Badania katalitycznej redukcji tlenku azotu amoniakiem na karbonizacie z osadów ściekowych

• Autorzy: Stelmach S. , Figa J. , Jastrząb K.

Warianty tytułu

EN

Investigation of nitrogen oxide catalytic reduction with ammonia on sewage sludge char

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaprezentowano rezultaty badań katalitycznej redukcji tlenku azotu amoniakiem na złożu karbonizatu wytworzonego z osadów ściekowych. Mechanicznie odwodniony, przefermentowany osad ściekowy, pochodzący z oczyszczalni ścieków komunalnych, poddano suszeniu na powietrzu do wilgotności ∼ 50%, a następnie wytłoczono z niego cylindryczne granulki. Granulki te, po dosuszeniu na powietrzu do zawartości wilgoci ok. 7%, zostały poddane pirolizie w złożu stałym. Próbkę suchego granulatu o wielkości 600 g umieszczono w retorcie stalowej, a retortę wprowadzono do zimnego pieca, który po włączeniu nagrzewano z szybkością ok. 15°C/min do temperatury 700°C. Piroliza prowadzona była w atmosferze azotu, a próbkę w temperaturze końcowej przetrzymano przez 30 minut. W uzyskanym karbonizacie oznaczono zawartość popiołu i wytrzymałość mechaniczna, a ponadto wykonano dla niego charakterystykę struktury mikroporowatej na podstawie izotermy adsorpcji-desorpcji azotu. Karbonizat ten poddano następnie testowi katalitycznej redukcji tlenku azotu według procedury opracowanej w Katedrze Chemii i Technologii Nieorganicznej Wydziału Chemicznego Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Syntetycznie wytworzony gaz o składzie: 82,8% obj. N2, 6,0% obj. O2, 11,0% obj. H2O, 0,1% obj. NO oraz 0,1% obj. NH3 przepuszczano w temperaturze 120°C przez złoże karbonizatu z osadów ściekowych o objętości 300 cm³ z natężeniem przepływu 0,450 Analiza zawartości NO w spalinach opuszczających kolumnę prowadzona była za pomocą automatycznego analizatora URAS 10E. Wyznaczony dla badanego karbonizatu z osadów ściekowych średni stopień redukcji NO, po ustaleniu stanu stacjonarnego, wyniósł 0,114. Uzyskany rezultat porównano z wynikami takich samych badań wykonanych dla komercyjnych koksów aktywnych. Przeprowadzony test wykazał, iż karbonizat z osadów ściekowych charakteryzuje się zdolnością katalitycznej redukcji tlenku azotu tylko nieznacznie niższą od komercyjnych koksów aktywnych. Na tej podstawie można rozważać możliwość wykorzystania karbonizatów z osadów ściekowych w charakterze substytutu komercyjnych koksów aktywnych wykorzystywanych w procesie katalitycznej redukcji NOx za pomocą amoniaku.

EN

Publication presents the testing results of nitrogen oxide (NO) catalytic reduction with ammonia on sewage sludge char bed. The char used at this study has been produced from mechanically dewatered, digested municipal sewage sludge. The sewage sludge has been firstly dried with ambient air up to moisture contents about 50%. Initially dried sewage sludge has been directed to extrusion, to produce cylindrical granules. Raw cylindrical granules of sewage sludge have been further dried with ambient air up to moisture contents about 7%. The 600 g sample of dried, granulated sewage sludge has been used for char production. The sample was placed at the retort made of steel, which was inserted into cold furnace. Then the furnace was turned on and heated with heating rate about 15°C/min, up to final temperature 700°C. Pyrolysis was performed at nitrogen atmosphere and the sample of sewage sludge has been pyrolysed at final temperature by 30 minutes. Obtained char has been analyzed to establish its ash contents and mechanical strength and also its microporous structure has been determined on the basis of nitrogen adsorption-desorption isotherm. The char has been used for testing its catalytic properties in relation to NO reduction with ammonia, according to procedure elaborated at Chemistry and Inorganic Technology Chair of Silesian Technical University. Artificially prepared flue gas with composition: 82.8% N2, 6.0% O2, 11.0% H2O, 0.1% NO and 0.1% NH3 (by volume), has been passed through the 300 cm³ char bed, at temperature 120°C and with flow rate 0.450. The NO contents at the outlet of the column was controlled with automatic analyzer URAS 10E. Average NO catalytic rate determined for tested sewage sludge char was equal 0.114. This result was compared with other results obtained for commercial active cokes. It should be stated that results of NO catalytic reduction with ammonia obtained for sewage sludge char is only a little lower than the same results found for commercial active cokes. Thus, it is possible to assume that sewage sludge chars could be used as a catalyst at industrial catalytic reduction of NOx from flue gases with ammonia.

Słowa kluczowe

PL

osady ściekowe; karbonizat; selektywna redukcja katalityczna; NO

EN

sludges; carbonizat; selective catalytic reduction; NO

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 7, nr 2
• Strony: 185--199
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Stelmach S.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze

autor

Figa J.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze

autor

Jastrząb K.

• Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny, ul. Krzywoustego 6, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Zakrzewski S.F., Podstawy toksykologii środowiska, WN PWN, Warszawa 1995.
• [2] Position paper on Air Quality: nitrogen dioxide, European Commission, November 1997.
• [3] Stelmach S., Wasielewski R., Figa J., Tlenki azotu w procesach spalania, Karbo 2002, 3, 88-94.
• [4] Hölter G., Untersuchungen zur Minimierung der Stickoxid- und Kohlenmonoxidemissionen einer atmosphärischen, stationären Wirbelschichtfeuerung durch Primärmaßnahmen, Dissertation zur Erlangung des Grades Doktor-Ingenieur des Fachbereiches Energie-, Verfahrens- und Elektrotechnik der Universität GH Essen.
• [5] McCahey S., McMullan J.T., Williams B.C., Techno-economic analysis of NOx reduction technologies in p.f. boilers, Fuel 1999, 78, 1771-1778.
• [6] Jastrząb K., Szarawara J., Zastosowanie krajowych sorbentów węglowych do usuwania SO2 i NOx z gazów spalinowych, Mat. Konf. nt. Węgiel aktywny w ochronie środowiska, Białowieża 1998.
• [7] Dębowski Z., Pawlak S., Sorpcyjne oczyszczanie spalin z dwutlenku siarki i tlenków azotu, Mat. Konf. nt. Węgiel aktywny w ochronie środowiska, Białowieża 1998.
• [8] Jastrząb K., Szarawara J., Anioł S., Badania procesu redukcji tlenków azotu gazowym amoniakiem z użyciem sorbentów węglowych, Przemysł Chemiczny 1994, 73, 2.
• [9] Konieczyński J„ Oczyszczanie gazów odlotowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1993.
• [10] Jastrząb K., Kinetics of the reduction of nitrogen oxides with ammonia on carbon sorbents, Polish Journal of Applied Chemistry 1998, 42, 1.
• [11] Stelmach S., Sobolewski A., Osady ściekowe jako prekursory adsorbentów, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2002, 5, 2, 149-168.
• [12] Chen X., Jeyaseelan S., Graham N., Physical and chemical properties study of the activated carbon made from sewage sludge, Waste Management 2002, 32, 755-760.
• [13] Martin M.J., Artola A., Balaguer M.D., Rigola M., Activated carbons developed from surplus sewage sludge for the removal of dyes from dilute aqueous solutions, Chemical Engineering Journal 2003, 94, 231-239.
• [14] Jastrząb K., Zin M., Porównanie właściwości koksów aktywnych stosowanych w przemysłowych instalacjach oczyszczania gazów spalinowych, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2000, 3, 377-388.
• [15] Barrett E.P., Joyner L.G., Halenda P.P., The determination of pore volume and area distributions in porous substances. I. Computations from nitrogen isotherms, The Journal of the American Chemical Society 1951, 73, 373-380.
• [16] Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquérol J., Sieminiewska T., Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity, Pure and Applied Chemistry 1985, 57, 603-619.
• [17] Adamson A.W., Chemia fizyczna powierzchni, PWN, Warszawa 1963.
• [18] Sing K.S.W., The use of gas adsorption for the characterization of porous solids, Colloids and Surfaces 1989, 38, 113-124.
• [19] Choma J., Jaroniec M., Analiza strukturalnych i energetycznych właściwości mikroporowatych adsorbentów węglowych, Wiadomości Chemiczne 1996, 50, 759-788.
• [20] Chiang H.-L., Chao Ch.-G., Chang C.Y., Wang C.F., Chiang P.C., Residue characteristics and pore development of petrochemical industry sludge pyrolysis, Water Research 2001, 35, 18, 4331-4338.
• [21] Peters M.S., Timmerhaus K.D., Plant design and economics for chemical engineers, McGraw- -Hill International Editions, Singapore 1981.
• [22] Kusuda H., Sawai M., Ozaki H., Ide Y., Evaluation of activated charcoal produced from sewage sludge for a dioxin-remover, Proceedings of the 2002 Spring Conference of the Korea Society of Waste Management, The 6th Korea-Japan Joint English Session, 2002, 315-319.
• [23] Kamei K., Funasaka H., Cleaning of exhaust gas by utilizing waste material and coal, Publikacja Center for Coal Utilization, Japonia.