KONTROLA EMISIJE SUMPORNIH OKSIDA

Pojam zagadjivaca

ZAGAĐIVAČI su supstance koje se nalaze u vazduhu, vodi ili na tlu u koncentracijama koje izazivaju fiziološka i ekonomska oštećenja.

KONCENTRACIJA ZAGAĐIVAČA je masa, zapremina ili količina supstance koja se nalazi u zapremini ili masi vazduha, vode ili tla.

IMISIJA (Air quality) je koncentracija zagađivača u prizemnom sloju atmosfere u kojem se nalaze živa bića i predmeti koje treba zaštititi.

EMISIJA je koncentracija zagađivača koju ispuštaju izvori zagađenja.

Zagađenje vazduha

Svi zagađivači vazduha se na osnovu svojih fizičkih karakteristika mogu podeliti na:
• cestice
• gasove

Čestice predstavljaju svaku dispergovanu materiju, čvrstu ili tečnu, koja se nalazi u formama većim od individualnog molekula (oko 0.0002 µm u dijametru), ali manje od 500 µm.
Oksidi sumpora u prirodi nastaju vulkanskom aktivnošću i iz okeana.
Obuhvataju sumpor dioksid(SO2), sumpor trioksid (SO3), i sumpornu kiselinu (H2SO4).

Vodonik sulfid H2S-Stvara se pri proizvodnji koksa, destilaciji katrana i u industriji celuloze. Nalazi se i u gradskim otpadnim vodama i u svim slučajevima gde dolazi do truljenja. Otrovan je kao cijano vodonik i parališe centar za disanje. On oksidiše i stvara SO2.

Gasovite zagadjujuće komponente mogu se klasifikovati kao neorganske i organske.
Neorganske gasovite zagadjujuće komponente su:
• jedinjenja sumpora
• jedinjenja azota
• oksidi ugljenika
• halogeni i jedinjenja halogena
• cijanidi
• amonijačna jedinjenja

Organske zagađujuće gasovite komponente su:
• ugljovodonici: parafini (metan i sl.), acetileni, olefini (etilen, butadilen,...), aromati (benze, toluen, halogeni aromati,...),
• oksidi alifatičnih jedinjenja: aldehidi, ketoni, organske kiseline, alkoholi, organski hloridi, organski sulfidi i sl.
U gasovite zagađujuće komponente spadaju i mirisi.
Sumpor je neophodan za život čoveka. Ulazi u sastav dve aminokiseline kao i u mnoga bitna biološka jedinjenja, kao što su na primer vitamini. Važnija jedinjenja sumpora su sumporna kiselina, sumporasta kiselina, njihove soli, sumpor(IV)oksid i sumpor(VI)oksid. Poznati su i oksidi sumpora: S2O(I) , SO(II) i SO4(VI). Sumpor može biti jedno, dvo, i četvorovalentan.
Sumpor se javlja i u čistom obliku i u obliku minerala sulfida i sulfita. Sem iz sumpornih ruda sumpor se u velikoj količini dobija i prečišćavanjem kamenog uglja i prečišćavanjem industrijskog pepela.
Sumpordioksid nastaje spaljivanjem sumpora na vazduhu. On je bezbojan gas, zagušljivog mirisa. Teži je od vazduha. Rastvara se u vodi. Rastvor koji nastaje je kiseo jer gas reaguje sa vodom gradeći sumporastu kiselinu (H2SO3 ). To dokazuje da je sumpordioksid kiseli oksid. Sumporasta kiselina je nestabilna i lako se ponovo razlaže na sumpordioksid i na vodu.
Sumpordioksid u obliku rastvora ili u vlažnom okruženju deluje kao izbeljivač. Sumpor dioksid izbeljuje razne stvari redukujući sastojke koji se u njima nalaze.
Sumpordioksid se ispušta kao sporedni produkat iz automobila i iz dimnjaka fabrika zagađujući životnu sredinu. Napada sistem za disanje ljudi i životinja. Rastvarajući se u vazduhu uzrokuje kisele kiše koje uništavaju biljke, metalne konstrukcije i građevine.
Primena sumpordioksida:
Određene količine se koriste za izbeljivanje vune i drvene mase pri produkciji papira. Određene količine se koriste i za produkciju bezalkoholnih pića, džemova i za sušenje voća, jer zaustavlja razvoj bakterija i gljivica. Većina sumpordioksida se koristi za produkciju sumporaste kiseline.

Emisija oksida sumpora

Prisustvo oksida sumpora u produktima sagorevanja posledica je oksidacije sumpora iz goriva, koji u procesu sagorevanja većim delom oksidiše u sumpordioksid - SO2, a manjim delom u sumportrioksid - SO3. U atmosferi se SO2 dalje transformiše u SO3, koji sa vlagom iz vazduha formira fine kapljice sumporne kiseline. Ove kapljice raznošene vetrom padaju na zemlju, što dovodi do postepenog smanjenja njene pH vrednosti.
Povećanje kiselosti zemlje usporava rast šuma i ostalog bilja, a povećanje kiselosti voda se štetno odražava na rast flore i faune u vodama.
Kao posledica emisije SOx nastaju i kisele kiše koje za posledicu imaju izraženo štetno dejstvo na biljke, a mogu da izazovu i koroziju.

Istraživanja su pokazala da je sagorevanje uglja daleko najveći izvor emisije sumpordioksida. Mazut i lož ulje sadrže sumpor ali u manjem procSO2jer nema sumpora u hemijskom sastavu drvne biomase, ili je to učešće u tragovima. Sagorevanjem prirodnog gasa takođe ne dolazi do emisije SO2, ukoliko gas ne sadrži H2S. Očekivanom supstitucijom energenata prirodnim gasom dolazi do potpune eliminacije emisije oksida sumpora.Koeficijenti emisije SO2 po jedinici proizvedene energije za različite energente su dati u tabeli.

Tabela 1. : Koeficijenti emisije SO2:

ODSUMPORAVANJE GORIVA

Odsumporavanje goriva se vrši u zadnjih četrdeset godina, posebno tečnih i gasovitih goriva, dok se odsumporavanje uglja uglavnom provodi mehanički.
Sumpor se u uglju pojavljuje u tri oblika kao sulfat, kao organski vezani sumpor i mineralni sumpor, obično kao pirit. Odstranjivanje sumpora može da se izvrši:
- mehaničkim putem, (Mehaničkim tretmanom uglja može da se odstrani samo piritni sumpor.)
- likvefakcijom,
- gasifikacijom i
- rafinacijom uz pomoć rastvarača.

To se vrli različitim postupcima kao što su:
■ konvencionalna separacija uglja,
■ magnetna separacija,
■ separacija uz pomoć teških tečnosti, i
■ flotacija.

Ovim procesima moguće je ukloniti preko 50% piritnog sumpora iz uglja ali samo neznatne količine organski vezanog sumpora. Da bi ove metode bile uspešne, neophodno je da udeo piritno vezanog sumpora u uglju bude najmanje 50% od ukupnog sadržaja sumpora i da se pirit nalazi u obliku krupnih kristala.
Likvefakcija uglja se provodi za proizvodnju tečnih goriva. Pri tome se dobija tečno gorivo, gasovi i čvrsti ostatak, koji je bogat sumporom. Likvefakcija se može provesti jednim od sledećih postupaka:
- gasifikacijom uglja kiseonikom i vodenom parom, pri čemu nastaje koksni gas, koji se zatim katalitički prevodi u tečno gorivo;
- rafinacijom rastvaračima uz minimalnu hidrogenizaciju;
- rafinacijom rastvaračima uz hidrogenaciju i
- multifaznom pirolizom.
Primenom različitih uređaja i postupaka, iz uglja se dobija gorivo sa malim sadržajem sumpora. Posebno uspešno je odsumporavanje gasifikacijom uglja, gdje se dobija energetski gas sa malim sadržajem sumpora, koji se direktno vodi na spaljivanje u termoenergetskim postrojenjima.
Odsumporavanje tečnih goriva se zasnivai na reakciji sumpora iz goriva sa vodonikom u prisustvu katalizatora, pri čemu nastaje sumpor-vodonik, koji se izdvaja kao gas. Proces poznat kao hidrosulfuracija se provodi kod visokih temperatura i pritiska u posebnim uređajima.
Ukoliko se vrši odsumporavanje teških frakcija nafte, koje su sa većim sadržajem sumpora, tada dolazi do određenih tehničkih problema, kao što su: deaktivacija katalizatora, velika potrošnja vodonika i nastanak velike količine koksnog ostatka.
Ovi problemi se rešavaju na različite načine, zavisno od proizvoda koji se želi dobiti. Primer hidrodesulfuracije gasnog ulja dat je šematski na slici 39. Pri ovom postupku nastali koksni ostatak se gasificira uz dobijanje niskokaloričnog gasa, koji je sa niskim sadržajem sumpora, i gasnog ulja sa sadržajem sumpora do 0,3% težine sto se vidi na Slici 1:

Slika: 1

Prirodni gas sadrži jedinjenja sumpora, u najvećem obimu sumpor-vodonik. Izdvajanje sumpora i njegovo svođenje na sadržaj od 0,1% u prirodnom gasu može da se ostvari primenom više postupaka.
■ U Benfild-postupku kalijum-karbonat (vruć) služi za apsorpciju ugljen-dioksida i sumpor-vodonika. Ovaj postupak se koristi za čišćenje prirodnih gasova koji su sa visokim sadržajem ugljen-dioksida.
■ U Diglikol-amin-postupku upotrebljavaju se amini za apsorpciju sumpor-vodonika. Postupak se primenjuje za čišćenje kiselih gasova.
Fluor-solvent postupak se zasniva na upotrebi (kao apsorbenta) propilen-karbonata, gliceral-triacetata i drugih gliceral-acetata.
■ U Girbitol ili MEA postupku se koristi koncentrovani vodeni rastvor alkanol-amina za apsorpciju sumpor-vodonika.
■ U postupku sa molekulskim sitima ovo adsorpciono sredstvo služi za izdvajanje sumpor-vodonika i ugljen-dioksida. Postupak je pogodan za gasove sa manjim sadržajem H2S.
■ U sulfinal-postupku za apsorpciju sumpor-vodonika se upotrebljava diizopropanolamin i sulfolan.
Za čišćenje rafinerijskih gasova koji sadrže sumpor, najčešće u vidu H2S, služe skruberi sa rastvorom amina: monoetanolamin, dietanolamin ili trietanolamin, zavisno od tipa prirodnog gasa.

ODSUMPORAVANJE OTPADNIH (DIMNIH) GASOVA

Danas se u najvećem obimu komercijalno primenjuju procesi odsumporavanja koji se provode ili pri samom procesu spaljivanja goriva u ložištu ili nakon izlaska gasova iz ložišta. Pre 1982. godine u radu je bilo više od 150 sistema odsumporavanja, od kojih većina u termoelektranama. Glavni postupci odsumporavanja, koji su u zadnjim godinama komercijalno primenjeni, prikazani su u tabeli 12.

Tabela 2. Pregled postupaka odsumporavanja:

Da bi bio uspešan proces odsumporavanja poželjno je da on ispuni sledeće zahteva:
- maksimalno izdvajanje oksida sumpora iz otpadnih (dimnih) gasova,
- da proces osumporavanja značajnije ne poveća cenu proizvedene električne ili toplotne energije
- da je proizvod odsumporavanja pogodan za odlaganje ili da se može korisno upotrebiti,
- da se ostvare minimalni gubici pritiska u glavnoj struji dimnih gasova koji se odsumporavaju,
- da ne dovodi do pada temperature izlaznih gasova, a time i do smetnji kod njihovog izlaska u atmosferu,
- da korišćeni uređaji sadrže minimalni broj pokretnih delova, a da se upotrebljavaju materijali za izradu uređaja za odsumporavanje koji su jeftini, otporni na eroziju i koroziju od strane agresivnih materija koje sadrže gasovi ili sorpcione supstance.

Na izbor tehnologije i opreme za odsumporavanje dimnih gasova iz energetskih postrojenja utiče niz faktora. Oni se grubo mogu svrstati u dve grupe:
■ tehnički faktori, i
■ tehno-ekonomski faktori.

Tehnički faktori obuhvataju:
■ karakteristike termoenergetskog postrojenja,
■ procesne parametre,
■ radne parametre eiektro taložnika,
■ karakteristike goriva,
■ opšte uslove,
■ zakonsku regulativu,
■ karakteristike postrojenja za odsumporavanje,
■ problematiku odlaganja čvrstih otpadnih materijala,
■ problematiku uklapanja postrojenja za odsumporavanje u postojeći termoenergetski objekat.

Tehno-ekonomski faktori obuhvataju:
■ investicione troškove,
■ fiksne pogonske troškove,
■ promenljive pogonske troškove, i
■ ostale faktore.

Veoma je značajno da investicioni i pogonski troškovi odsumporavanja budu što niži. Ovi troškovi zavise od:
- procesa koji se koristi,
- zahteva koji se postavljaju na proces,
- lokalnih uslova,
- toga da li se gradi novo termoenergetsko postrojenje ili ne i si.
Računa se da se investicioni troškovi odsumporavanja kreću od 15-30% ukupnih investicija u termoelektranu, dok se troškovi proizvodnje po kWh proizvedene električne energije mogu povećati za oko 10%. Osnovni parametri koji utiču na visinu investicionog ulaganja su kapacitet termoelektrane i sadržaj sumpora u gorivu.
Smatra se da su veća investiciona ulaganja po jedinici proizvodnje kada su manji kapaciteti energetskih postrojenja. Takođe su veća kapitalna ulaganja ako se koriste goriva sa većim sadržajem sumpora.

Postupci odsumporavanja, s obzirom na mogućnost upotrebe nastalog proizvoda pri odsumporavanju, mogu se podeliti u dve grupe:
■ regenerativnipostupci,i
■ neregenerativni postupci.

Kada se primenjuje regenerativni postupak, proizvod koji nastaje odsumporavanjem dalje se koristi, bilo vraćanjem reaktanta u proces odsumporavanja, bilo korisnom upotrebom. Ovi postupci imaju nekoliko prednosti:
■ dobija se upotrebljiv proizvod ili se materijal višekratno koristi u procesu,
■ smanjuje se zagađenje životne sredine koje bi bilo odlaganjem takvog proizvoda,
■ smanjuju se troškovi odsumporavanja, i
■ štede se prirodni resursi.

Kao primer može poslužiti izdvajanje i dalja upotreba gipsa koji nastaje ako se u procesu odsumporavanja upotrebi kreč ili krečnjak. Proizvodnja sumporne kiseline iz otpadnih gasova koji sadrže sumpor-dioksid takođe je jedan od primera za ovo. Danas se komercijalno primenjuje ova metoda kod procesa topljenja sulfidnih ruda (bakar, olovo, cink i dr.).
Ukoliko se primene neregenerativni postupci odsumporavanja, što je danas slučaj kod većine komercijalnih postrojenja, nastali produkt u procesu odsumporavanja se odlaže kao otpadni materijal. Ovaj postupak, koji je tehnički lakše primeniti, pored ostalog, poskupljuje proces odsumporavanja, a kao otpad odbacuje se dragoceni materijal, kao što je gips, drugi sulfati, sumporna kiselina i dr. Mnogi procesi odsumporavanja koji se danas koriste su neregenerativni iz više objektivnih razloga:
■ velika količina gasa koji se prečišćava sa malim sadržajem sumpor-dioksida i sa dosta drugih primesa daje proizvod koji je nemoguće ili je veoma teško očistiti i iskoristiti,
■ nerentabilnost izdvajanja proizvoda koji nastaje odsumporavanjem, i
■ tehnološko-tehnički uslovi.

Međutim, u svetu se vrše intenzivna istraživanja i pokušavaju uvesti takvi postupci koji će što više ulaznih i izlaznih "otpadnih" materija vraćati u proces ili ih upotrebiti kao korisni proizvod.
Postupci odsumporavanja obzirom na korištene metode mogu biti:
■ mokri postupci,
■ polusuvi postupci, i
■ suvi postupci.

Kod mokrih postupaka otpadni gas koji nosi sumpor-dioksid dolazi u kontakt sa nekim reagensom koji je u rastvoru ili u vidu suspenzije. Kao reagensi upotrebljavaju se krečno brašno, smesa kreča i letećeg pepela, amonijak i dr.
Suvi postupci se temelje na direktnom kontaktu sumpor-dioksida sa nekim čvrstim materijalom. Materijal se može dodavati direktno u ložište ili se obezbeđuje kontakt materijala sa izlaznim gasovima iz ložišta. Kao materijali za odsumporavanje služe kreč, krečnjak i dr.
Pregled osnovnih postupaka odsumporavanja sadrži tabela 12. i šematski prikazan na Slici 2:

Slika 2. Pregled postupaka odsumporavanja koji su komercijalno primenjeni

POLUSUVI POSTUPAK ODSUMPORAVANJA U SKRUBERSKIM UREĐAJIMA

Kod ovoga postupka koristi se dehidrisani kreč (CaO) kao materijal za apsorpciju koji se sa procesnom vodom prevodi u skrubersku suspenziju. Ovaj sistem, kao što pokazuje šematski prikaz dat na slici 44, ima sledeće osnovne uređaje:
■ precipitator čestica,
■ rezervoar sa masom za apsorpciju,
■ apsorber sa sprejom, i
■ glavni precipitator čestica

U rezervoar sa masom za apsorpciju pored kreča dodaje se određena količina nus proizvoda koji nastaju pri procesu čišćenja gasa (8-15%) odakle se suspenzija vodi u sprej apsorber.
Suspenzija kreča se injektuje u sprej apsorber preko distribucionog sistema (rotirajući disk, mlaznice). Nastale fine kapljice veličine između 20 i 40 m se mešaju sa vrućim dimnim gasom koji je, uz pomoć specijalnog distributera gasa, tako raspoređen da se obezbeđuje dobro mešanje sa česticama suspenzije što je uslov efikasnog izdvajanja sumpor-dioksida. Ulazna temperatura dimnog gasa u apsorber je obično 120-160 0C.
Tečna faza skruberske suspenzije ispari u sprej apsorberu, uz hlađenje gasa do temperature od 65-800C. Zbog toga nije potrebno predgrejavanje dimnog gasa, vreme zadržavanja suspenzije (aditiva) u apsorberu obično se kreće između 10 i 50 sekundi. Deo čestica (malog promera) nusproizvoda odsumporavanja pada na dno sprej skrubera. Međutim, glavni deo čestica nosi dimni gas do glavnog precipitatora gde se izdvajaju. Kod ovoga postupka odsumporavanja ne pojavljuju se otpadne vode.

Slika 3. Šematski prikaz suvog sprej skruberskog postupka odsumporavanja

Kao uređaji za izdvajanje čestica iz gasa (glavni precipitator čestica) koriste se elektrostatski taložnici ili filteri. Kod korišćenja filtera obezbeđuje se naknadna reakcija još neizreagovanog aditiva i zaostalog sumpor-dioksida u gasu. U ovoj fazi se obezbeđuje izdvajanje sumpor-dioksida do 20% u odnosu na ukupnu efikasnost odsumporavanja. Samim tim, ukoliko se koristi elektrostatski taložnik za izdvajanje čestica tada je efikasnost odsumporavanja niža.
Izlazna temperatura dimnog gasa iz sprej apsorberaje 10 do 30 K iznad adijabatske temperature zasićenja. Zbog toga je neophodna odgovarajuća termička izolacija taložnika da bi se sprečio pad temperature ispod tačke rošenja.
Nus-proizvod koji nastaje kod procesa odsumporavanja se, u količini od 8-15%, vraća u rezervoar sa suspenzijom i koristi kao apsorpciono sredstvo zajedno sa suspenzijom kreča. Sastav nastalog nus-proizvoda je takav da se on može dalje koristiti u industrijske svrhe.
Investiciono ulaganje u ovaj postupak odsumporavanja gasova zavisi od količine gasa koji se čisti, a takođe od tipa sprej apsorbera i injekcionih sistema.

SUVI POSTUPCI

Prečišćavanje dimnih (otpadnih) gasova se zasniva na reakciji gasovitih ZM (SO2, HC1, HF, SO3) sa dodatim pulverzovanim suvim sorbentom. Nastali produkt se odstranjuje kao suve soli uz pomoć uređaja za otprašivanje. Za ove svrhe se kao sorbenti najčešće koriste kreč, krečnjak i dolomit. Dodatak sorbenta se ostvaruje na tri načina:
■ dodatkom u gorivo,
■ dodatkom u sekundarni vazduh, i
■ dodatkom u gasove iznad plamena.

Slika 4. Šematski prikaz postupka aditivne krečnjačke metode
1 -prijemni silos za kreč; 2 - dnevni bunker za kreč; 3 - mlin za ugalj; 4 - kotao;
5 – elektro taložnik; 6 - čvrsti ostatak; 7- vodena para

Zakljucak

Sumpor u vazduhu nastaje sagorevanjem produkata, koja oksidisu sumpor iz goriva i njegove toksine.
Sumpor dioksid (СО2) je jedan od veoma reaktivnih gasova. kao najveci izvor СО2 emisije je sagorevanje fosilnih goriva u termoelektranama (73%) i ostalih industrijskih objekataa (20%) "oksidi sumpora.". Manji izbori СО2 emisije obuhvataju industrijske procese, kao sto su izdvajanje metala iz rude.
Suvi postupci se zasnivaju na reakciji gasovitih ZM (SO2, HC1, HF, SO3) sa dodatim pulverzovanim suvim sorbentom.
Preko su neophodne mere za smanjenje i uklanjanje ovih gasova u vazduhu koji izazivaju velika oboljenja kod ljudi. Fosilna goriva su opasna zbog toga jer sagorevanjem ispuštaju velike količine štetnih oksida.

Literatura:

http://www.epa.gov/air/sulfurdioxide/

http://www.environment.gov.au/atmosphere

Skripta Zastite vazduha, Visoka tehnoloska skola u Sapcu

 preuzmi seminarski rad u wordu » » »

Besplatni Seminarski Radovi

SEMINARSKI RAD