ΑΕΡΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ

Transcript

1 ΑΕΡΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Βλυσίδης Απόστολος Καθηγητής ΕΜΠ

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Στατικοί διαχωριστές ή θάλαμοι καθίζησης με βαρύτητα Αποτελεί μία απλή διάταξη διαχωρισμού σωματιδίων λόγω βαρύτητας. Με αύξηση της διατομής ροής του αερίου, η ταχύτητα του ελαττώνεται έτσι επιτυγχάνεται κατακρύμνηση των βαρύτερων αιωρούμενων σωματιδίων. Χρησιμοποιούνται για απομάκρυνση σωματιδίων μεγέθους >50μm και για μέγιστη ταχύτητα ροής του αερίου 3 m/sσε ένα εύρος συγκεντρώσεων από 1 έως 100 g/m 3. Η απόδοση τους στην απομάκρυνση σωματιδίων με διάμετρο μεγαλύτερη των 50 μm ανέρχεται σε 90 % σε ποσοστό σωματιδίων αλλά κάτω από 50% σε ποσοστό βάρους Στα πλεονεκτήματά τους εντάσσονται ο απλός σχεδιασμός, κατασκευή και λειτουργία τους, η μικρή πτώση πίεσης του διερχομένου αερίου και η δυνατότητα επανάκτησης της συγκρατούμενης σκόνης ενώ στα μειονεκτήματα εντάσσονται η απαίτηση για μεγάλο χώρο και η μικρή απόδοση συλλογής της σκόνης. Χρησιμοποιούνται συνηθως ως προ-επεξεργασία για την προστασία πιό ευαίσθητων συστημάτων επεξεργασίας που ακολουθούν σε σειρά. Εφαρμόζεται σε διεργασίες θραύσης και άλεσης. Η κατανάλωση ισχύος ανέρχεται σε 5.3 kw/1000 m 3 /min. 3

4 Αεριοκυκλώνες ΑΕΡΙΟ ΣΚΟΝΗ ΑΕΡΙΟ + ΣΚΟΝΗ ΑΕΡΙΟ + ΣΚΟΝΗ Δοχείο συλλογής σκόνης Είναι απλές φυγοκεντρικές διατάξεις διαχωρισμού των αιωρούμενων σωματιδίων από μία αέρια παροχή. Αποτελούνται από ένα κυλινδρικό δοχείο όπου το αέριο εισέρχεται εφαπτομενικά με ταχύτητα m/s. Βασική παράμετρος σχεδιασμού του αποτελεί η διάμετρος των σωματιδίων d 50 η οποία ορίζεται ως η θεωρητική διάμετρος που διαιρεί το σύνολο των αιωρούμενων σωματιδίων του αερίου αριθμητικά σε δύο ίσα κατά βάρος μέρη. Οι κυκλώνες χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση σωματιδίων μεγέθους 5-25 μmκαι για ένα εύρος συγκεντρώσεων από 2.5 έως 100 g/m 3.Η απόδοση τους, για σωματίδια με λόγο διαμέτρου d p /d 50 >3, ανέρχεται σε ποσοστό πάνω από 90%. Στα πλεονεκτήματά εφαρμογής τους εντάσσεται ο απλός σχεδιασμός τους, η απλή κατασκευή και λειτουργία τους, η μικρή έως μέτρια πτώση πίεσης του διερχόμενου αερίου και ο μη επηρεασμός τους από την θερμοκρασία του αερίου. 4

5 Αεριοκυκλώνες Συλλέκτης Πολλαπλών Αεριοκυκλώνων Μικρής διαμέτρου Στα μειονεκτήματα τους εντάσσεται η μικρή απόδοσή τους όσον αφορά τον διαχωρισμό της λεπτής σκόνης και ο επηρεασμός της απόδοσης στις μεταβολές της συγκέντρωσης της σκόνης και της παροχής των απαερίων.η απόδοση των κυκλώνων αυξάνει με την αύξηση της διαμέτρου των σωματιδίων και της πυκνότητάς τους, με την αύξηση της ταχύτητας εισόδου τους, με την ελάττωση της πυκνότητας του αερίου ρεύματος, με την ελάττωση της διαμέτρου του κυκλώνα και με την διαβροχή των τοιχωμάτων του κυκλώνα (υγροί κυκλώνες). Όμως όλοι οι παράγοντες που αυξάνουν την απόδοση του κυκλώνα αυξάνουν ταυτόχρονα και την πτώση πίεσης του διερχομένου απαερίου. Οι κυκλώνες χρησιμοποιούνται για τον πρωτογενή καθαρισμό απαερίων πριν τον τελικό καθαρισμό τους σε συστήματα υψηλής απόδοσης (π.χ. ηλέκτροφιλτρα). Για μεγάλες παροχές χρησιμοποιούνται συστοιχίες κυκλώνων σε παράλληλη σύνδεση όμως η απόδοσή τους μειώνεται πολύ όταν η συγκέντρωση των σωματιδίων στα απαέρια είναι μικρότερη από 2.5 g/m 3. Η κατανάλωση ισχύος ανέρχεται σε 52.7 kw/1000 m 3 /min. 5

6 Μέθοδος Θάλαμοι καθίζησης Μέγεθος Σωματιδίων (μm) Απόδοση (%) Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα > 50 < 50 Χαμηλό κόστος Μέτριας αποτελεσματικότητας, ιδιαίτερα για μικρά σωματίδια Κυκλώνες Χαμηλό κόστος κεφαλαίου Λειτουργία και σε υψηλές θερμοκρασίες Χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης καθώς δεν περιλαμβάνουν κινητά τμήματα Χαμηλές αποδόσεις Υψηλό κόστος λειτουργίας λόγω της υψηλής πτώσης πίεσης 6

7 ΚΑΘΑΡΟ ΑΕΡΙΟ ΣΥΛΛΕΚΤΗΣ ΑΧΛΥΟΣ Διαχωριστήρες πρόσκρουσης ή συλλέκτες αχλύος Πρόκειται για διατάξεις συγκράτησης σταγονιδίων (aerosol) με απόδοση συγκράτησης 100% για σταγονίδια άνω των 10 μm και απόδοση 95-99% για μικρότερης διαμέτρου σταγονίδια. Είναι απλοί μηχανισμοί συμπύκνωσης λεπτών σταγονιδίων (αχλύος) που περιέχονται σε ροές αερίων σε συγκεντρώσεις από g/m 3. Συνήθως είναι κατασκευασμένοι από χάλυβα δημιουργώντας μία πτώση πίεσης στη ροή του αερίου <35 mm H 2 O. 7

8 Φίλτρα στρώματος ή κλίνης διηθητικού υλικού Εφαρμόζονται στον τελικό καθαρισμό των απαερίων σε μονάδες παραγωγής οξέων, συμπύκνωσης και συσκευασίας με σκοπό να συγκρατήσουν την σκόνη και τα σταγονίδια όξινης ομίχλης. Αποτελούνται από ανοξείδωτα μέταλλα, υαλομβάμβακα ή και πλαστικές ίνες. Μπορούν να συγκρατήσουν από 0.3 έως 2.0 kg σκόνης για κάθε m 2 επιφάνειας του φίλτρου. Συνήθως είναι μιας χρήσεως και θεωρούνται αναλώσιμο υλικό. 8

9 Αεριοσυπιεστής Venturi Σακκόφιλτρα Έξοδος καθαρού αερίου Συλλογή σκόνης Εισαγωγή ρυπασμένου αερίου Σακκόφιλτρα παλμικών ακροφυσίων Πρόκειται για διατάξεις διήθησης αερίων μέσω υφασμάτινων ινών που χρησιμοποιούνται για την ξηρή απομάκρυνση σωματιδίων και παρουσιάζουν υψηλή απόδοση της τάξης του 99% ενώ μπορούν να συγκρατήσουν σωματίδια διαμέτρου μέχρι και 1 μm. Εφαρμόζονται, ως 2 ο στάδιο απομάκρυνσης σωματιδίων μετά από κυκλώνες, σε διεργασίες διακίνησης υλικών, θραύσης ή άλεσης ή λειοτρίβησης στερεών α υλών, επικάλυψης και φινιρίσματος τελικών προϊόντων, για πνευματική μεταφορά α υλών και προϊόντων καθώς και σε απαέρια κλιβάνων και ξηραντήρων. Για την καλή λειτουργία τους πρέπει η παροχή του αερίου να είναι από 0.6 έως 1.5 m 3 για κάθε min και για κάθε m 2 υφάσματος ενώ η ταχύτητα διέλευσης του αερίου πρέπει να κυμαίνεται από 0.5 έως 3 m/min. 9

10 Μηχανισμός τινάγματος των σάκκων Σακκόφιλτρα Έξοδος καθαρού αερίου Εισαγωγή ρυπασμένου αερίου Συλλογή σκόνης Σακκόφιλτρα τινάγματος Κυλινρικα σακκόφιλτρα Έξοδος καθαρού αερίου Εισαγωγή ρυπασμένου αερίου Στην απόδοση τους επιδρά ο τύπος των ινών του υφάσματος, ό τρόπος ύφανσης (πλέξη ή τσόχα) ο τρόπος καθαρισμού τους (παλμικών ακροφυσίων ή τινάγματος) καθώς και η θερμοκρασία του αερίου. Ανάλογα με την ευκολία απομάκρυνσης του στρώματος της σκόνης η πτώση πίεσης του διερχόμενου αερίου κυμαίνεται από mm H 2 O. Συνήθως το υλικό κατασκευής του υφάσματος αποτελείται από βαμβάκι ή μαλλί ή συνθετικά πολυμερή όπως modacrylic (dynel), polypropylene, acrylic (orton), nylon polyamide (nylon 6 ή 66) polyester (Dacron, Creslan), nylon aromatic (Nomex) και fluorocarbon (teflon TFE). Η κατανάλωση ισχύος ανέρχεται σε 39.5 kw/1000 m 3 /min. 10

11 Μέθοδος Μέγεθος Σωματιδίων (μm) Απόδοση (%) Πλεονεκτήματα Σακκόφιλτρα < 1 > 99 Εξαιρετικά υψηλή απόδοση, ακόμα και για πολύ μικρά σωματίδια Κατάλληλα για πολλά διαφορετικά είδη σκόνης Σχεδιαστική διαρρύθμιση που επιτρέπει την επεξεργασία αερίων ρευμάτων ευρείας κλίμακας ογκομετρικής παροχής Σχετικά χαμηλές πτώσεις πίεσης Μειονεκτήματα Υψηλό κόστος Μεγάλες απαιτήσεις χώρου Λειτουργία μόνο σε συνθήκες ξηρασίας Ευαισθησία των υφασμάτων έναντι υψηλών θερμοκρασιών και παρουσίας διαβρωτικών χημικών ουσιών Κίνδυνος φωτιάς ή έκρηξης 11

12 Ηλεκτρ όδια υψηλής τά σ ης Ηλεκτροστατικά φίλτρα ή Ηλεκτρόφιλτρα Έξοδ ος καυσα ερίων Είσοδο ς καυ σα ερίω ν Πλά κες συλλογ ής σω μα τιδ ίων Βαρίδια η λεκτροδ ίων Πρόκειται για διατάξεις, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση σωματιδίων διαμέτρου μέχρι 0,1 μ με απόδοση 95-99%. Στις διατάξεις αυτές τα αέρια διοχετεύονται σε ιονισμένο πλέγμα όπου τα μόρια της σκόνης και τα σταγονίδια φορτίζονται θετικά και έλκονται από τις αντίθετα φορτισμένες εκατέρωθεν πλάκες. Τα υλικά που συγκρατούνται, συλλέγονται σε υποδοχείς και απομακρύνονται περιοδικά. Οι απομακρυνόμενοι ρύποι μπορεί να είναι σκόνη, ελαιώδες νέφος ατμοσφαιρικού αέρα, ιπτάμενη τέφρα, πίσσα και όξινη ομίχλη. 12

13 Ηλεκτροστατικά φίλτρα ή Ηλεκτρόφιλτρα Εφαρμόζονται, ως 2 ο στάδιο απομάκρυνσης σωματιδίων μετά από κυκλώνες, σε διεργασίες διακίνησης υλικών κατά την οποία παράγεται λεπτόκκοκη σκόνη καθώς και σε απαέρια κλιβάνων και ξηραντήρων υψηλής θερμοκρασίας. Η απόδοσής τους επηρεάζεται από τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των πλακών συλλογής, την μεταξύ τους απόσταση, την ταχύτητα διέλευσης των απαερίων, την ταχύτητα παράσυρσης των σωματιδίων που έχουν επικαθήσει στις πλάκες, την εφαρμοζόμενη τάση, την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, το ρεύμα Corona, την παροχή του αερίου, την πίεση και την θερμοκρασία του αερίου, την συγκέντρωση (<0.1 g/m 3 για χαμηλή τάση και 1-2 g/m 3 για υψηλή τάση) το ειδικό βάρος και την κατανομή μεγέθους των σωματιδίων καθώς και την ηλεκτραγωγιμότητα των σωματιδίων (10 7 έως Ohms/cm). Στα πλεονεκτήματα εφαρμογής των ηλεκτρόφιλτρων αναφέρονται: η ικανότητά τους να συγκρατούν πολύ μικρών διαστάσεων σωματίδια, την συλλογή ξηράς σκόνης από την οποία μπορούν να ανακτηθούν προϊόντα και παραπροϊόντα, μπορούν να λειτουργούν σε θερμοκρασίες μέχρι και 535 o C, μπορούν να επεκταθούν εύκολα, να συνεργαστούν με άλλες μονάδες αντιρρύπανσης, έχουν χαμηλή πτώση πίεσης του διερχόμενου αερίου (13 mm H 2 O περίπου) και έχουν χαμηλό λειτουργικό κόστος. Το μειονέκτημα των διατάξεων αυτών είναι το υψηλό κόστος εγκατάστασης και σχετικά σημαντικό κόστος λειτουργίας λόγω ενεργειακής κατανάλωσης. Η κατανάλωση ισχύος ανέρχεται 13 σε 26.3 kw/1000 m 3 /min.

14 Μέθοδος Μέγεθος Απόδοση Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Σωματιδίων (%) (μm) Ηλεκτρόφιλτρα < Επεξεργασία μεγάλου όγκου αερίων με μικρή πτώση πίεσης Πολύ υψηλές αποδόσεις ακόμα και για πολύ μικρά σωματίδια Δυνατότητα ξηρής συλλογής χρήσιμων υλών ή υγρής συλλογής αιθάλης και ομίχλης Λειτουργία σε ευρεία κλίμακα θερμοκρασιών Χαμηλό κόστος λειτουργίας, όταν δεν απαιτείται πολύ υψηλή απόδοση Υψηλό κόστος κεφαλαίου Σχετικά άκαμπτα σε αλλαγές των συνθηκών λειτουργίας Μη δυνατότητα ελέγχου αέριων ρύπων Μεγάλες απαιτήσεις χώρου Πιθανότητα αποτυχίας στην περίπτωση σωματιδίων με πολύ υψηλή ηλεκτρική αντίσταση 14

15 Βαλβίδα ευθυγράμισης Καθαρισμένο αέριο Εισαγωγή ρυπασμένου αερίου Καθαρισένο αέριο Mist eliminator Πλυντρίδες (spray scrubbers) Καθαρισένο αέριο Ανακλαστικος δίσκος Μηχανισμός δημιουργίας σπρέϋ Εφαπτόμενη εισαγωγή του αερίου Εισαγωγή νερού Venturi Λαιμός Διαχωρισμός υγρού/αερίου Mist eliminator Νερό ανακύκλωσης Ρυθμιζομενο φράγμα Αγωγός εισαγωγης Εισαγωγή ρυπασμένου αερίου Απόβλητο προς δεξαμενή καθίζησης και ανακύκλωση 15 Εξαγωγή υγρού Εισαγωγή νερού αποβλήτου Πλυντρίδα τύπου κυκλώνα Παροχή νερού: L/m 3 Απόδοση 80% για d=1 μm Απόβλητο προς δεξαμενή καθίζησης και ανακύκλωση Πλυντρίδα τύπου venturi Παροχή νερού: L/m 3 Απόδοση 90% για d= 1μm Κάθετος πύργος ψεκασμού Παροχή νερού: L/m 3 Απόδοση 80% για d>10μm

16 Πλυντρίδες (spray scrubbers) Πλυντρίδα με πληρωτικό υλικό Παροχή νερού: L/m 3 Απόδοση 80% για d= 1-10μm 16 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΟΥ ΑΕΡΙΟΥ 3ο ΣΤΑΔΙΟ Υγρό απόβλητο Δοχείο Γ Αντλία Mist eliminator 2ο ΣΤΑΔΙΟ Δοχείο Β 1ο ΣΤΑΔΙΟ Αντλία Δοχείο Α Καθαρό νερό Αντλία Πολυβάθμιος οριζόντιος πύργος ψεκασμού Παροχή νερού: L/m 3 Απόδοση 80% για d>10μm ΕΞΑΓΩΓΗ ΑΕΡΙΟΥ Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου έναντι των σακκόφιλτρων και των ηλεκτρόφιλων είναι: η παράλληλη απομάκρυνση και αέριων ρύπων (βλέπε συστήματα προσρόφησης), το μικρό απαιτούμενο μέγεθος των εγκαταστάσεων, την αποτελεσματικότητά τους για μεγάλο εύρος φορτίσεων, το χαμηλό κόστος εγκατάστασης και συντήρησής τους καθώς και το γεγονός ότι η λειτουργία τους δεν επηρεάζεται από την υγρασία του αερίου καθώς και από την τοξικότητά του. Οι πύργοι καταιονισμού έχουν μία κατανάλωση ισχύος που ανέρχεται σε 19.8 kw/1000 m 3 /min ενώ οι πύργοι πλύσεως τύπου venture καταναλώνουν 158 kw/1000 m 3 /min.

17 Έξοδος νερού 17 Ρύποι και νερό απορρίπτονται περιφεριακά Έξοδος αερίου Σπρέϋ νερού Μηχανική φυγοκεντρική Πλυντρίδα Παροχή νερού: L/m 3 πόδοση 96% για d= 2-10μm Είσοδος αερίου Είναι διατάξεις συγκράτησης των αιωρούμενων σωματιδίων που περιέχονται σε μία αέρια ροή και βασίζονται στη βεβιασμένη διέλευση, κατ αντιρροή, του αερίου μέσα από σπρέϋ νερού. Από τις διατάξεις αυτές μπορούν να απομακρυνθούν σωματίδια και σταγονίδια ελαίου μεγέθους μικρότερου των 10 μm. Εφαρμόζεται σε αέριες εκπομπές ρύπων που προέρχονται από διεργασίες μεταφοράς υλικών, ανάμιξης, κοσκίνισης, ζύγισης ενσάκκισης, θραύσης, άλεσης, λειοτρίβησης και καύσης οργανικών σε κλιβάνους. Σπάνια χρησιμοποιείται σε εκπομπές πνευματικής μεταφοράς υλικών. Παράγοντες που επιδρούν στην λειτουργία τους είναι η γεωμετρική μέση κατά βάρος διάμετρος των σωματιδίων (d 50 ), η συγκέντρωση των σωματιδίων στην παροχή του αερίου (1-100 g/m3), η παροχή και θερμοκρασία του αέριου ρεύματος καθώς και η κατανομή μεγέθους των σωματιδίων. Εφαρμόζεται συνήθως σαν 2 ο στάδιο απομάκρυνσης των σωματιδίων όπου το 1 ο στάδιο είναι συνήθως οι αεριοκυκλώνες. Υπάρχουν διάφοροι τύποι πληντρίδων με διαφορετικές απαιτήσεις σε νερό ψεκασμού και αποδόσεις όπως παρουσιάζονται στα σχηματικά διαγράμματα.

18 Μέθοδος Μέγεθος Απόδοση Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Σωματιδίων (%) (μm) Υγροί καθαριστήρες (α) Πύργοι ψεκασμού (β) Υγροκυκλώνες (γ) Venturi > 10 > 2.5 > 0.5 < 80 < 80 < 99 Υψηλές αποδόσεις Ταυτόχρονη κατακράτηση και μέρους των αέριων ρύπων Επεξεργασία εύφλεκτης και εκρηκτικής σκόνης σχετικά ακίνδυνα Δυνατότητα επεξεργασίας ομιχλών Ταυτόχρονη ψύξη των θερμών αερίων Εξουδετέρωση διαβρωτικών αερίων και σκόνης Πολύ υψηλό κόστος λειτουργίας λόγω της υψηλής πτώσης πίεσης Απαίτηση για διάθεση της υγρής λάσπης που παράγεται Κίνδυνος καταστροφών από διάβρωση Απαίτηση για προστασία απέναντι σε φαινόμενα ψύξης. Πιθανόν τα απαέρια να χρειαστούν θέρμανση προς αποφυγή δημιουργίας ορατού πλουμίου Πιθανή μόλυνση των συλλεγόμενων σωματιδίων με αποτέλεσμα να μην είναι ανακυκλώσιμα Προβλήματα μόλυνσης από το παραγόμενο υγρό 18

19 Διάμετρος Σωματιδίων σε Microns Rosin Smoke Ε ί δ ο ς Σ ω μ α τ ι δ ί ω ν X-Rays Oil Smoke Fly Ash Tobacco Smoke Coal Dust Metallurgical Dust Ammonium Chloride Cement Dust Carbon Black Pulverize Coal Paint Pigments Insecticide Dust Viruses Pollen Aitken Nuclei Milled Flour Alkali Fume Zinc Oxide Fume Sand Mist Smog Fog Bacteria Human Hair Rain S ettling chamber Large cyclones Φ mm cyclones cyclones to Φ 1000 mm wet scrubbers bag filters fibre filters (pads) wet scrubbers (venturi) paper filter Ηλεκτροστατικά Φ ίλτρα

20 ΑΕΡΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ 20

21 Εισαγωγή υγρού έκπλυσης Δάπεδο στήριξης 21 Καθαρισμένο αέριο Πύργος απορρόφησης με πληρωτικό υλικό ατάκτως κατανεμημένο Πληρωτικό υλικό σε τυχαία διάταξη Απαέριο Εξαγωγή υγρού έκπλυσης Συστήματα απορρόφησης Είναι συστήματα που φέρνουν σε εξαναγκασμένη επαφή τον αέριο ρύπο με ένα κατάλληλο υγρό απορρόφησης. Η μεταφορά του ρύπου από την αέρια φάση στην υγρή βασίζεται στην δυναμική προσπάθεια του αερίου να προσεγγίσει το σημείο κορεσμού του στο υγρό (νόμος του Henry) υπερνικώντας την αντίσταση της μονομοριακής διεπιφάνειας υγρού-αερίου (θεωρία των δύο στοιβάδων). Τα συστήματα αυτά αποτελούνται από πύργους που περιέχουν είτε ένα αδρανές στερεό υλικό (πληρωτικό υλικό) με μεγάλη ειδική επιφάνεια (m 2 /m 3 ), ατάκτως (ή όχι) κατανεμημένο, είτε οριζόντιους δίσκους (πλατώ) ώστε να συμβάλει στην όσο το δυνατόν καλύτερη επαφή του αερίου με το υγρό. Η κίνηση των δύο ρευστών, αερίου-υγρού, εντός του πύργου γίνεται κατά αντιρροή με κατακρήμνιση του υγρού από την κορυφή του πύργου και συλλογή του στον πυθμένα. Παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοσή των πύργων είναι: το υγρό απορρόφησης, η ειδική επιφάνεια του πληρωτικού υγρού, ο λόγος υγρού/αερίου, η θερμοκρασία, η πτώση πίεσης του διερχόμενου αερίου, το ιξώδες η πυκνότητα και ο συντελεστής διάχυσης και οι παροχές των ρευστών ρευμάτων (αερίου-υγρού), καθώς και η συγκέντρωση των ρύπων. Συνήθως τα συστήματα αυτά εφαρμόζονται για την απομάκρυνση α) των αέριων ρύπων HCl, HF, SO 2, SO 3, H 2 S, Cl 2, NΗ 3, και NO x β) σταγονίδια HNO 3 και Η 2 SO 4 και γ) VOC s(οργανικά αέρια). Ως υγρά απορρόφησης χρησιμοποιούνται: το νερό, υδατικά διαλύματα οξέων ή βάσεων, υδατικά ιαλύματα διαφόρων αλάτων (όπως π.χ. NaCO 3 ) ή οξειδίων (όπως π.χ. MgO) καθώς και ορυκτελαίων ανάλογα με το είδος του προς απομάκρυνση ρύπου.

22 22 Συστήματα απορρόφησης Τα συστήματα αυτά αποτελούνται από πύργους που περιέχουν είτε ένα αδρανές στερεό υλικό (πληρωτικό υλικό) με μεγάλη ειδική επιφάνεια (m 2 /m 3 ), ατάκτως (ή όχι) κατανεμημένο, είτε οριζόντιους δίσκους (πλατώ) ώστε να συμβάλει στην όσο το δυνατόν καλύτερη επαφή του αερίου με το υγρό. Η κίνηση των δύο ρευστών, αερίου-υγρού, εντός του πύργου γίνεται κατά αντιρροή με κατακρήμνιση του υγρού από την κορυφή του πύργου και συλλογή του στον πυθμένα. Παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοσή των πύργων είναι: το υγρό απορρόφησης, η ειδική επιφάνεια του πληρωτικού υγρού, ο λόγος υγρού/αερίου, η θερμοκρασία, η πτώση πίεσης του διερχόμενου αερίου, το ιξώδες η πυκνότητα και ο συντελεστής διάχυσης και οι παροχές των ρευστών ρευμάτων (αερίου-υγρού), καθώς και η συγκέντρωση των ρύπων. Συνήθως τα συστήματα αυτά εφαρμόζονται για την απομάκρυνση α) των αέριων ρύπων HCl, HF, SO 2, SO 3, H 2 S, Cl 2, NΗ 3, και NO x β) σταγονίδια HNO 3 και Η 2 SO 4 και γ) VOC s(οργανικά αέρια). Ως υγρά απορρόφησης χρησιμοποιούνται: το νερό, υδατικά διαλύματα οξέων ή βάσεων, υδατικά ιαλύματα διαφόρων αλάτων (όπως π.χ. NaCO 3 ) ή οξειδίων (όπως π.χ. MgO) καθώς και ορυκτελαίων ανάλογα με το είδος του προς απομάκρυνση ρύπου.

23 Απόδοση απομάκρυνσης σε πύργους απορρόφησης Είδος αέριου ρύπου Υγρό απορρόφησης Απόδοση απομάκρυνσης SO 2 διάλυμα Na 2 SO 3 <100 ppm SO 2 διάλυμα NH 3 <50 ppm ΝΟ x διαλυμα ουρίας ppm HCl νερο >90% H 2 S Naffi >80% SO 2 διάλυμα NH 3 >95% SO 3 διάλυμα NH 3 >90% NH 3 διάλυμα ΗNΟ 3 >99% NH 3 διάλυμα Η 2 SO 4 >99% NO 2 διάλυμα ΗNΟ 3 >99% H 2 S νερό >85% CS 2 νερό >60% CH 3 OH νερό >80% VOC s νερό >85% F 2 νερό >97% F 2 διάλυμα Η 2 SO 4 >98% F 2 θαλασσινό νερό >92% Cl 2 νερό >95% 23

24 Αέριοι Ρύπη Σύστημα προσρόφησης και αναγέννησης με ενεργό άνθρακα Μονάδα διαχωρισμού σωματιδίων Σωματίδια Φυσητήρας Μονάδα σε λειτουργία Ενεργός άνθρακας Καθαρός ατμός Μονάδα διαχωρισμού ρύπων Ρύπη Μονάδα σε αναγέννηση Καθαρισμένο αέριο Ατμός Συστήματα προσρόφησης Πρόκειται για διατάξεις επιλεκτικής προσρόφησης των ατμοσφαιρικών ρύπων όπως οργανικών διαλυτών (VOCs) σε στερεά (π.χ. σε ενεργό άνθρακα). Οι διατάξεις αυτές μπορούν να εξασφαλίσουν συγκεντρώσεις VOCs < 1 ppm. Εφαρμόζεται για τον καθαρισμό αέριων εκπομπών από χημικές διεργασίες υδρογονανθράκων και στον εξαερισμό δεξαμενών αποθήκευσης υγρών αποβλήτων. 24

25 Συστήματα προσρόφησης Η αποτελεσματικότητα των συστημάτων αυτών εξαρτάται από το κατά πόσο το αέριο είναι απαλλαγμένο από αιωρούμενα σωματίδια. Επομένως, πρέπει να προηγηθούν συστήματα σακκόφιλτρων ή πλυντρίδων. Το ρεύμα τροφοδοσίας σε κλίνη ενεργού άνθρακα πρέπει να έχει υγρασία χαμηλότερη από 50% οπότε σε ορισμένες περιπτώσεις προηγείται αφύγρανση. Σε περίπτωση χρήσης silica gel σαν μέσο αφύγρανσης το αέριο ρεύμα πρέπει να είναι εντελώς ξηρό. Η απόδοση της κλίνης ενεργού άνθρακα είναι αυξημένη όταν οι οργανικές ενώσεις είναι μεγάλου μοριακού βάρους ή είναι ακόρεστες ενώσεις ή περιέχουν κυκλικές ενώσεις. Σε περίπτωση επεξεργασίας θερμών ρευμάτων (θερμοκρασία σημαντικά μεγαλύτερη από 40 C), πρέπει να χρησιμοποιηθούν εναλλάκτες θερμότητας για την ψύξη τους και επομένως τη διατήρηση της απόδοσης σε υψηλά επίπεδα. Όταν το προσροφητικό μέσον, συνήθως ενεργός άνθρακας, κορεσθεί σε οργανικές ενώσεις είτε απορρίπτεται ως στερεό απόβλητο είτε επαναχρησιμοποιείτε μετά από αναγέννησή του. Ο συνήθης τρόπος αναγέννησης του εξαντλημένου μέσου είναι με τη χρήση ατμού όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Στην περίπτωση αυτή προκύπτει και ένα ρυπασμένο συμπύκνωμα που απαιτείται επεξεργασία του σαν υγρό απόβλητο. Η απόδοση των συστημάτων απορρόφησης ανέρχεται σε 95-99% και εξαρτάται από την θερμοκρασία του αερίου, την πίεση ισορροπίας, την ποσότητα του υλικού προσρόφησης, την παροχή του αέριου ρεύματος, την συγκέντρωση ρύπων καθώς και το μοριακό βάρος των ρυπογόνων ουσιών. 25

26 Συμπυκνωτήρες Είναι μια διάταξη μείωσης όγκου απαερίων με υγροποίηση και μερική ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση μη ιδιαίτερα πτητικών υλικών που εμπεριέχονται στα απαέρια. Εφαρμόζονται συνήθως ως προεπεξεργασία για τη μείωση υψηλού φορτίου αέριων ρύπων από αέρια ρεύματα πριν από την κύρια επεξεργασία τους από κάποιο άλλο σύστημα υψηλής απόδοσης όπως σε αντιδραστήρες προεξουδετέρωσης μονάδων συνθέτων λιπασμάτων καθώς και σε μονάδες ανάκτησης διαλυτών. Το πλέον συνηθισμένο μέσον ψύξης που χρησιμοποιείται είναι το νερό. Σε περίπτωση παρουσίας υδρατμών στο αέριο ρεύμα, προηγείται αφύγρανση προκειμένου να αποφευχθεί η πιθανότητα μειωμένης απόδοσης της συμπύκνωσης. 26

27 Πυρσός Αποτελεί μία απλή διάταξη καυστήρα ο οποίος σκοπό έχει να καίει κάθε καύσιμο απαέριο. Χρησιμοποιείται σαν μηχανισμός ασφαλούς ανακούφισης κάθε δικτύου διακίνησης καυσίμων αερίων όπως σε διυλιστήρια πετρελαίου, μονάδες αναερόβιας χώνευσης κ.ά. Περιλαμβάνει μηχανισμό δημιουργίας μόνιμης φλόγας που τροφοδοτείται από δευτερογενές καύσιμο συνήθως LPG. 27

28 Συστήματα καύσης καταλυτικοί μετατροπείς Καυστήρας Αποτεφρωτήρας Απαέριο Ανάκτηση θερμότητας Μετακαυστήρας απαερίων καταλύτης Καθαρισμένο αέριο Η καύση σαν μέθοδος καταστροφής οργανικών ρύπων είναι αποτελεσματική για μεγάλο εύρος αέριων ρύπων όπως πτητικές οργανικές ενώσεις, εκπομπές διαλυτών, ή ακόμα και οργανικά σωματίδια. H καύση απαιτεί θερμοκρασία Τ > ο C με χρόνο παραμονής t > 0,5 s ώστε να επιτευχθεί η πλήρης οξείδωση των οργανικών. Μειονέκτημα της καύσης είναι η υψηλή απαίτηση ενέργειας για τη διατήρηση συνεχώς της υψηλής θερμοκρασίας. Ο συνδυασμός των διατάξεων καύσης με διατάξεις ανάκτησης και αξιοποίησης της θερμότητας μειώνει το κόστος λειτουργίας, αυξάνει όμως σημαντικά το κόστος των εγκαταστάσεων και των δαπανών για τη συντήρησή τους. 28

29 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.