Környezetvédelem | Levegőtisztaság » A nitrogén-oxidok képződése, környzeti hatásaik

A nitrogén-oxidok képződése, környezeti hatásai, kezelési technológiái A nitrogén-oxidok képződési sémája savas eső, ózonbontás NO  O3  NO2  O2 NO N2 O2 2 NO + O2  2 NO2 N2O CnHm CnHm-N "üzemanyag" 2N N2 2O O2 "t e r m i k u s" C nHm NO  HO2  NO2  OH NO2 2 NO2  H 2O  HNO3  HNO2 NO2  NO  H 2O  2 HNO2 N2O4 O N 2+O O2+N R1+R2 R N NO+N H2O+CO2 "promt" RO2  NO  RO  NO2 N2O3 CnHm+O 2 H2O+CO2 +N CnHm-N+O2 NO+O R+N 2 R-N+N R+O2 H2O+CO2 fotokémiai szmog fény NO2   NO  O N2O5 CO2 NO2 NO O  O2  M  O3  M 2NO+O2 H2O 2 NO2 GI 1995.0207 - légzőszervek - növényzet - dologi károk NO3 A nitrogén-oxidok képződésének és csökkenésének mechanizmusa az égés során A légköri nitrogén megkötése Tüzelőanyag konverziója A tüzelőanyag nitrogéntartalmának átalakulása Heterociklusos nitrogénvegyületek A

levegő N2 tartalma N2 megkötése szénhidrogén molekulatöredékekkel lejátszódó reakcióban (promt) Szénhidrogén molekulatöredékek (CH, CH2) Cianogének (HCN, CN) Zeldovich mechanizmus Oxicianogének (OCN, HNCO) H2O CxHy Ammónia szpecieszek (NH3, NH2, NH) NOx N2 Az átlagos fajlagos NOx képződés értékei, g/GJ középérték szűkebb tartomány szélesebb tartomány erőművek 260 200-340 150-450 kisfogyasztók 110 75-165 50-240 erőművek 175 130-230 100-300 kisfogyasztók 75 50-110 35-160 erőművek 110 80-150 60-200 kisfogyasztók 50 36-70 26-95 NOx emisszió csökkentés Primer csökkentés égés szabályozás N-tartalom csökkentés Véggáz kezelés széntüzelés olajtüzelés gáztüzelés Abszorpció szennyvíz? Kémiai átalakítás Redukció homogén katalitikus NCSR SCR Adszorpció regenerálás – - hulladék Bontás (katalitikus) NSCR 1 Primer NOx csökkentési lehetőségek NOx-szegény égő

kialakítása • Égési hőmérséklet csökkentése – adiabatikus égési hőmérséklet csökkentése • a belépőlevegő hőmérsékletének csökkentése • m = 1-nél nagyobb levegőfelesleg • inert anyag bekeverés – tényleges égési hőmérséklet csökkentése • intenzívebb hűtés (fajlagos tűztér terh.csökk, FBC) • égés elnyújtása (többfokozatú tüzelés, lassú bekeverés) • vízbefecskendezés • O2 koncentráció csökkentés • felmelegedési sebesség (dT/dt) csökkentése NOx-szegény égő kialakítása A különböző elsődleges megoldások által elérhető NOx emisszió csökkenések tüzelőanyag Módszer szénpor pakura/gudron földgáz NOx szegény égő 10 - 30 % 10 - 30 % 20 - 40 % füstgáz recirkuláció 5 - 15 % 10 - 35 % 20 - 70 % a táplevegő hőmérsékletének csökkentése 10 - 40 % 10 - 30 % 10 - 60 % kétfokozatú égetés 10 - 30 % 10 - 30 % 10 - 30 % - 30 - 50 % 30 - 50 % 35 - 60 % 40 -

70 % 50 - 80 % redukáló gázégő összesen KÉMIAI ELJÁRÁSOK „DENOX”-módszerek a) Szelektív, nemkatalitikus redukció: SNCR SNCR beruházás előzményei (HOLCIM, Hejőcsaba)  A beruházás okai:  6 NO  ammóniafölösleg: 4 NH 3 900 C 800     5 N 2  6 H 2 O o  NH3/NO ~ 1,1 (sztöciometrikus: 0,67)  SO2, CO2, H2O: nincs hatással  ammónialeválasztás beépítése Használható: erőművi füstgázok kezelésére  Jogszabályi megfelelés Felkészülés a hulladékok - mint alternatív tüzelőanyagok - együttégetésére Kibocsátás csökkentése, ezáltal a környezet-terhelési díj csökkentése NOx kibocsátás SNCR nélkül (2003): 764 mg/Nm3 NOx határérték: 800 mg/Nm3 (száraz, 10 % O2) 2 SNCR eljárás ismertetése SNCR eljárás ismertetése  SNCR (Szelektív Nem Katalitikus Redukció) eljárás a denitrifikáláshoz egy másodlagos intézkedés a füst-gázokban levő nitrogén -

oxidoknak a csökkentésére.  Nitrogén - oxidokhoz redukáló anyagként 42-46 %-os karbamid (NH2CO-NH2) oldat kerül felhasználásra.  Ezt a redukáló anyagot levegő segítségével injektálják a hőcserélő toronyba. NH2-CO-NH2 + 1/2 O2  NH2 + NO  2 NH2 + CO2 N2 + H2O Az SNCR eljárás ismertetése A redukáló anyag injektálása a füstgáz áramlásba 3 db fúvókával történik a 900 - 1050°C-os hőmérséklet tartományban. Redukáló anyag tárolása: Cr-Ni rozsdaálló tartály radaros szintérzékelővel és túltöltés jelzővel Redukáló anyag adagolása két excentrikus spirál szivattyúval, teljesítményük: 50-500 l /h NEMSZELEKTÍV KATALITIKUS REDUKCIÓ (NSCR) NOx + H2, CO, CxHy N2, H2O, CO2 NOx: oxidáló ágens I oxigén jelenlétében, Tr: 300-600 oC II katalizátor: Pt,Rh/Al2O3 (háromutas gépkocsikatalizátor) átmenetifém (Cu, Fe) tartalmú zeolit (ZSM5) III Szelektív katalitikus redukció (SCR) 6 NO  4 NH 3  5 N

2  6 H 2 O 6 NO 2  8 NH 3  7 N 2  12 H 2 O 4 NO  4 NH 3  O 2  4 N 2  6 H 2 O 2 NO 2  4 NH 3  O 2  3 N 2  6 H 2 O Hőmérséklet: 250 – 500 oC, NOx/NH3 ~ 1,0 KATALIZÁTOROK: V2O5-TiO2/Al2O3, Pt, Rh, Cu-oxid, Fe-oxid, zeolitok: ZSM5, természetes, mordenit gázáram Fajlagos térfogatáram: kat. térfogat (GHSV) gáz- és olajtüzelés: 500010000 h-1 széntüzelés 15003000 h-1 O2, SO2, H2O, CO2 + katalizátormérgek hatása Katalizátormérgek 320 oC alatt képződnek: 1 SO2  O2  SO3 2 2 NH 3  SO3  H 2O  NH 4 2 SO4 NH 3  SO3  H 2O  NH 4 HSO4 ammóniumsz ulfát  ammóniumhi drogénszulfát  Füstgázban vannak: alkáli és alkáli földfém oxidok pernye (koptató hatás) Élettartam: széntüzelés: 2-3 év olajtüzelés: 4-5 év gáztüzelés: 6-8 év 3 A katalizátoron átlépő ammónia mennyisége a konverzió és a katalizátorméret függvényében Erőművi SCR konverter (fém-monolitváz)

V2O5-TiO2/Al2O3 SCR-rel történő NOx leválasztás a füstgázhőmérséklet függvényében 4 NH 3  3O2  2 N 2  6 H 2O 4 NH 3  5O2  4 NO  6 H 2O 8 NO  2 NH 3  5 N 2 O  3 H 2 O Erőművi füstgázok NOx-mentesítési lehetőségei Az SCR helye a füstgáztisztítási folyamatban 105°C Kazán 150°C 370°C 370°C 1.) SCR LH 150°C DeNOx katalizátor: az NO katalitikus bontása 55°C EF 2 NO O2 + N2 FGD 100°C Katalizátor - élettartam - hőmérséklet - kipufogógáz-összetétel - mérgezés - nyomás 105°C 370°C 370°C 2.) Kazán EF 150°C 370°C SCR 55°C LH FGD 100°C 135°C 370°C 3.) Kazán 150°C LH 370°C 55°C 150°C EF IWAMOTO, 1985: zeolitkatalizátorok Cu-ioncsere „túlcserélt” Cu-ZSM5 kulcsreakció: NO képződés Cu+ + NO Cu2+ + NO- SCR FGD 370°C 290°C gázfûtés jelölés: SCR: Szelektív katalitikus redukáló berendezés LH: Léghevítő EF: Elektrofilter FGD: Füstgázkéntelenítő

ZSM5-szerkezet 4