie gazów odlotowychz 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 organicznymiDo 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 organicznymiMetody 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 organicznymiMetody 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, oleje wysokowrzące, eter polietylenoglikolowy. Wady: wtórne zanieczyszczanie środowiska toksycznymi i odoroczynnymi parami i ściekami oraz wysoki koszt cieczy absorpcyjnych.
11 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOMetody 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 organicznymiMetody nieregeneracyjne Utlenianie związków organicznych : spalanie bezpośrednie (w płomieniu)(temp. ~1500 K) spalanie termiczne ( K) utlenianie katalityczne ( K) metody biologiczne ( K, opt. 310 K)
13 Metody nieregeneracyjne Utlenianie węglowodorówOczyszczanie 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 organicznymiMetody 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 organicznymiMetody nieregeneracyjne Spalanie termiczne polega na dozowaniu odpadów gazowych palnych do palnika zasilanego gazem ziemnym. Ten rodzaj spalania jest bardzo energochłonny i kosztowny. Temp – 1200oC. Temp <1400oC. Konwersja CO do CO2 w dużym stopniu zależy od zawartości pary wodnej w gazach. CO + OH* = CO2 + H* szybkość >> CO +1/2O2 = CO2 (w temperaturach niższych).
16 Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń związkami organicznymiMetody nieregeneracyjne Spalanie termiczne stosuje 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 organicznymiSpalanie termiczne
18 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOKatalityczne utlenianie węglowodorów w przypadku niskich stężeń węglowodorów w gazach odlotowych. Temperatura rzędu oC. 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 Nośniki można podzielić na dwie grupy: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 LZOKatalityczne utlenianie węglowodorów
21 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOKatalityczne utlenianie węglowodorów Budowa i działanie katalizatora trójfunkcyjnego 1 - warstwa katalityczna 2- warstwa pośrednia z aktywatorami 3 - nośnik ceramiczny
22 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOSpalanie katalityczne
23 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOMetody 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. Najważniejszą przewagą biologicznych metod oczyszczania gazów, jest możliwość prowadzenia procesu w temperaturze otoczenia (10-40C) i ciśnieniu atmosferycznym
24 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOMetody 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 LZOMetody 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 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 LZOMetody biologiczne Gazy są oczyszczane biologicznie przede wszystkim w takich instalacjach jak: biopłuczki (płuczki biologiczne, bioskrubery) biofiltry (filtry biologiczne)
27 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOBIOPŁUCZKI Biopłuczki (bioskrubery) Specyfiką płuczek biologicznych jest to, że medium roboczym jest wodna zawiesina mikroorganizmów tzw. osad czynny. Osad czynny jest to żywa, kłaczkowata zawiesina złożona głównie z bakterii heterotroficznych. Bakterie heterotroficzne – mikroorganizmy, które korzystają z uprzednio zsyntetyzowanych związków organicznych jako źródła węgla. BIOSKRUBER Absorber - wymiana masy pomiędzy zanieczyszczonym gazem a absorbentem Jednostka biodegradacyjna - komora napowietrzania osadu czynnego - regeneracja wody
28 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOBIOPŁUCZKI BIOSKRUBER Absorber - wymiana masy pomiędzy zanieczyszczonym gazem a absorbentem Jednostka biodegradacyjna - komora napowietrzania osadu czynnego - regeneracja wody
29 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOBIOPŁUCZKI Proces absorpcji i biodegradacji w jednym reaktorze
30 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOMetody 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 LZOBIOFILTRY 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 LZOBIOFILTRY 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 s, przy stężeniach zanieczyszczeń wynoszących od kilku mg do kilku g w m3 gazu
33 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOBIOFILTRY
34 Oczyszczanie gazów odlotowych z LZOBIOFILTRY 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 LZOSzacunkowe 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 ustępową1815 – 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 t -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 W przemyśle chemicznym woda jest 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 Woda na ZiemiWody 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%