Kimyasal Arıtma Yöntemleri ve Gaz Kirleticiler

Bu makale, gaz halindeki kirleticileri arındırmak için kullanılan ilk üç kimyasal arıtma yöntemine ışık tutmaktadır. Yöntemler şunlardır: 1. Termal Yakma 2. Katalitik Yakma ve 3. Biyo-Oksidasyon.

Yöntem # 1. Termal Yakma:

VOC'lerin oksidasyonu için kullanılan üç yöntemden, termal yakma yaklaşık 650 ° C veya daha yüksek bir sıcaklıkta gerçekleşirken, diğerleri daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleştirilir. Yakma, yani iki bileşenin yanması, yani yanıcı bir madde ve oksijen gereklidir.

Bir atık gaz akışında bulunan VOC'ler, yanıcı bileşeni teşkil eder ve havadan alınan oksijen, diğer bileşen olarak işlev görür. Bir yanma işleminin ana ürünleri C02, H ₂ O'dur. Bir miktar NO _x ve SO _x de üretilir. İşlem tamamlanmamışsa ürün akışında bazı organik bileşikler de bulunabilir.

Tam bir yanma elde etmek için, yani, VOC'lerin (kirletici maddelerin) tam oksidasyonu için, yanma öncesi ve sırasında bileşenlerin yanlış karıştırılmasından dolayı stokiyometrik olarak gereken miktarın üzerinde fazla hava (oksijen) sağlanması gereklidir. Sürecin kendi kendine kalması için, karışım yanıcı bileşenlere göre ne kadar yalın ne de zengin olmamalıdır. Sınırlayıcı bileşimler, alt ve üst patlayıcı sınırlar olarak adlandırılır.

Bu sınırlar arasında yanma tutuşma üzerine meydana gelir, ancak işlem uygun şekilde kontrol edilmezse patlayabilir. Bir karışımın alt ve üst patlayıcı sınırlarının sayısal değerleri, karışımda bulunan yanıcı türlerine bağlıdır. Ancak, karışımdaki oksijen içeriğinin asla% 15'ten az olmamasına dikkat edilmelidir.

Bir yanma reaksiyonunun tamamlanma derecesi, yanma bölgesinde sıcaklık, kalma süresi ve türbülansa bağlıdır. Düşük tamamlama derecesi, arıtılmış atık su içinde yanmamış organik bileşiklerin (kirletici maddelerin) varlığı anlamına gelir. Reaksiyon hızı, sıcaklıktaki artışla artar. Bu nedenle, daha yüksek bir sıcaklıkta, tam yanma için gerekli kalma süresi (yanma odasında) daha kısa olacaktır.

Başka bir deyişle, daha yüksek bir sıcaklıkta daha küçük bir oda işi yapar. Bununla birlikte, daha yüksek bir sıcaklık sağlamak için, karışımda bulunan yanıcı bileşenler yeterli kalorifik değere sahip değilse, yardımcı yakıt gerekli olabilir. Bir karışımın kalorifik değeri, karışımda mevcut olan yanıcı türlerin konsantrasyonuna bağlıdır.

Termal bir yakma fırını tasarlarken, aşağıdaki üç durumdan biriyle karşılaşılabilir:

İ harfini yaz:

Muamele edilecek gaz yeterli kalorifik değere sahip olacak ve bu nedenle yardımcı yakıt gerekmeyecek, ancak hava (oksijen) sağlanmalıdır. Böyle bir durum, karışımın üst patlayıcı sınırının üstünde bir bileşime sahip olacağı anlamına gelir.

Tip-II:

Gaz ne yardımcı yakıt ne de hava gerektiremez, yani bileşimi alt ve üst patlama sınırları arasında olacaktır. Bu tür bir gaz, aksi takdirde alevin geri tepebileceği, yani yanma odasından kaynağına geri dönebileceği için dikkatli bir şekilde kullanılmalıdır.

Tip-Ill:

Gaz, yanma odasında istenen sıcaklığı korumak için yeterince yüksek kalorifik değere sahip olmayabilir. Bu, karışım bileşiminin düşük patlayıcı limitinin altında olacağı anlamına gelir. Böyle bir gazın yanması için yanma işlemini sürdürmek için yardımcı bir yakıt gerekli olacaktır.

Tip I gaz karışımı nispeten yüksek bir kalorifik değere sahip olacaktır, bu nedenle yakıt olarak kazançlı bir şekilde kullanılabilir. Bir kazan fırınında veya bir işlem ısıtıcısında veya yeterli miktarda hava sağlamak için bir düzeneğe sahip olan uygun şekilde tasarlanmış bir yanma odasında yakılabilir. Tip I gaz karışımının yanması için gereken temel ekipman düşük NOx'li bir brülördür.

Bununla birlikte, yakma sırasında üretilen ısının kullanılmasına yönelik bir alan bulunmadığında, gaz karışımı alevlenebilir, yani, yanma işlemi, atmosferik türbülansın yanma için oksijen sağladığı ve aynı zamanda karışımı teşvik ettiği açık atmosferde gerçekleştirilir. Cihaz bir parlama yığını olarak adlandırılır.

Gazın verildiği yerde bir baca / bacadır. Gaz istifin üzerinden akar ve ortaya çıkacak gibi pilot bir alevi karşılar. Pilot alevi önceden karıştırılmış bir yakıt gazı-hava karışımıyla korunur. Gaz karışımını ateşlemek ve elde edilen alevi tutturmak için kullanılır. Eksik yanma sonucu ortaya çıkanları içeren yanma ürünleri doğrudan atmosfere boşaltılır.

Yanma ürünleri, HC (hidrokarbonlar), CO ve NOx, S02, HCI ve C02 ve H20'nin yanı sıra karbon partikülleri gibi bazı kararlı ara ürünler içerebilir. Yanma verimi, gazın ön-karıştırılmasıyla arttırılabilir. türbülansı artıracak, alevin yanına buhar enjekte edilerek ve / veya hava ile yakılmak. Yanma sırasında ortaya çıkan ısı israf edilir.

Bir parlama yeri seçimi ve istif yüksekliği tahmini için en önemli husus, parlama etrafındaki tesis işletme personeli ve ekipmanının radyoaktif ısı yoğunluğundan kaynaklanan güvenliği olmalıdır. Bir parlama, etrafında yeterli boş alan bulunan bir yere yerleştirilmelidir, böylece bir erkek, parlama sıcağında, gerekirse emniyete doğru koşabilir.

Parlama yığını yüksekliğinin tahmini için, istif etrafındaki işlem ekipmanının (özellikle petrol ham ve petrol fraksiyon depolama tanklarının) maruz kalabileceği maksimum radyoaktif ısı yoğunluğu dikkate alınmalıdır. Bir yığının çapı, gaz karışımının beklenen maksimum hacimsel akış hızına ve alev hızına dayanarak hesaplanacaktır.

Baca yüksekliği ve çapının hesaplanması için gerekli olan diğer veriler ortam sıcaklığı, VOC karışımının ortalama kalorifik değeri, ortalama moleküler ağırlığı, yoğunluk ve alev yayılımı ve baca yüksekliğindeki ortalama rüzgar hızıdır.

Şekil 4.16, havşalı istifin şematik bir gösterimini göstermektedir.

Burada fişeklerin sadece yüksek hacimli konsantre atık gaz akıntıları için kullanılabileceği belirtilmelidir.

Tip II gaz karışımı patlayıcı karışımlar olduğu için dikkatli kullanılmalıdır. Böyle bir karışım, karışım bileşimini yakmadan önce alt patlayıcı sınırının altına indirmek için hava ya da atıl bir gazla seyreltilmelidir. Seyreltilmiş karışımın yakılması için bir miktar yardımcı yakıt gerekebilir.

Yanıcı bir karışımın seyreltilmesi ve daha sonra bazı ilave yakıtların yardımıyla yakılması paradoksal görünebilir. Bununla birlikte, güvenlik açısından zorunlu hale gelir. Seyreltilmiş karışım bir kazan fırınında veya bir işlem ısıtıcısında yanmışsa, hiçbir yardımcı yakıt gerekli değildir.

Orijinal gaz karışımının bir yakıcıda seyreltilmeden yakılması planlanıyorsa, aşağıdaki önlemler alınmalıdır:

(a) Karışımın bir yakma tesisine beslenmeden önce sıkıştırılması için bir buhar püskürtmeli ejektör kullanılmalıdır. Mekanik cihazlar sürtünme ısısı patlamaya neden olabileceğinden kullanılmamalıdır.

(b) Bir yakıcıdan alevin geri tepmesini önlemek için, aşağıda listelenen önlemleri almanız gerekir.

(i) Gaz boru hattına (yakma tesisine giden) elekler gibi delikli plakalar yerleştirilmelidir.

(ii) Seçilen boru çapı, boru içerisindeki gaz hızının karışımın teorik alev hızından daha yüksek olacağı şekilde olmalıdır.

(iii) Gaz karışımı bir sızdırmazlık kabından geçmelidir.

Tip III gaz karışımlarının taşınması ve yakılması güvenlik açısından bir sorun teşkil etmez. Bu tür bir gaz karışımında bulunan yanıcı maddenin (kirletici maddenin) istenen imha derecesi için, bir yardımcı yakıtla ateşlenen bir yanma odasına enjekte edilir ve istenen sıcaklıkta tutulur. Yakma fırınında uygun türbülans ve oksijen konsantrasyonu korunmalıdır.

Tip III gaz karışımının yanması için kullanılacak bir yakma makinesi, bir ucunda bir gaz veya yağla çalışan brülörün bulunduğu bir kutu veya silindirik bir oda olabilir. Yakılacak olan gaz karışımı yakıcıya yakın bir yerde tutulur, böylece yanma ürünleriyle kolayca karışır ve böylece gerekli sıcaklık elde edilir.

Türbülans arttırıcılar, yanma ürünlerinin ve yakılacak gazın çabuk karışmasını sağlamak için kullanılabilir. Mevcut kirleticilerin her birinin kendiliğinden tutuşma sıcaklığı literatürden tespit edilmelidir. Yakma fırınının çalışma sıcaklığı, mevcut bileşenlerin en yüksek otomatik tutuşma sıcaklığının en az birkaç yüz derece üzerinde olmalıdır. Yakma fırını haznesi hacmi (V), ilişki kullanılarak yaklaşık olarak tahmin edilebilir.

V = tx Q,

buradaki Q = çalışma sıcaklığında yanma ürünlerinin hacimsel akış hızı ve t = yakma fırınında gerekli kalma süresi.

Yaklaşık 750 ° C'de, gerekli kalma süresi yaklaşık 0.01 saniye olabilir. Yaklaşık 650 ° C civarında, kirleticilerin aynı derecede imha edilmesini sağlamak için kalma süresinin 0, 01 saniyeden yaklaşık 0, 1 saniyeye çıkarılması gerekir.

Yöntem # 2. Katalitik Yakma:

Katalitik yakma, ayrıca termal yakmaya benzer bir oksidasyon işlemidir. Bununla birlikte, işlem, termal yakma işleminden çok daha düşük bir sıcaklıkta meydana gelir. Sonuç olarak, ilave yakıt ihtiyacı daha azdır. Kullanılan katalizörler, bazı inert seramik malzemelerde olduğu gibi ya da desteklendiklerinde katı taneciklerdir.

Tepkenler ve ürünler gaz halindedir, işlem aşağıdaki adımlarla gerçekleşir:

1. Kirletici ve oksijen moleküllerinin gaz fazından katalizör yüzeyine difüzyonu,

2. Reaktif moleküllerin katalizör yüzeyinde adsorpsiyonu,

3. Adsorbe edilmiş moleküllerin reaksiyonu,

4. Ürün moleküllerinin katalizör yüzeyinden desorpsiyonu ve son olarak,

5. Ürün moleküllerinin gaz fazının kütlesine difüzyonu.

İki tip katalizör normal olarak kullanılır:

(i) Nikel alaşımı ya da alümina ya da seramik üzerine desteklenen platin, paladyum gibi ya da bir arada kullanılan asil metal,

(ii) Baz metaller veya alüminyum, krom, kobalt, bakır, demir, manganez, vanadyum, çinko destekli veya desteklenmeyen metal oksitler.

İkinci tip katalizör ucuzdur ve hazırlanması kolaydır.

Metalik destekler genellikle üzerine katalizörün yerleştirildiği bir şerit şeklindedir. Şeritler daha sonra kıvrılır ve bir mat haline gelir.

Seramik destekler, topaklar veya bir bal peteği yapısı şeklinde olabilir.

Katalizör bazen, katalizör kristal yapısını ve boyutunu değiştirerek katalizör aktivitesini artıran, promotör olarak bilinen bir maddeyle karıştırılır.

Bir katalizörün istenen özellikleri şunlardır:

(i) Düşük sıcaklıkta yüksek aktivite,

(ii) Yapısal stabilite,

(iii) Yıpranmaya karşı direnç ve

(iv) Katalizör yatağı boyunca düşük basınç düşüşü.

Katalizör etkinliği kullanımla çok sık azalır. Bu nedeniyle olabilir:

(1) Katalizör partikülü ile bizmut, arsenik, antimon, çinko, kurşun, kalay, cıva, fosfor, halojen vb. Gibi bazı maddeler arasında, atık gazlarda az miktarda bulunduğunda bile kimyasal reaksiyon,

(2) Bazı kimyasalların katalizör yüzeyine adsorpsiyonu (kimyasal-emme) ve

(3) Katalizör yüzeyinin katran madde ile fiziksel kaplanması.

Katalizör ayrıca yaşlanma sonucu aktivite kaybına uğrar. Bu, erozyon, buharlaşma ve yıpranma nedeniyle metalin (katalizör) kristal yapısındaki değişime bağlı olabilir. Normalde katalizör ömrü 3 ila 5 yıldır.

Bir katalitik yakma maddesi aşağıdaki bileşenlerden / bölümlerden oluşabilir:

(1) Ön ısıtma bölümleri

(2) Bir brülör,

(3) Bir karıştırma odası,

(4) Bir katalizör yatağı,

(5) Bir üfleyici.

Bir katalitik yakma cihazının şematik bir diyagramı Şekil 4.17'de gösterilmektedir.

Katalitik bir yakıcı aşağıda açıklanan şekilde çalışır.

Bir gelen kirletici içeren gaz akımı, aynısını karıştırma odasına beslemeden önce ön ısıtmaya tabi tutulabilir. Karıştırma odasında, gaz akımı, brülörden gelen sıcak baca gazı ile karıştırılır, böylece karışım, katalitik oksidasyonun meydana geleceği sıcaklığa erişebilir. Brülörün amacı, karıştırma odasını ve katalizör yatağını istenen sıcaklıkta tutmak için gereken ısıyı üretmek olacaktır. Yakıt ya bir gaz ya da bir yağ olabilir.

Katalizör yatağı, sıcak baca gazı ile karıştırılan akıntı akımının yataktan geçmesi gerektiği ve hiçbir bölüm yatağı atlayamayacak şekilde düzenlenmiştir. Yanma odasına öyle yerleştirilmelidir ki, yeniden etkinleştirmek ya da değiştirmek için aynı şey kolayca çıkarılabilir. Yakma fırını tertibatının farklı bölümlerindeki basınç kayıplarının üstesinden gelmek için bir üfleyici kullanmak gerekli olabilir.

Bir atık gaz akımında bulunan kirleticilerin tamamen imha edilmesi, bir yakıcıda elde edilmesi zordur ve gerekli olmayabilir. Yüzde 98-99 imha kirletici konsantrasyonunu izin verilen emisyon limitine indirgeyebilir. Tam yanmada VOC'ların çoğu CO ₂ ve H ₂ O üretir.

Eksik yanma nedeniyle bazı karbon monoksit de üretilebilir. Yakma ile ilgili bazı VOC'ler S02, S03, halojenler ve Cl2, HCL gibi halojenli bileşikler gibi kirletici maddeler üretebilir. Yakma fırını egzoz akışının (yukarıda adı geçen kirleticilerin giderilmesi amacıyla) nihai atılmasından önce işlemden geçirilmesi gerekebilir.

Yöntem # 3. Biyo-Oksidasyon:

Bir kirletici içeren gaz akımının biyo-oksidasyonu şu durumlarda gerçekleştirilebilir:

(i) Mevcut kirleticiler biyolojik olarak parçalanabilir,

(ii) Akıntı, aerobik bakteriler için toksik hiçbir kirletici içermez ve

(iii) Akışın hacimsel akış hızı yüksek değil.

Bu işlem, ana oksidasyon ürünlerinin C02 ve H20 olacağı anlamında yanma işlemine benzer. Bununla birlikte, işlem çevre sıcaklığında gerçekleşir ve oluşan ısı kolayca dağılır.

Doğru aerobik mikrop türleriyle önceden tohumlanmış gözenekli toprak yatağından yeterli miktarda hava ile karıştırılan bir kirletici içeren gaz akışı geçirilerek gerçekleştirilir. Mikroplar VOC'leri metabolik aktiviteleri için kullanırlar. Bu amaç için gereken oksijen havadan alınır. Yatak boyutu, istenen kirletici tahribat derecesinin elde edilmesi için yeterli temas süresinin olacağı şekilde olmalıdır.

Bu işlemin yakma işlemlerine göre en büyük avantajları şunlardır:

(i) İlave yakıt gerekli değildir,

(ii) Maliyetli bir işlem ekipmanına ihtiyaç duyulmaz ve

(iii) Süreci kontrol etmek için çok az dikkat gösterilmesi gerekmektedir.

Bu işlemin en büyük dezavantajı, yakma işlemleri için gerekenden daha fazla yatak hacmi şeklinde daha fazla alan sağlanmasıdır.