Środowiskowe aspekty zastosowania modyfikowanego zeolitu typu X z popiołów lotnych do wychwytywania rtęci w perspektywie cyklu życia

• Autorzy: Lelek Ł. , Wdowin M.

Warianty tytułu

EN

Environmental aspects in a lifecycle perspective of the modified zeolite type X from fly ash used for mercury capture

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono analizę korzyści środowiskowych zastosowania zeolitu typu X (Ag-X) otrzymywanego z ubocznych produktów spalania (UPS), takich jak popioły lotne, jako sorbent rtęci elementarnej (Hg0). Badany zeolit w celu zwiększenia jego zdolności wiązania rtęci poddany został modyfikacji jonami srebra. Jako materiał porównawczy wykorzystano komercyjnie stosowany w tym celu surowiec tj. węgiel aktywny. W artykule rozważono korzyści środowiskowe wynikające z zastosowania zeolitu Ag-X uwzględniając cykl życia produktu, wydajność sorbentu oraz możliwość jego regeneracji w porównaniu do węgla aktywnego (AC/Br). Z uwagi na laboratoryjną skalę przedstawionych badań przeprowadzono uproszczoną analizę LCA uwzględniającą oszacowane bilanse materiałowe i energetyczne procesów wytwarzania. Porównując proces produkcji materiałów zeolitowych oraz węgli aktywnych w ilości niezbędnej do wychwycenia z gazów odlotowych 375 g Hg analiza LCA wykazała, iż zeolity przyczyniają się do mniejszego potencjalnego wpływu na środowisko. Do wychwycenia tej samej ilości rtęci niezbędne jest 5 razy mniej sorbentu zeolitowego niż węgli aktywnych. Materiały zeolitowe dodatkowo można regenerować co wydłuża ich czas życia.

EN

The paper presents an analysis of the environmental benefits of the use of zeolite X (Ag-X) obtained from combustion wastes (fly ash) as a sorbent of elementary mercury (Hg0). In order to improve its efficiency with respect to the sorption of mercury, the analyzed zeolite was subjected to silver ion activation. The activated carbons were used as a reference material because they are commercially used for mercury sorption. In the paper the environmental benefits of Ag-zeolite X in the life cycle perspective were assessed including the capacity sorbent and the possibility of regeneration compared to the activated carbon (AC/Br). Due to the laboratory scale, simplified LCA were used in the studies, taking the estimated material and energy balances into account. Comparing the production process of zeolite and activated carbon in an amount necessary to capture of 375 g Hg from flue gases, the analysis showed that the zeolites contribute to lower the potential impact on the environment. To capture the same amount of mercury, it is necessary to have five times less of the zeolite sorbent than in the case of activated carbon. Zeolite materials also can be regenerated which extends their life time.

Słowa kluczowe

PL

popiół lotny; zeolity; rtęć; LCA

EN

fly ash; zeolites; mercury; LCA

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 95
• Strony: 117--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Lelek Ł.

• Pracownia Badań Strategicznych, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Wdowin M.

• Pracownia Geotechnologii, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

Bibliografia

• [1] Badyda, K. i Niewiński, G.M.2015. Wybrane skutki dla Polski wdrożenia dyrektywy IED. Nierówności Społeczne a Wzrost Gospodarczy nr 41.
• [2] Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Large Combustion Plants, Joint Research Centre, Draft 1, 2013.
• [3] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola).
• [4] Galbreath, K.C. i Zygarlicke, Ch.J. 2000. Mercury Transformation in Coal Combustion Flue Gas. Fuel Process. Technol. 65–66, 289–310.
• [5] Głodek, A. i Pacyna, J.M. 2009. Mercury emission from coal-fired power plants in Poland. Atmos. Environ. 43, s. 5668–5673.
• [6] www.mos.gov.pl
• [7] Lelek i in. 2016 – Lelek, Ł., Kulczycka, J. i Bajdur, W. 2016 (w druku). Ocena efektywności środowiskowej systemów energetycznych w Polsce i UE z wykorzystaniem LCA (oceny cyklu życia), IV Kongres Zarządzania, Warszawa.
• [8] Pacyna i in. 2008a – Pacyna, J.M., Sundseth, K., Pacyna, E.G., Munthe, J., Belha, M., Astrom, S., Panasiuk, D. i Głodek, A. 2008a. UNEP Report on A general qualitative assessment of the potential costs and benefits associated with each of the strategic objectives set out in Annex 1 of the report of the first meeting of the Open Ended Working Group, UNEP-CBA Report, Kjellee. [Online] Dostępne w: http://www.chem.unep.ch/mercury/OEWG2/documents/e52)/English/OEWG_2_5_add_1.doc [Dostęp: 1.08.2016].
• [9] Morency i in. 2002 – Morency J.R. , Panagiotou T., Senior C.L., 2002. Zeolite sorbent that effectively removes mercury from flue gases. Filtr. Sep. 39(7), s. 24–26.
• [10] Wdowin i in. 2014 – Wdowin, M., Wiatros-Motyka, M.M., Panek, R., Stevens, L.A., Franus, W. i Snape C.E. 2014. Experimental study of mercury removal from exhaust gases. Fuel 128, s. 451–457.
• [11] Wdowin, M. 2015. Zastosowanie zeolitów do separacji CO2 i Hg z gazów odlotowych w procesach wychwytywania i składowania ditlenku węgla. Monografie nr 120, Lublin, s. 199.
• [12] Lelek i in. 2014 – Lelek, Ł., Kulczycka, J. i Lewandowska, A. Środowiskowa ocena prognozowanej struktury wytwarzania energii elektrycnej w Polsce do 2030 r. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 17, z. 3, s. 281–294.
• [13] Wiatros-Motyka i in. 2013 – Wiatros-Motyka, M.M., Sun, C., Stevens, L.A. i Snape, C.E. 2013. High capacity coprecipitated manganese oxides sorbents for oxidative mercury capture. Fuel 109, s. 559–562.
• [14] Granite i in. 2000 – Granite, E.J., Pennline, H.W. i Hargis, R.A. 2000. Novel sorbents for mercury removal from flue gas. Ind. Eng. Chem. Res. 39, s. 1020–1029.
• [15] Lopez-Anton i in. 2002 – Lopez-Anton, M.A., Tascon, J.M.D. i Martinez-Tarazona, M.R. 2002. Retention of mercury in activated carbons in coal combustion and gasification flue gases. Fuel Process. Technol. 77–78, s. 353–358.
• [16] Wu i in. 2008 – Wu, J., Cao, Y., Pan, W., Shen, M. i Ren, J. 2008. Evaluation of mercury sorbents in a labscale multiphase flow reactor, a pilot-scale slipstream reactor and full-scale power plant. Chem. Eng. Sci. 63, s. 782–790.
• [17] Dunham i in. 2003 – Dunham, G.E., De Wall, R.A. i Senior, C.L. 2003. Fixed-bed studies of the interaction between mercury and coal combustion fly ash. Fuel Process. Technol. 82, s. 197–213.
• [18] Presto, A.A. i Granite, E.J. 2006. Survey of catalysts for oxidation of mercury in flue gas. Environ. Sci. Technol. 40(18), s. 5601–5609.
• [19] Baltrus i in. 2010 – Baltrus, J., Granite, E., Pennline, H., Stanko, D., Hamilton, H., Rowsell, L., Poulston, S., Smith, A. i Chu, W. 2010. Surface characterization of palladium–alumina sorbents for high-temperature capture of mercury and arsenic from fuel gas. Fuel 89(6), s. 1323–1325.
• [20] Fuente-Cuesta i in. 2014 – Fuente-Cuesta, A., Diaz-Somoano, M., Lopez-Anton, M.A., Cieplik, M., Fierro, J.L.G. i Martínez-Tarazona, M.R. 2012. Biomass gasification chars for mercury capture from a simulated flue gas of coal combustion. J. Environ. Manage. 98, s. 23–28.
• [21] Wdowin i in. 2015 – Wdowin, M. , Macherzyński, M., Panek, R., Górecki, J. i Franus, W. 2015. Investigation of the mercury vapour sorption from exhaust gas by an Ag-X zeolite. Clay Minerals 50(1), s. 31–40.
• [22] Franus i in. 2014 – Franus, W., Wdowin, M. i Franus, M. 2014. Synthesis of zeolites for fly ash development. Environ. Monit. Assess. 186(9), s. 5721–5729.
• [23] Stein i in. 1992 – Stein, A., Ozin, G.E., Macdonald, P.M., Stucky, G.D. i Jelinek, R. 1992. Class A Sodalites: Silver, Sodium Halosodalites. J. Am. Chem. Soc. 114(3), s. 5171–5186.

Uwagi

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