METODY DEZODORYZACJI

1. METODY DEZODORYZACJI

2. METODY DEZODORYZACJI Wstęp – o konieczności kompleksowej analizy możliwości zmniejszania uciążliwości, specyfika dezodoryzacji gazów odlotowych Metody „końca rury”: - absorpcja, - adsorpcja, - biofiltracja, - spalanie, i inne

3. Źródła:

5. WSTĘP • Ograniczanie zapachowej uciążliwości polega na: • zapobieganiu emisji odorantów, • zapewnianiu niezbędnej odległości źródeł od osiedli mieszkalnych (plany zagospodarowania), • zmniejszeniu intensywności / uciążliwości zapachu bez usuwania odorantów (np. domieszki maskujące lub neutralizujące, przekształcenie uciążliwych zanieczyszczeń w bezwonne lub mniej uciążliwe) • zmniejszaniu stężenia odorantów w punkcie emisji - przez rozcieńczanie, • - przez usuwanie wszystkich lub części zanieczyszczeń, • stosowaniu odpowiednio wysokich kominów.

6. Techniki „końca rury” powinny być stosowane po wyczerpaniu możliwości zapobiegania uciążliwym emisjom.

7. Podstawa: Valentin 1990: „MAKING CHEMICAL-PROCESS PLANTS ODOR-FREE”

8. Metody „końca rury”

9. Najważniejsze różnice między usuwaniem określonych zanieczyszczeń ze strumieni odlotowychi dezodoryzacją tych gazów • Dezodoryzacja powinna umożliwiać osiąganie stężeń wylotowych mniejszych od progów wyczuwalności poszczególnych zanieczyszczeń (stężenia często wielokrotnie mniejsze od ppm!) • Miarą skuteczności dezodoryzacji nie jest zmiana stężenia odorantów, ponieważ intensywność zapachu nie jest proporcjonalna do stężenia odorantu • Nie jest znana zależność intensywności zapachu od proporcji między składnikami mieszanin (nie są możliwe do przewidzenia efekty usunięcia określonej grupy zanieczyszczeń)

10. Najważniejsze różnice między usuwaniem określonych zanieczyszczeń ze strumieni odlotowychi dezodoryzacją tych gazów

11. Najważniejsze różnice między usuwaniem określonych zanieczyszczeń ze strumieni odlotowychi dezodoryzacją tych gazów

12. Najważniejsze techniki „końca rury”

17. Porównanie technik „końca rury”

18. Ważne!Powtórzę po omówieniu poszczególnych metod.

19. Ważne!Powtórzę po omówieniu poszczególnych metod.

20. Ważne!Powtórzę po omówieniu poszczególnych metod.

21. ABSORPCJA

22. IZOTERMY ROZPUSZCZALNOŚCI GAZU W CIECZY Równowaga procesu absorpcji jest często opisywana równaniem: gdzie: Hc,i – współczynnik nazywany stałą Henry’ego, pi,r –ciśnienie cząstkowe składnika i w fazie gazowej w stanie równowagi, ci,r –stężenie molowe składnika i w fazie ciekłej w stanie równowagi. W układach zależnąrzeczywistych współczynnik Hc,i jest wielkością zmienną, zależnąna przykład od stężeńinnych składników układu: Hc,i = f (c1, c2, ...) p, T = const

23. W wypadkach rzeczywistych skuteczność oczyszczania gazów metodą absorpcji zależy nie tylko od współczynników podziału poszczególnych zanieczyszczeń w określonych warunkach fizycznych (p, T). Osiągnięcie stanu równowagi wymaga często nieracjonalnego wydłużenia czasu kontaktu faz ze względu na małą prędkość absorpcji. Na rysunku przedstawiono zmiany stężenia składnika i w tych warstewkach (ci­ pi) oraz sposób zdefiniowania zastępczej grubości obu warstewek: xc i xg. Zakłada się, że na granicy między warstewkami osiągane są stężenia pi,r i ci,r, charakterystyczne dla stanu termodynamicznej równowagi: pi,r = f(ci,r).

24. Ilości przenoszone przez obie warstewki (Ni) muszą być jednakowe: Ni = kg (pi – pi,r) = kc (ci – ci,r) co pozwala stwierdzić, że: Zależność ta umożliwia graficzne zilustrowanie udziałów obu warstewek laminarnych w ogólnym oporze dla przenikania masy.

25. Stan równowagi (pi,r, ci,r) przy ustalonym stosunku współczynników wnikania kc / kg. Opory wnikania po stronie gazu (Rg) i cieczy (Rc) w przypadku: b - złej rozpuszczalności związku i w cieczy, c - dobrej rozpuszczalności związku i w cieczy A – stężenie w obszarze burzliwym, B – stężenie na granicy faz (stan równowagi) a b c

26. W wypadku absorpcji zanieczyszczeń słabo rozpuszczalnych w wodzie zalecane jest zwiększenie turbulencji fazy ciekłej. Celowe jest wówczas wykorzystanie aparatów barbotażowych, w których ciecz jest intensywnie mieszana przez drobne pęcherzyki gazu. Korzystne jest też zastosowanie cieczy absorpcyjnych zawierających reagenty chemiczne, na przykład związki utleniające lub neutralizujące absorbaty (chemisorpcja). Sprawia to, że przenikaniu zanieczyszczenia gazu do fazy ciekłej nie towarzyszy zmniejszanie się siły napędowej dyfuzji – gradientu stężeń (pierwszy etap regeneracji sorbentu zachodzi równocześnie z absorpcją). W niektórych wypadkach stosowane są też procesy wielostopniowe, w których etap absorpcji jest poprzedzony etapem reakcji chemicznych w fazie gazowej (np. ozon, chlor lub dwutlenek chloru).

27. Jeżeli absorbowane zanieczyszczenia są dobrze rozpuszczalne w cieczy, opór przenikania masy występuje przede wszystkim po stronie gazowej. Wskazane jest stworzenie warunków burzliwego przepływu gazu wśród kropli cieczy. Stosowane są aparaty rozpryskowe. Zwiększenie powierzchni ciecz-gaz uzyskuje się dzięki rozdrobnieniu kropel (natrysk przez dysze, atomizery lub wirujące elementy rozpryskujące). TYPOWE SKRUBERY ROZPRYSKOWE (ZRASZACZE): a) przeciwprądowa kolumna rozpryskowa, b) poziomy absorber z krzyżowym przepływem faz, c) skruber cyklonowy

28. Atomizery są instalowane w przewodach wentylacyjnych (kuchnie, restauracje, hotele, zakłady rzemieślnicze,...). W tych wypadkach bywa wytwarzana mgła roztworów reagentów chemicznych, na przykład związków neutralizujących. Często stosowanymi reagentami są związki utleniające, takie jak woda utleniona lub ozon (wytwarzany w kanale wentylacyjnym pod wpływem lamp UV lub w odrębnym generatorze). Dezodoryzację gazów zawierających duże ilości amin i amoniaku prowadzi się z użyciem roztworów zawierających kwas octowy. Odmianą skruberów rozpryskowych są urządzenia „dry-scrubbing”(metoda „półsucha”), w których rozpryskiwany roztwór sorpcyjny (lub zawiesina) zawiera składniki reagujące z zanieczyszczeniami gorącego gazu odlotowego. Po absorpcji zanieczyszczeń i reakcji woda odparowuje. Ochłodzony gaz, zawierający produkty reakcji w postaci pyłu,jest kierowany do filtrów elektrostatycznych lub workowych.

29. Za rodzaj rozpryskowego „skrubera bez ścian” można uznać systemy ograniczania niezorganizowanej emisji odorantów zwane „barierami antyosmicznymi”. Uciążliwość zapachu takich obiektów, jak składowiska odpadów komunalnych, oczyszczalnie ścieków, kompostownie, fermy hodowlane i inne, może być ograniczona dzięki wytwarzaniu mgły bezpośrednio nad powierzchnią wydzielającego odoranty materiału lub na jej obwodzie. Dostępne w handlu preparaty zawierają środki powierzchniowo czynne, które ułatwiają rozwinięcie powierzchni wymiany masy w strefie mgły, utrwalają stan gazozolu i sprzyjają sorpcji zanieczyszczeń powietrza (związków polarnych). Zależnie od rodzaju i wielkości instalacji stosuje się wysokociśnieniowe systemy rozpylające lub małe urządzenia niskociśnieniowe (ULV – Ultra Low Volume) – przenośne lub przewoźne. Wchodzące w skład lekkich urządzeń przewoźnych giętkie węże z wmontowanymi atomizerami (od kilku do kilku tysięcy dysz) umożliwiają doraźne uruchamianie barier osmogenicznych, na przykład po zawietrznej stronie okresowego źródła zanieczyszczeń powietrza.

30. http://www.westrand.com

31. Bardzo popularne kolumny absorpcyjne z wypełnieniem są użyteczne w wypadku podobnych oporów wymiany masy po obu stronach granicy faz. W kolumnach z wypełnieniem można doprowadzić do intensywnego mieszania gazu i cieczy – warunkiem jest prawidłowy dobór wypełnienia i natężeń przepływu obu faz. Podobnie jak w wypadku absorberów rozpryskowychmoże być celowe wstępne utlenianie usuwanych zanieczyszczeń w fazie gazowej oraz stosowanie chemisorpcji. ABSORBERY Z WYPEŁNIENIEM (przykłady): a) przeciwprąd, wypełnienie stałe, b) przeciwprąd, wypełnienie ruchome, c) przepływ krzyżowy, wypełnienie stałe, d) elementy typowych wypełnień

32. Oczyszczane gazy są zwykle zanieczyszczone mieszaninami związków o różnych właściwościach (rozpuszczalności w wodzie, kwasowości/zasadowości itp.). Przeważnie nie są dostępne informacje o równowagach ciecz-gaz, współczynnikach wnikania itp.. Często stosuje się wielostopniowe instalacje absorpcyjne (parametry dobierane eksperymentalnie).

33. Przykład 1 Przewoźna instalacji doświadczalna laboratoryjna testowana w wytwórni mączki rybnej PPDiUR ODRA w Świnoujściu (zestaw trzech kolumn pianowych; absorpcja + utlenianie NaOCl)

35. Schemat instalacji doświadczalnej testowanej w zakładzie utylizacji odpadów mięsnych. (kolumna o wysokości około 10 metrów i średnicy 1,5 m; absorpcja + utlenianie H2O2) Przykład 2

36. OCZYSZCZANIE GAZÓW ODLOTOWYCH Z WYTAPIALNI TŁUSZCZU ZWIERZĘCEGO; I, II - stopnie absorbera; stężenia zanieczyszczeń: przed oczyszczaniem – w polu białym, po oczyszczaniu – pole bezwypełnienia

37. Przykład 4 Dezodoryzacja gazów z biologicznej oczyszczalni ściekóww trójstopniowym absorberze z krzyżowym przepływem faz (absorpcja + utlenianie NaOCl) Uwaga! Możliwa emisja wtórna

38. Przykład 3 Schemat instalacji do dezodoryzacji gazów metodąFresenius-S-KT (absorpcja + ozonowanie)

39. Przykład 5 Schemat instalacji do dezodoryzacji gazów odlotowych z wytwórni mączki rybnej (absorpcja + ozonowanie)

40. ADSORPCJA

42. Podstawy procesu Cząsteczki gazu lub cieczy, które znajdują się w pobliżu powierzchni ciała stałego, ulegają działaniu sił powierzchniowych. Siła tego oddziaływania zależy od właściwości obu ośrodków i tworzących je cząsteczek. Sprawia to, że na granicy między fazami tworzą się warstewki o różnych właściwościach fizycznych i chemicznych. Ich powstawanie wywołuje zróżnicowane efekty energetyczne – zależne od rodzaju powstających wiązań adsorbatu (cząsteczek adsorbowanych) z powierzchnią adsorbenta (ciała stałego).

43. Z tego punktu widzenia wyodrębnia się adsorpcję „fizyczną” i „chemisorpcję”. Adsorpcja fizyczna jest wywołana siłami przyciągania międzycząsteczkowego. Jej energetyczne efekty są podobne do efektów sublimacji lub kondensacji par, a powstające na powierzchni sorbentu warstewki przypominają ciecz: „dwuwymiarową” (warstewki jednocząsteczkowe) lub „trójwymiarową” (układy wielowarstwowe). Adsorpcja chemiczna (chemisorpcja) zachodzi wskutek tworzenia się wiązań chemicznych między cząsteczkami adsorbatu i powierzchni ciała stałego, z czym wiąże się wydzielanie większych ilości ciepła (ciepło reakcji chemicznych).

44. Izotermy adsorpcji według Langmuira WPŁYW TEMPERATURY NA POŁOŻENIE I KSZTAŁTIZOTERM ADSORPCJI

45. Model adsorpcji według Langmuira (typ I ) I według Brunauera-Emmeta-Tellera (BET, typ II i III)

46. Typy izoterm adsorpcji: I – jednowarstwowe pokrywanie powierzchni, II, III – wielowarstwowe pokrywanie powierzchni, IV, V - kondensacja kapilarna

47. Przebieg adsorpcji w czasie według modelu Collinsa

48. Adsorbenty Adsorbenty o znaczeniu technicznym charakteryzują duże powierzchnie właściwe (powierzchnia 1 grama). Sorbenty nieporowate, na przykład otrzymywane mielenia szklistych ciał stałych lub wytrącania drobnokrystalicznych osadów soli, mają powierzchnie właściwe 0,110 m2/g (najczęściej ~1 m2/g). Powierzchnia właściwa sorbentów porowatych może osiągać setki metrów kwadratowych na gram materiału. Najbardziej rozpowszechnionymi sorbentami porowatymi są węgle aktywne, silikażele, aluminożele i sita molekularne. Różne rodzaje węgla aktywnego mają powierzchnię właściwą od 400 m2/g do 900 m2/g. Struktury porowate otrzymuje się przez ogrzewanie zawierających węgiel sproszkowanych materiałów organicznych (węgiel drzewny, kości, łupiny orzechów, pestki itp.).

49. Pojemność sorpcyjna węgla aktywnego otrzymanego z łupin orzecha kokosowego • bardzo mała pojemność sorpcyjna; pochłaniacze węglowe w zwykłych warunkach nie są skuteczne, • mała pojemność sorpcyjna; możliwe jest osiągnięcie pożądanej skuteczności dezodoryzacji w wypadkach utrzymywania odpowiednich warunków procesu, ustalonych na podstawie indywidualnych badań, • zadowalająca skuteczność adsorpcji; ilość zaadsorbowanych substancji stanowi 10  25% masy węgla, • duża skuteczność adsorpcji; ilość zaadsorbowanych substancji stanowi 20  50% masy węgla.

50. Węgiel aktywny w niewielkim stopniu adsorbuje wiele szkodliwych lub uciążliwych zanieczyszczeń gazów, takich jak HCN, H2S, SO2 lub NOx. • Ich usuwanie jest możliwe dzięki zastosowaniu tak zwanych „sorbentów węglowych” – węgla aktywnego impregnowanego odpowiednimi reagentami chemicznymi (sole, tlenki metali, jod, siarka). • Impregnacji poddawane są najczęściej węgle aktywne o dużej zawartości makroporów (dostępnych dla cząsteczek nanoszonych na sorbent reagentów). • Przykłady: • sorbent SDH-3, zawierający węglan sodowy i potasowy, przeznaczony do pochłaniania gazów kwaśnych, na przykład: • Na2CO3 + H2S Na2S+ H2O+ CO2 • sorbent SPA-1, zawierający siarczan cynkowy, przeznaczony do pochłaniania par amoniaku: • ZnSO4 + 4 NH3[Zn(NH3)4] SO4 • sorbenty uniwersalne typu actipol, impregnowane tlenkami Cu, Cr i Ag, przeznaczone do adsorpcji par związków organicznych oraz do usuwania gazów ulegających katalitycznemu utlenianiu i reakcjom przyłączania, na przykład: • 2 PH3 + 3 O2 (+ kat.) P2O3  + 3 H2O • CuO + SO2 CuSO4