Luftvård och gasreningsteknik Flashcards
- Beskriv och förklara med hjälp av figur hur förbränningsväxlaren
(sandlådan) fungerar.
• Principen är här att man har en värmeväxling via ett fast material (grus eller ett keramiskt material) i en bädd där man genom att kasta om riktningen på gasflödet, omväxlande låter det fasta materialet (före och efter förbränningszonen) värma resp. kyla gasen. Gasen som ska förbrännas leds således in i bädden från ena hållet, förvärms av bäddmaterialet och i centrum av bädden får föroreningarna brinna. Att förbränningstemperaturen ca 850 –
950C (beror på vad som skall förbrännas) nås, säkerställs genom att man exempelvis har en elpatron i bädden. Vid förbränningen avges energi och rökgasen blir varm och får avge sin värmeenergi till bäddmaterialet på utloppssidan. Bäddmaterialet på utloppssidan blir således varmare och varmare och när den utgående rökgasen som lämnar bädden får för hög temperatur, kastar man om gasströmmens riktning. Man tar då in gasen som ska behandlas på den varma sidan av sandbädden. Den varma bädden förvärmer gasen osv … [sid 264]
- Vilka för-‐ och nackdelar finns med denna metod?
Fördelar
• Energiförlusterna är mycket låga och man kan därför begränsa nettouppvärmningen till 35 – 40C.
• Möjligt med autoterm drift vid mycket låga halter; 0,7 – 1 g lösningsmedel per m3(n). [sid 264 sista stycke]
Nackdelar:
Gasen får inte innehålla för höga halter stoft som kan sätta igen bädden. För hög halt lösningsmedel kan leda till att bäddmaterialet då kan sintra. Utrustningen tar lång tid att starta upp vilket gör att den måste hållas mer eller mindre kontinuerligt varm, vilket innebär en energiförbrukning vare
sig gas leds igenom bädden eller inte. Att använda metoden för utsläppssituationer där föroreningar endast finns under kortare perioder blir energimässigt mycket dyrt. [sid 265 stycke 2]
- Vad menas med begreppen
a. autoterm förbränning? (X7)
Autoterm - den frigjorda värmen från förbränning är tillräcklig för att nå förbränningstemperaturen och alltså erhålla fortsatt förbränning. Inget stödbränsle
behövs. [sid 260 - 261]
b. rekuperativ förbränning (X5)
Rekuperativ – gasen förvärms genom värmeväxlare med utgående rökgas.
Av energiskäl brukar man värmeväxla ingående kall gas med utgående heta rökgaser med hjälp av konventionella värmeväxlare. Detta genom att man i värmeväxlingen tar tillvara på en del av rökgasernas energiinnehåll behöver man bara nettovärma gasen som ska förbrännas. Att man inte driver värmeväxlingen längre beror på att även värmeväxlaren kostar pengar och ju mer man värmeväxlar behöver man en större värmeväxlare och investeringen blir dyrare. [sid 260 stycke 1]
- Ett exempel på låg-‐NOx-‐teknik är flerstegsförbränning (reburning).
Beskriv hur denna metod fungerar. (X2)
Den vanligaste metoden är att genomföra förbränningen i tre steg. Huvuddelen av bränslet (ca 85%) förbränns i ett första steg under svagt oxiderande förhållanden. I
en ovanförliggande zon tillsätts resterande bränsle som ett s.k. reburningbränsle.
Reburningbränslet kan vara det ordinarie bränslet men kan också vara ett annat bränsle t.ex. gas eller träpulver. Förbränningen sker i denna zon i en miljö med underskott på syrgas. I denna reducerande miljö får man en reduktion av de tidigare bildade kväveoxiderna till kvävgas. I ett tredje steg har man ett luftöverskott för att säkerställa att man får en fullständig förbränning. [sid 294 stycke 5]
- I samband med rökgas-‐de-‐NOx talar man om selektiv nonkatalytisk reduktion (SNR). Beskriv hur metoden fungerar.
Vid metoden doserar man in reduktionskemikalier direkt i rökgasen inne i själva pannan. Metoden har således stora likheter med avsvavling genom kalkinblåsning i förbränningsrummet. Vid rätt temperatur – olika temperaturintervall erfordras
för olika kemikalier – får man en reaktion mellan den använda kemikalierna och kväveoxiderna i rökgasen. Metoden kallas även för termisk de-NOx. [sid 297 stycke 3]
- Redovisa för-‐ och nackdelar med SNR-‐metoden relativt SCR-‐metoden.
SCR (Selective Catalytic Reduction)/katalytisk de-‐NOx: Nackdelar
• Dyr både investering och drift
• Utrymmeskrävande
• Katalysatorn kan förgiftas eller bli igensatt av stoft
• Viss bindning av lustgas
Fördelar
• Pålitlig metod – kan ge upp till 80 – 90 % reduktion av rökgasens innehåll av kväveoxider. [OH D46, sid 297 stycke 1]
SNCR: Nackdelar
• Temperaturkänslig. För låg temperatur ger en långsam reaktion dvs. NOx-‐ reduktionen blir dålig och man får oreagerad ammoniak i rökgaserna. För hög temperatur omvandlat tillsats ammoniak eller urea till dikväveoxid (lustgas) som är en kraftig växthusgas. Ammoniak kräver ett temperaturintervall på 950 – 1000 grader – medan man vid användning av urea behöver ha ca 50 grader högre temperatur. Doseringen av reduktionsmedlet måste således ske på rätt plats i pannan. Ett problem här är att temperaturen i pannan varierar beroende på pannlasten dvs. hur mycket man eldar. [sid 298 stycke 1]
• Kräver hög kemikalieförbrukning [sid 289 stycke 2]
Fördelar
• Enkel metod
• Inte en utrymmeskrävande eller dyr utrustning
- Kondensation som extern reningsmetod för flyktiga organiska föreningar (VOC) i en gasström har en relativt begränsad användning. Redovisa hur utsläppssituationen bör se ut (dvs. krav på flöden, halter etc.) för att kondensation skall vara ett intressant alternativ samt förklara även varför.
- Högkokande föreningar som man inte behöver kyla så mycket!
- Litet flöde med höga halter (en förorening) – möjlighet till återvinning
- Vid avfallsförbränning innehåller gas mycket vattenånga – mycket energi! (Vanligare processinternt) [annan person]
- Biologiska metoder för rening av gasströmmar innehåller flyktiga kolväten, s.k. VOC är intressanta för vissa tillämpningar.
a. Beskriv samt förklara hur en kompostfilteranläggning är utformad och fungerar. (X2)
- Gasen leds in under bädd (1m) med kompostmaterial (torv, bark, dyl.) och får filtreras.
- Svampar och mikroorganismer bryter ner VOC. Näring finns i kompostmassan. [annan person]
b. Vilka förutsättningar på utsläppssituationen (dvs. krav på flöden, halten, m.m.) behöver vara uppfyllda för att man ska överväga användning av ett kompostfilter? (X2)
- Kräver låga koncentrationer (begränsad höjd komposten)
- Lågt gasflöde (blir mycket stora ytor annars!)
- Ämnen kan vara svårnedbrytbara – eftersom svampar i systemet
- Icke-kontinuerlig drift – näring i systemet!
- Bra alternativ om hög fuktighet i gasen (mindre fuktbehov komposten)
c. Under senare år har man som alternativ till kompostfilter börjat använda s.k. specialpackade biofilter dvs. bäddar med ett keramiskt material istället för kompost. Redovisa och förklara för-‐ och nackdelar med att ha en keramisk bädd relativt en kompostbädd (exkludera ev. skillnader i investering).
Keramisk bädd: Fördelar
Mer kompakt anläggning
Mycket högre koncentration av (specialdesignade) mikroorganismer (ideal
miljö)
Längre livslängd (materialet bryts inte ned)
Mindre tryckfall
Mindre underhållsbehov
Nackdelar
Oorganisk bädd = tillsätta föda (kontinuerlig gas och/eller stödföda)
Dyrare
- Beskriv hur en bioskrubberanläggning fungerar och kan utformas.
Bioskrubbern består av två delar – en absorptionskolonn och ett biologiskt vattenreningssteg, t.ex. i form av en aktivslamanläggning. Den förorenade gasen tvättas i motström i t.ex. en fyllkroppskolonn (separation via absorption) med vatten som absorbent. Vattnet får rinna direkt ned i en konventionell vattenreningsbassäng där det organiska ämnet bryts ned. Det biologiska behandlade vattnet separeras från slam och leds sedan tillbaka till processen medan slammet tas omhand för deponering. [sid 254 sista stycke]
Bioskrubber är främst lämplig för vattenlösliga lösningsmedel (föroreningen måste dels kunna lösa sig i vatten dels är polära lösningsmedel normalt mer
lättnedbrytbara). För effektiv avskiljning av hydrofoba ämnen (som löser sig dåligt i vatten) erfodras att man har en mycket kraftig vattencirkulation, dvs. kostnaderna blir höga.
Vidare bör flödena vara stora och kontinuerliga
(mikroorganismerna i vattenreningssteget behöver jämna tillgång till föda).
- Företaget industrilackering AB som arbetar med lackering av olika produkter på uppdrag av andra företag (s.k. legoproduktion) har problem med lösningsmedelsutsläpp i luften. Utsläppen härrör från sprutboxar (små rum där sprutlackeringen sker) och ett stort torkrum där målade produkter torkas med hjälp av varm luft som produceras i en gasoledad ugn.
Som nyanställd med goda kunskaper i miljöskyddsteknik inser du att en viktig del i lösningen av utsläppsproblemet är olika processinterna åtgärder. Tillämpa dina kunskaper på den aktuella
utsläppssituationen och redovisa samt beskriv och förklara varför och
hur, 5 olika processinterna åtgärder som företaget i första hand bör
undersöka för att minska lösningsmedelsproblem vid lackeringsanläggningen. Åtgärderna skall även kortfattat diskuteras. (Obs att frågan är konkret och omfattande – det räcker inte att bara allmänt nämna olika åtgärder utan du skall tillämpa dina kunskaper på just denna utsläppssituation och komma med konkreta förslag som ska beskrivas, förklaras och diskuteras).
Alternativ fråga 2: Ett företag för färgtillverkning har problem med lösningsmedelsutsläpp i luften. Utsläppen härrör från produktionen av färg där man blandar lösningsmedel med bindemedel och pigment och sedan fyller färgen på burkar. En annan källa är rengöringen av diverse kärl med hjälp av aceton.
Som nyanställd med goda kunskaper i miljöskyddsteknik inser du att utsläppsproblemet till stor del skulle kunna lösas med processinterna åtgärder. Redovisa genom att konkret (dvs. tillämpat på utsläppssituationen ovan) beskriva och förklara 5 olika processinterna åtgärder som företaget bör undersöka för att minska lösningsmedelsproblemet. (X2)
• Användning av rena råvaror: Använda råvaror med så låga halter av föroreningar/föroreningsalstrande komponenter som möjligt.
• Användning av mindre mängder lösningsmedel: Exempelvis sprutlackering finns det färger som innehåller mycket mindre mängd lösningsmedel än konventionella färger för sprutlackering (med en anpassad sprutpistol).
• Användning av lösningsmedel med lägre flyktighet: T.ex. utbyte av aceton mot metyletylketon.
• Användning av mindre farliga lösningsmedel: aromatiska lösningsmedel
(ex toluen och xylen) –> (etylacetat och etanol) -‐> vattenbaserade färger -‐
> UV-‐härdande färger (lösningsmedels fria)
• Överlåta lösningsmedelsproblematiken på andra: Ex råvaruleverantören. [sid 214 – 215, 218]
- Regenerativ katalytisk förbränning är en gasreningsmetod för VOC.
Beskriv hur en anläggning för denna förbränningsmetod kan utformas och fungerar.
Vid katalytisk förbränning använd en katalysator för att sänka aktiveringsenergin för förbränningsreaktionerna, vilket innebär att
förbränningstemperaturen resulterar i en låg bränsleförbrukning. I övrigt är likheterna stora med termisk förbränning.
- I samband med förbränning talar man om ”3T-‐regeln”. Ange vad varje ”T” står för samt förklara varför resp. förbränningsfaktor är viktig att beakta. (X3)
- Temperatur: För en god förbränning behövs en hög temperatur.
- Uppehållstid: Uppehållstiden i pannan är viktig för att man vill ha en tillräckligt lång tid för god förbränning. Reaktanterna måste hinna komma i kontakt med varandra (vid rätt temperatur)
- Turbulens: Man bör ha en god turbulens för att syre och bränslemolekyler kan möta varandra så möjligheten för reaktion ökar.
- Beskriv hur svavelavskiljningen kan göras direkt i förbränningsprocessen i en konventionell pulvereldad panna eller en panna med en roster. Ange även vilka reaktioner som sker, vart svavlet tar vägen samt vilken verkningsgrad som kan nås.
Alternativ fråga 2: För att komma åt utsläppen av försurande svaveloxider i en förbränningsanläggning För energiproduktion enl. a) kan man ha svavelavskiljning i själva förbränningsugnen. Beskriv och förklara hur metoden fungerar. Av redovisningen skall även framgå vilka reaktioner som sker och vart svavlet tar vägen.
Alternativ fråga 3: Svavelavskiljning i/efter elstaden innebär att man skaffar nya miljöproblem. Förklara. (X3)
Vid avsvavling i pannan tillförs kalkmaterial direkt i pannan. Kalkmaterialet i form av kalksten, CaCO3, men även släckt kalk Ca(OH)2. Processen består utav 2 delar. Kalcinering (kalk till kalkoxid) och sulfatering (kalkoxid till kalksulfit till gips).
Med temperatur på 800-‐1100 grader Celsius. Ett problem vid denna
process är utsläpp av koldioxid. Samt en lämplig behandling för bildat gips.
• (tillverka CaO, billigt!) Ca(OH)2 -> CaO + H2O
• Rökgasavsvavling:
Om kalksten – för varje svavel ges en CO2
+ GIPS! (CaSO4)
• Fluidiserad bädd: Rätt temp, bra kontakt kalk/SO2 (lång tid) och bra omrörning (turbulens)
• (Roster: för varmt, placera pannans övre del (lägre temp). Sämre turbulens, mindre tid vid rätt temp.
(I roster kan man höja verkningsgraden genom att slösa kalk (avfall)))
• Om torr avsvavling med natriumvätekarbonat ges natriumsulfat (vattenlöslig, problem vid deponi!). Dvs. svavlet förflyttas från gasfas till våt eller fast fas som sedan måste tas hand om på ett annat sätt. Kan antingen återvinna materialet, använda det som gips om man får CaSO4 eller deponeras.
• OBS! Oavsett vilken kalkkälla man har i pannan har man ”framställt” koldioxid någon gång, även om man använder bränd/släckt kalk (bägge från kalksten!)
(Kalcinering mycket tempkänsligt: för låg ingen reaktion, för hög dödbränning) (Samma sak med sulfatineringen! Typ 1000 grader i fluidiserad – perfekt!)
- Förklara med hjälp av 3T-‐regeln varför svavelrening med hjälp av kalktillsats i pannan blir så mycket bättre i en fluidiserad bädd-‐panna jämfört i en rosterpanna. (X2)
Alternativ fråga 2: Vid förbränning i en panna med en roster kommer de erhållna nya miljöproblemen enl. 13) att bli betydligt större än om man använder en ugn av typen bubblande fluidiserad bädd. Förklara kortfattat varför.
Fluidiserad bädd:
• Optimal temperatur för reaktioner. Se nedanstående reaktioner.
• Bra uppehållstid för att genom bädden för kalk/SO2
Bra omrörning (turbulens) då sanden rör sig som vågor genom bädden.
Roster:
• För varmt - måste tillsätta högre upp i processen (lägre temp).
• Sämre turbulens – ingen omröring sker. Bränslet matas in på ena änden av rosten och torkas, antänds, brinner och slutförbränns.
• Kortare kontakttid vid rätt temperatur dvs. mindre tid vid rätt temp.
Sämre verkningsgrad i roster vilket medför att större överskott kalk krävs => mer CO2
(dvs. i roster kan man höja verkningsgraden genom att slösa kalk (avfall))
Kalcinering mycket tempkänsligt: för låg ingen reaktion, för hög dödbränning
(Samma sak med sulfatineringen! Typ 1000C i fluidiserad – perfekt!)
- Jämför termisk förbränning och katalytisk förbränning. Förutom ev. ekonomiska skillnader – vilka för-‐ och nackdelar har de två metoderna? (X3)
Alternativ fråga 2: Jämför termisk och katalytisk förbränning för en gas innehållande flyktiga organiska föreningar (VOC). Redovisa olika faktorer som talar för resp. mot valet av resp. metod.
Termisk:
• Högre risk för termisk NOx
-‐-‐-‐
Katalytisk: • Känslig för toxicitet • Begränsad livslängd • Kortare uppehållstid = klarar ett större flöde • Autoterm vid lägre koncentration
• Termisk förbränning
Fördelen är att principen är enkel, men det krävs ändå normalt en ganska avancerad förbränningsutrustning. Man kan även använda sig utav autoterm förbränning vilket är positivt. Nackdelar är att storleken på anläggning är stor, man bör ta hänsyn till bieffekter som kan uppstå och det krävs en hög temperatur på 800C för fullständig förbränning.
• Katalytisk förbränning
Fördelen är att man endast behöver en temperatur på 250-400C för total oxidation och detta på grund av katalysatorn som påskyndar förbränningsreaktionen. Det ger även en kortare reaktionstid, ca en tiondels så långtid jmf med den termiska förbränningen. Denna metod kräver också mindre utrymme än den termiska förbränningsanläggningen. Nackdelar är att det kan uppstå komplikationer med katalysatorbädden ex katalysatorförgiftning eller igensättning av stoft. [annan persons lösning]
- Beskriv och förklara hur en (?) fungerar. a. venturiskrubber (X7)
[Figur från OH-D12]
Venturiskrubbern är en typ av våtavskiljare och är en apparat för gastvättning.
Vätskan sprayas in i gasströmmen i den trängsta sektionen i en venturidysa alternativt i inloppet till venturidysan. I venturidysan som kan ha en rund eller rektangulär tvärsnittsyta får man en mycket hög gashastighet och turbulens och vattendroppar splittras till mycket små droppar. Detta ger en mycket effektiv kontakt mellan gasens partiklar och vätskan. Efter behandlingen i venturidysan leds gasen till en cyklon och där skiljs vätskedropparna med sitt innehåll av partiklar från gasen. Vätskan med föroreningen tas ut nederst medan den renade luften tas ut överst. [sid 224-226]
b. Kaskadskrubber
• Luften leds in vid hög hastighet och träffar vattenytan vilket ger en kraftig vattenkaskad som sedan tvättar den utgående gasen. Stoftet faller till botten genom vätskan [sid 226 stycke 2]
c. Tvärströms sprayskrubber (X2)
Skrubber är en apparatur för gastvättning med vätska. Sprayskrubbern är en enkel tillämpning, där den stoftinnehållande gasströmmen får möta en vätska som i form av droppar sprayas ut i en kolonn. Vätskedropparna binder stoftpartiklarna och gasströmmen blir renad. Tvärsnittsström innebär att anger att strömmen går på tvären.
