Zastosowanie modyfikowanych sorbentów sodowych w oczyszczaniu spalin z SO2 i HCl z elektrowni i elektrociepłowni w świetle polityki energetycznej Unii Europejskiej

• Autorzy: Pajdak A. , Walawska B.

Warianty tytułu

EN

The use of modified sodium sorbents to remove SO2 and HCl from power plants and CHP plants in light of the energy policy of the European Union

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono efekty zastosowania modyfikowanego związku sodowego w postaci wodorowęglanu sodu w jednoczesnym oczyszczaniu gazów spalinowych z tlenku siarki (IV) (SO2) i chlorowodoru (HCl) w małych obiektach energetycznego spalania, tj. elektrowniach i elektrociepłowniach, wykorzystujących jako paliwo węgiel kamienny. Etap wstępny obejmował badania sposobu rozdrobnienia i obróbki termicznej na teksturę ziaren. Rozdrabnianie sorbentu polegało na mieleniu w młynie przeciwstrumieniowym przy trzech różnych prędkościach obrotowych separatora pneumatycznego (2000 obr/min, 3000 obr/min, 5000 obr/min). W następnym etapie sorbenty wygrzewano w temperaturze 250oC. Zastosowany sposób preparatyki spowodował wzrost pojemności sorpcyjnej, powierzchni właściwej i rozkładu porów w związkach sodowych, które wyznaczono metodą niskociśnieniowej adsorpcji gazowej (N2, 77K) i porozymetrii rtęciowej (Hg). Największe rozwinięcie powierzchni czynnej, z 0,09 m2/g do 6,9 m2/g (BET) uzyskano dla najdrobniejszych ziaren wynoszących średnio 6,7 µm (d3,2). Zdolności tak zmodyfikowanych związków sodowych w jednoczesnym usuwaniu SO2 i HCl okre- ślono na ciągłej instalacji z cyrkulacyjną warstwą fluidalną CWF 0,1MW. Stosując suchą technologię oczyszczania spalin, wprowadzano je do instalacji w kilku stosunkach molowych 2 Na/S w strumień gazu o temperaturze 300oC. Efekty usuwania tlenku siarki (IV) z gazów wylotowych ściśle zależały od stopnia rozdrobnienia oraz ilości podawanego reagenta. Oczyszczanie przebiegało ze średnią sprawnością od 17 do 89%, obniżając stężenie tego zanieczyszczenia z wyjściowego poziomu około 2800 mg SO2/m3 n do 600 mg SO2/m3 n przy wykorzystaniu najdrobniejszego ziarna w stosunku molowym 2 Na/S=2,1. Średnia efektywność usuwania chlorowodoru była wysoka, mieszcząc się w zakresie 91–96%. Uzyskano obniżenie stężenia z 97 mg HCl/m3 n (przed procesem oczyszczania) do 4 mg HCl/m3 n. Sprawność oczyszczania z tlenku siarki (IV) porównano z dopuszczalnymi poziomami emisji regulowanymi przez obowiązujące Dyrektywy LCP, IED oraz projektem Dyrektywy MCP. Uzyskany poziom chlorowodoru zestawiono z będącym w fazie przygotowań Draftem 1 LCP BREF.

EN

This article presents the effects of the use of a modified sodium compound in the form of sodium bicarbonate in the simultaneous purification of the exhaust fumes from sulphur (IV) oxide (SO2) and chloride (HCl) in power plants and CHP plants fueled by coal. The initial stage included the examination of the effect of mechanical and thermal modification on the grain texture. The material was activated in a fluidized bed opposed jet mill at three different speeds of the separator (2000 r/min, 3000 r/min, 5000 r/min) and heated at 250oC. Mechanical and thermal modification resulted in the increase of the sorption capacity, the surface area and the pore distribution in the sodium compounds, which was determined by the use of the low-pressure gas adsorption (N2, 77K) and mercury porosimetry (Hg). The biggest development of the active area, from 0,09 m2/g to 6,9 m2/g (BET), was achieved in the most finely ground grains. The ability of sodium compounds modified in such a manner to simultaneously remove SO2 and HCl was determined on a fluidized bed test rig CWF 0,1MW. Using the dry technology of fume purification they were fed into the rig in three different molar ratios 2 Na/S into a jet of gas at 300oC. The effects of removing the sulpur (IV) oxide from the fumes were closely related to the grain size and the amount of the reagent. The average purification efficiency was from 17% to 89% decreasing the pollutant concentration from about 2800 mg SO2/m3 n to 600 mg SO2/m3 n with the use of the smallest grain in the molar ratio 2 Na/S = 2,1. The average efficiency in removing hydrogen chloride was high and ranged from 91% to 96%. The obtained decrease in the concentration was from 97 mg HCl/ m3 n (before the purification process) to 4 mg HCl/m3 n. The efficiency in purification from sulphur (IV) oxide was compared with the accepted emission levels regulated by the IED and LCP Directives currently in force, as well as the MCP draft Directive. The obtained level of hydrogen chloride was compared with the 1 LCP BREF Draft, which is currently in the preparation phase.

Słowa kluczowe

PL

wodorowęglan sodu; sorpcja; oczyszczanie gazów spalinowych

EN

sodium bicarbonate; sorption; exhaust fumes

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, z. 2
• Strony: 135--148
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pajdak A.

• Instytut Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk, Kraków

autor

Walawska B.

• Instytut Nowych Syntez Chemicznych, Oddział Chemii Nieorganicznej „IChN”, Gliwice

Bibliografia

• Boba i in. 2014 – Boba, J., Jurka, T. i Passia, H. 2014. Emisja podstawowych zanieczyszczeń pyłowo-gazowych w krajowej energetyce w latach 2005–2011 – wstępna analiz wyników badań ankietowych. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 17, z. 2, s. 93–112.
• Kamiński, J. i Stós, K. 2014. Uwarunkowania środowiskowe funkcjonowania przedsiębiorstwa energetycznego w Polsce na przykładzie elektrociepłowni. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 17, z. 2, s. 113–122.
• Dyrektywa 2001/80/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2001 r. w sprawie ograniczenia emisji niektórych zanieczyszczeń do powietrza z dużych obiektów energetycznego spalania. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej 15/t. 6 PL.
• Dyrektywa 2010/75/UE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola). Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej L334/17 PL.
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2014 roku w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów. Dziennik Ustaw 2014, poz. 1546.
• Ministerstwo Środowiska, Departament Ochrony Powietrza, Dyrektywa w sprawie ograniczenia niektórych zanieczyszczeń do powietrza ze średnich źródeł energetycznego spalania, Warszawa [Online] Dostępne w: http://www.mos.gov.pl [Dostęp: 27.11.2014].
• Prace nad dokumentem BREF dla dużych obiektów energetycznego spalania (LCP) [Online] Dostępne w: http://ippc.mos.gov.pl/ippc/ [Dostęp: 04.11.2015].
• Dyrektywa 2000/76/EC Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 4 grudnia 2000 roku w sprawie spalania odpadów. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej, L 332/91, 353–374, 10.12.2000.
• Zintegrowane Zapobieganie i Ograniczanie Zanieczyszczeń (IPPC). Dokument Referencyjny dla najlepszych dostępnych technik dla spalania odpadów (BAT), sierpień 2006.
• Markiewicz i in. 2013 – Markiewicz, D., Szymanek, A., Szymanek, P., Ochodek, T. i Walawska, B. 2013. Zastosowanie dodatków do węgla kamiennego w celu zmniejszenia zawartości SO2 i NOx w spalinach z instalacji pilotowej z cyrkulacyjną warstwą fluidalną. Część I. Dodatek surowego wodorowęglanu sodu, Przemysł Chemiczny t. 92, z. 5, s. 660–663.
• US 4410500 A, Sodium-limestone double alkali flue gas desulfurization method, 1983.
• US 8206670 B2, Process for producing sodium bicarbonate for flue gas desulphurization, 2012.
• US 9174165 B1, Acidic gas removal using dry sorbent injection, 2015.
• Pająk, T. 2013. Zagospodarowanie osadów ściekowych metodami termicznymi. Monografia, Wydawnictwo Uniwersytetu Technologiczno-Humanistycznego, Radom.
• Pajdak i in. 2015 – Pajdak, A., Zarębska, K., Walawska, B. i Szymanek, A. 2015. Oczyszczanie gazów ze spalania paliw stałych z SO2 sorbentami sodowymi. Przemysł Chemiczny t. 94, z. 3, s. 382–386.
• Jain, R.C. 1982. Manufacture of soda ash by modified Solvay process. Chemical Engineering World t. 9, z. 4, s. 65–69.
• Polska norma nr PN-82/G-97002. Węgiel kamienny. Typy, 1982.
• Czakiert i in. 2010 – Czakiert, T., Sztekler, K., Karski, S., Markiewicz, D. i Nowak, W. 2010. Oxy–fuel circulating fluidized bed combustion in a small pilot-scale test rig. Fuel Processing Technology t. 91, s. 1617–1623.
• Komorowski, M. i Nalewajka, M. 2010. Charakterystyka poziomu emisji zanieczyszczeń gazowych podczas spalania biomasy w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej. Konferencja „Debata o Przyszłości Energetyki” maj 2010, Wysowa Zdrój.
• Walawska i in. 2012 –Walawska, B., Szymanek, A., Pajdak, A., Nowak, M. i Hala, B. 2012. Właściwości sorpcyjne wodorowęglanu sodu. Chemik z. 11, s. 1169–1176.
• Walawska i in. 2014 – Walawska, B., Szymanek, A., Pajdak, A. i Nowak, M. 2014. Flue gas desulfurization by mechanically and thermally activated sodium bicarbonate. Polish Journal of Chemical Technology t. 16, z. 3, s. 56–62.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.