Upload
flavia1234567890
View
63
Download
8
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Metode de retinere a dioxidului de sulf
Citation preview
Universitatea Politehnica Bucuresti
Facultatea de Chimie Aplicata Si Stiinta Materialelor
Metode de retinere a dioxidului de sulf
Student Biru Cristiana -Flavia
Anul IV
Specializarea Ingineria Mediului
An universitar 2014 - 2015
Instalaţii de desulfurare a gazelor
Introducere
Prezenţa dioxidului de sulf icircn gazele reziduale este stracircns legată de natura
proceselor tehnologice care prelucrează diverse materii prime cu conţinut de sulf
şi icircn cadrul cărora există cel puţin o etapă de transformare prin procese de oxidare
sau icircn general de ardere Din acest punct de vedere cele mai importante surse
antropogene de gaze reziduale cu conţinut de SO2 sunt
1 Industria energetică prin arderea combustibililor naturali sau sintetici (icircn
special a cărbunilor şi a păcurii sau a altor combustibili petrolieri grei care au un
conţinut relativ mare de sulf)
2 Industria de metalurgie neferoasă prin prelucrarea oxidativă
a sulfurilor metalice de Zn Pb Cu etc
3 Industria chimică de prelucrare sau obţinere a compuşilor cu sulf icircn special
fabricarea acidului sulfuric
Prin efectul poluant şi cantităţile emise anual icircn atmosferă dioxidul de sulf
este principalul poluant gazos motiv pentru care de-a lungul timpului şi cu atacirct
mai mult la ora actuală a existat şi există o preocupare intensă privind elaborarea
şi aplicarea unor procedee eficiente de desulfurare a gazelor reziduale Principalele
probleme pe care le ridică desulfurarea gazelor reziduale cu conţinut de SO2 sunt
- debitele foarte mari de gaze reziduale (icircn cazul centralelor electrice avacircnd valori
de ordinul 106 Nm
3h)
- concentraţia scăzută a SO2 icircn gazele reziduale (uzual 01 - 02)
- prezenţa altor compuşi cu caracter acid (CO2 NOx SO3 etc) şi a suspensiilor
solide icircn gaze
- temperatura ridicată a gazelor icircn multe cazuri fiind necesară răcirea acestora şi
apoi reicircncălzirea lor după desulfurare icircn vederea unei mai bune dispersii
atmosferice
- obţinerea prin desulfurare a unor produşi cu conţinut de sulf greu valorificabili
sau nevalorificabili şi ca urmare are loc un transfer poluant către apă sau sol iar
cheltuielile pentru desulfurare sunt mari şi greu de recuperat
Aceste aspecte particulare fac ca majoritatea procedeelor de desulfurare a
gazelor reziduale cu conţinut de SO2 să vizeze mai mult limitarea poluării
atmosferei şi mai puţin recuperarea şi valorificarea sulfului Cheltuielile mari de
desulfurare au făcut ca aplicarea cu rezultate notabile a procedeelor desulfurare să
fie foarte mult limitată introducerea tehnologiilor de desulfurare fiind impusă de
legislaţia de mediu Procedeele de desulfurare de tip FGD (Flue Gas
Desulfurization) dezvoltate icircn special după anul 1944 sunt extrem de diversificate
şi pot fi formal clasificate icircn următoarele categorii
bull Procedee uscate
- bazate pe adsorbţie fizică
- bazate pe adsorbţie şi reacţie chimică
- bazate pe procese chimice catalitice sau necatalitice
bull Procedee umede
- bazate pe procese de absorbţie fizică icircn soluţii
- bazate pe procese de absorbţie şi reacţie chimică icircn soluţii sau icircn suspensii
bull Procedee combinate icircn cadrul cărora pot avea loc procese complexe atacirct fizice
cacirct şi chimice
Sectorul energetic este unul din marii poluatori din economie Poluarea
atmosferei de către sistemul energetic are următoarele trei principale consecinţe
poluarea la distanţe lungi degradarea calităţii aerului din cauza condiţiilor precare
de dispersie atmosferică şi emisiile de gaze cu efect de seră Sectorul energetic din
cauza combustibililor fosili (cărbune gaz natural păcură) utilizaţi de Instalaţiile
Mari de Ardere (IMA) produce cea mai mare cantitate de emisii de gaze cu efect
de seră (bioxid de carbon) una dintre principalele cauze ale schimbărilor climatice
IMA evacuează icircn atmosferă cantităţi semnificative de emisii poluante circa 88
din emisiile totale la nivel naţional de NOx 90 din cele de SO2 şi 72 din
cantitatea de pulberi acestea fiind generate icircn procesul de ardere a combustibililor
fosili icircn capacităţile de producere a energiei electrice
Deşi sectorul energetic beneficiază de perioade de tranziţie obţinute prin
Tratatul de Aderare pacircnă icircn anul 2013 pentru emisiile de SO2 NOx şi pulberi
respectiv 2017 pentru reducerea suplimentară a emisiilor de NOx icircn vederea
conformării cu prevederile Directivei 200180EC cacirct şi cu angajamentele luate icircn
cadrul Protocolului de la Gothenburg Romacircnia trebuie să realizeze icircntr-o perioadă
relativ scurtă investiţii icircn obiective de mediu care implică resurse financiare
substanţiale pentru reducerea emisiilor de SO2 NOx şi pulberi la IMA prin
realizarea proiectelor de montare a instalaţiilor de desulfurare a gazelor de ardere
de arzătoare cu NOx redus şi de filtre la grupurile energetice deja
modernizateretehnologizate
Icircn grupurile modernizate retehnologizate proiectele de investiţii icircn
instalaţiile de desulfurare a gazelor de ardere arzătoare cu NOx redus şi filtre
pentru IMA au ca efect principal reducerea emisiilor de poluanţi icircn aer şi creşterea
calităţii mediului icircnconjurător prin diminuarea fenomenelor de acidifiere care
afectează solurile apele fauna şi flora şi reducerea formării ozonului care are
efecte adverse asupra sănătăţii umane şi asupra ecosistemelor
Arderea combustibililor fosili conduce la evacuarea icircn atmosferă a unor
volume importante de oxizi gazoşi de sulf Icircn urma precipitaţiilor chimice şi a
transformărilor pe care le suferă icircn atmosferă aceşti oxizi devin sursa
precipitaţiilor acide formă sub care icircşi exercită la nivelul solului acţiunea
distrugătoare asupra vegetaţiei perene Icircn acelaşi timp icircn condiţiile specifice
(temperatură şi presiune ridicată prezenţa umidităţii alături de particule de
cenuşă) ce caracterizează circulaţia gazelor arse dinspre instalaţia de ardere spre
coşul de evacuare icircn atmosferă oxizii gazoşi exercită o puternică acţiune corozivă
asupra instalaţiilor ce compun circuitul gazelor arse Astfel se intensifică uzura
instalaţiilor
Icircntr-o primă fază bioxidul de sulf dă naştere acidului sulfuros care prin
oxidare sub acţiunea radiaţiei solare se transformă icircn acid sulfuric Acţiunea
poluatoare a H2SO4 se exercită sub forma ploilor acide principalul factor generator
al bdquomorţii pădurilorldquo icircn ţările industrializate din Europa de vest şi centrală Intracircnd
icircn circulaţia atmosferică zonală SO2 exercită efectul poluant nu numai icircn regiunea
sau ţara icircn care este generat ci şi icircn alte regiuni sau ţări aflate pe direcţia vacircnturilor
dominante Acest proces este favorizat de construirea unor coşuri icircnalte (peste
200divide250 m) prin intermediul cărora gazele arse avacircnd o temperatură ridicată
(160divide175 degC) şi o viteză de evacuare mare sunt conduse prin intermediul coşurilor
icircnalte la o icircnălţime egală icircn medie cu dublul icircnălţimii coşului (cca 500 m de la
nivelul solului)
Metode de reţinere a bioxidului de sulf
Cu excepţia unor procese chimice speciale arderea combustibililor fosili
reprezintă principala sursă de dioxid de sulf (SO2) Se deosebesc trei căi principale
de reducere a emisiei de SO2 respectiv desulfurarea combustibililor alegerea
corespunzătoare a combustibilului desulfurarea gazelor de ardere Reţinerea
bioxidului de sulf poate avea loc icircn toate fazele folosirii combustibilului icircncepacircnd
cu pregătirea lui icircnaintea arderii icircn timpul arderii şi după ardere (prin acţiuni
asupra gazelor de ardere)
Icircn cărbune sulful este prezent sub 3 forme
1) sulf organic
2) radical sulfat
3) pirită
Icircn păcură sulful poate fi doar sub formă de sulf organic şi radical sulfat Icircn
general combustibilii gazoşi naturali au un conţinut neglijabil de sulf Gazele de
sondă sau de rafinărie conţin hidrogen sulfurat (H2S) precum şi dioxid de carbon
(CO2) şi mercaptan De exemplu gazul de gazogen din cărbune conţine circa 1
H2S şi 6 CO2 Sulful organic care face parte integrantă din diagramă Fe-carbon
şi care nu poate fi extras prin segregare fizică directă reprezintă 30divide70 din
totalul de sulf Icircn general raportul sulf organicsulf total este mai ridicat la
combustibilul cu conţinut scăzut de sulf şi scade cu creşterea conţinutului de sulf
Conţinutul de sulf din radical sulfat este icircn general inferior 005 [ ] Pirită icircn
cărbune se află sub formă de particule discrete şi chiar microscopice Este un
mineral greu cu o densitate de aproximativ 50 icircn timp ce cărbunele are o
densitate maximă de numai 18 [kgdm3]
Conţinutul icircn pirită al cărbunelui poate fi uşor redus prin reducerea
granulaţiei urmată de o separare gravitaţională Icircn general cantitatea de pirită
reţinută creşte pe măsură ce cărbunele este măcinat icircn particule cacirct mai fine şi
densitatea la care se produce separarea scade Particulele de cărbune cu conţinut
redus de pirită şi particulele de cenuşă vor cădea cu particulele minerale pure De
aici rezultă un produs mai curat icircnsa cu pierderi mai ridicate de energie sau de
căldură Cacircnd aceste particule sunt foarte fine metoda de segregare gravimetrică
devine mai puţin rentabilă Icircn cazul utilizării cărbunelui desulfurarea
combustibilului este relativ dificilă Icircn focarele de mare capacitate cu accent
asupra acelora din centralele termoelectrice utilizarea unor combustibili cu
conţinut scăzut de sulf dar mai scumpi nu reprezintă o soluţie viabilă icircntotdeauna
Din acest motiv pentru reducerea emisiei de SO2 se realizează o desulfurare a
gazelor de ardere
Rafinarea petrolului brut este icircnsoţită şi de o producţie de hidrogen sulfurat
care diferă icircn funcţie de caracteristicile petrolului brut Pentru eliminarea sulfului
din petrolul supus rafinării se introduce un gaz bogat icircn hidrogen ceea ce
facilitează formarea hidrogenului sulfurat Procedeul este cunoscut sub denumirea
de hidrorafinare care permite totodată şi reţinerea altor impurităţi (azot apă
oxigen) icircntr-un reactor cu catalizatori adecvaţi
Icircn procesul de rafinare conţinutul de sulf din combustibili lichizi uşori este
reglat prin amestecul mai multor sorturi cu concentraţii diferite de sulf Icircn plus
combustibilul lichid uşor poate fi desulfurat prin hidrogenare (desulfurarea
combustibilului) Desulfurarea are loc icircn prezenţa unor catalizatori de cele mai
multe ori cobalt şi molibden pe un suport de alumină la temperaturi şi presiuni de
320divide420 ordmC respectiv 25divide70 bar Icircn timpul procesului sulful este eliminat prin
hidrogenare sub formă de hidrogen sulfurat care este transformat ulterior icircn sulf
elementar
Eliminarea sulfului şi azotului are ca efect şi distrugerea unui icircnsemnat
număr de molecule grele obţinacircndu-se astfel creşterea ponderii produşilor uşori
Introducerea hidrogenului se poate realiza icircn toate fazele prelucrării petrolului care
poate conduce la creşterea gradului de reţinere a sulfului pacircnă la circa 65 Pentru
desulfurarea combustibilului gazos procedeele constau icircn extragerea concentrarea
şi reţinerea hidrogenului sulfurat H2S care urmează a fi tratat conform unor
procedee specifice
Din hidrogenul sulfurat aflat icircn fază gazoasă se recuperează sulful printr-o
spălare cu amacircne urmată de procedee de tip Claus realizacircnd o reţinere a sulfului
icircn proporţie de 95 Se mai utilizează şi o recuperare complementară a sulfului
din gazele ieşite din recuperatorul Claus cu un randament de 4divide49 iar restul se
arde producacircnd SO2
Reziduurile solide din epurarea cărbunelui pot fi grosiere sau fine şi sunt
compuse din deşeuri de cărbune ardezie şisturi de cărbune de pirită şi argilă O
metodă de a scăpa de aceste deşeuri ale cărbunelui brut constă icircn depozitarea icircn
strat pe un teren netezit compactarea acoperirea cu pămacircnt şi apoi replantarea cu
vegetaţie Aceste metode sunt menite să icircmpiedice aprinderea spontană şi
infiltrarea apei Reziduurile fine sunt de obicei deversate icircn bazine de decantare
sub formă de noroi sau deshidratate şi adăugate la grămada de reziduuri grosiere
O posibilitate de a reduce emisia de SO2 este alegerea unui anumit
combustibil (icircn faza de proiectare) sau schimbarea celui utilizat icircn mod curent icircn
exploatare (alegerea combustibilului) De exemplu icircn ultimii ani utilizarea gazului
natural a crescut considerabil icircn instalaţiile de mică şi medie capacitate Cum
conţinutul de sulf din gazul natural este practic neglijabil emisia de SO2 a fost
redusă pe această cale
O altă posibilitate de limitare a emisiei dar numai pacircnă la jumătate din cea
naturală se poate obţine prin insuflarea de aditivi icircn focar icircn timpul arderii fie sub
formă de praf de dolomită injectat cu praful de cărbune fie sub forma unor emulsii
de particule icircn hidrocarburi dozate icircn combustibilul lichid
Pudră de calcar este injectată icircn focar unde este calcinată la CaO care
reacţionează cu SO2 rezultacircnd CaSO4 Produsul desulfurării şi aditivul care nu a
reacţionat sunt colectate icircn precipitator icircmpreuna cu aerul de combustie Metoda a
avut cele mai bune rezultate deoarece calcarul este injectat la o temperatură
favorabilă şi acolo se află o presiune suficientă datorată aerului de la partea
superioară a arzătorului pentru a distribui bine aditivul Funcţie de sarcina
cazanului eficienţa reducerii atinge valori de 50divide70
Avantajele injecţiei de calcar sunt proces simplu realizare rapidă costul
investiţiei scăzut consum mic de energie disponibilitatea instalaţiei ridicată
Dezavantajele metodei sunt grad de desulfurare limitat tendinţa de
zgurificare icircn focar manipulare dificilă a cenuşei
Normele foarte severe de emisie care coboară valoarea de la 2divide35 gm3 la
numai 04 gm3 cum este exemplul pentru Japonia SUA Germania impun
neapărat folosirea unor instalaţii chimice de desulfurare a gazelor la toate cazurile
de ardere a cărbunelui icircn cazane cu focare clasice sau a păcurii cu conţinut ridicat
de sulf
Icircn ultimele două decenii au fost dezvoltate mai multe procedee de
desulfurare dintre care cele mai importante sunt
bull procedeul umed icircn care se introduce ca agent activ o soluţie de hidroxid de
calciu şi carbonat de sodiu obţinacircnd ca deşeu nămoluri nerecuperabile sau cel mult
cu posibilitate de extracţie de gips
bull procedeul semiuscat icircn care se introduce ca agent activ o soluţie concentrată de
amoniac sau hidroxid de calciu icircn filtru avacircnd loc evaporarea completă a apei
Produsele sulfatice sunt recuperate icircn stare uscată permiţacircnd reintroducerea lor icircn
circuitul economic
bull procedeul catalitic cu producere de sulf aplicat la o temperatură ridicată a
gazelor de ardere
Cea mai largă implementare industrială o are procedeul umed Prin spălarea
sau umidificarea aerului se obţine o răcire a gazelor pacircnă la 50divide60 degC la procedeul
umed şi la 70divide100 degC la cel semiuscat Icircn aceste condiţii ridicarea penei de fum se
limitează şi dispersia este dezavantajată Efectul de reducere a fondului de SO2 icircn
atmosferă rămacircne icircn acest caz să se resimtă numai pe ansamblul teritoriului la
distanţe mari Coboracircrea temperaturii sub temperatura punctului de rouă acidă
atrage coroziuni inacceptabile sub aspectul fiabilităţii traseului de gaze motiv
pentru care este necesară reicircncălzirea gazelor fie cu abur fie regenerativ fie cu
amestec de gaze fierbinţi fie prin căldura obţinută prin arderea de combustibil
suplimentar
Instalaţiile de desulfurare uscată şi semiuscată sunt utilizate mai rar icircn
special pentru centralele mici datorită pericolului intoxicării cu amoniac
Principala caracteristică a desulfurării umede este reducerea simultană a SO2 şi
producerea de gips şi de asemenea controlul alimentării cu calcar esenţial pentru
a icircnvinge fluctuaţiile sulfului conţinut icircn combustibil Gazele de ardere de la
electrofiltru sau de la ieşirea din preicircncălzitorul de aer regenerativ sunt introduse icircn
scruber prin intermediul a două ventilatoare icircnaintase cacircte unul pe fiecare linie
Icircnainte de primul scruber este instalat un schimbător de căldură gazgaz care
răceşte gazul cu conţinut de SO2 icircnainte de intrarea icircn scruber şi icircncălzeşte gazul
curat pacircnă la aproximativ 100 degC Gazul din linia a doua este introdus direct icircn cel
de-al doilea scruber şi apoi fără a fi reicircncălzit se amestecă cu gazul curat
(reicircncălzit la 100 degC) de la primul scruber Astfel rezultă o temperatură a gazelor
la coş de circa 80 degC Gipsul produs e subţiat pacircnă la 30 conţinut solid şi
ulterior e uscat pacircnă la 15 umiditate icircntr-un filtru cu vacuum Preaplinul
concentratorului şi produsul filtrării sunt circulate complet icircn proces Nu se
produce apă uzată iar 25 din gipsul rezultat este utilizat icircn industria cimentului
Icircn tabelul ce urmează sunt prezentate schematic principalele procedee
comerciale de desulfurare a gazelor de ardere
Epurare prin
metoda
umedă
Procedeu Tehnică (metodă) Produse secundare
Var calcar
CaOCaCO3
Absorbţia SO2 cu var stins (nămol de
var) sau calcar
Nămol de epurare
sau gips
Sodă de rufe
NaOH
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sodă
caustică sau de carbonat de sodiu
Apă reziduală sau
soluţie spălat rufe
Soluţie
Alcalină
Absorbţia SO2 cu soluţie de Na
rezultată din soluţie alcalină calcică
Nămol sau gips
(CaSO4)
Amoniac -
Walther
Absorbţie cu NH3 apoi oxidare icircn
sulfat de amoniu
Icircngrăşămacircnt pe
bază de sulfat de
amoniu
Oxid de
magneziu
SO2 intră icircn reacţie cu un amestec de
oxid şi hidroxid de magneziu
reciclarea reactivului după
deshidratare şi regenerare
Sulf elementar sau
acid sulfuric
Sulfit de sodiu
(wellmanndashlord)
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sulfit
de sodiu care este apoi reciclată şi
regenerată
Sulf elementar sau
H2SO4 cantităţi
mici de sulfat de
sodiu
Citrat
Absorbţia SO2 cu o soluţie de citrat
de Na Absorbantul este regenerat şi
produşii secundari transformaţi icircn S2
prin reducţie icircn fază lichidă cu H2S
Sulf elementar
Carbonat apos Absorbţia SO2 cu o soluţie de
carbonat de sodiu deshidratat prin
pulverizare regenerare + reciclare
Sulf elementar
Uscare prin
pulverizare
Pulverizare şi
uscare
Reacţia unui nămol de absorbţie
pulverizat cu SO2 şi uscare simultană
Deşeuri uscate
Procedeu
uscat
Absorbţie pe
cărbune activ
Absorbţia şi desorbţia SO2 pe
cărbune activ
Sulf elementar
Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt
descrise schematic prin diagrame icircn figura 1 Icircn desulfurarea uscată SO2 şi SO3
sunt reţinute prin procese fizice (adsorbţie) sau chimice (absorbţie şi reacţii
chimice)
Fig 1 Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere
Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este dirijat să icircntacirclnească gazele ce
trebuie desulfurate Apoi agentul este reactivat icircn regenerator şi este trimis icircnapoi
icircn procesul de adsorbţie Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este pulverizat icircn
gazele de ardere
Icircn procedeele semiuscate o suspensie alcalină sau alcalino - pămacircntoasă
este adusă icircn contact cu gazele de ardere de desulfurat Icircn gazele de ardere fierbinţi
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Instalaţii de desulfurare a gazelor
Introducere
Prezenţa dioxidului de sulf icircn gazele reziduale este stracircns legată de natura
proceselor tehnologice care prelucrează diverse materii prime cu conţinut de sulf
şi icircn cadrul cărora există cel puţin o etapă de transformare prin procese de oxidare
sau icircn general de ardere Din acest punct de vedere cele mai importante surse
antropogene de gaze reziduale cu conţinut de SO2 sunt
1 Industria energetică prin arderea combustibililor naturali sau sintetici (icircn
special a cărbunilor şi a păcurii sau a altor combustibili petrolieri grei care au un
conţinut relativ mare de sulf)
2 Industria de metalurgie neferoasă prin prelucrarea oxidativă
a sulfurilor metalice de Zn Pb Cu etc
3 Industria chimică de prelucrare sau obţinere a compuşilor cu sulf icircn special
fabricarea acidului sulfuric
Prin efectul poluant şi cantităţile emise anual icircn atmosferă dioxidul de sulf
este principalul poluant gazos motiv pentru care de-a lungul timpului şi cu atacirct
mai mult la ora actuală a existat şi există o preocupare intensă privind elaborarea
şi aplicarea unor procedee eficiente de desulfurare a gazelor reziduale Principalele
probleme pe care le ridică desulfurarea gazelor reziduale cu conţinut de SO2 sunt
- debitele foarte mari de gaze reziduale (icircn cazul centralelor electrice avacircnd valori
de ordinul 106 Nm
3h)
- concentraţia scăzută a SO2 icircn gazele reziduale (uzual 01 - 02)
- prezenţa altor compuşi cu caracter acid (CO2 NOx SO3 etc) şi a suspensiilor
solide icircn gaze
- temperatura ridicată a gazelor icircn multe cazuri fiind necesară răcirea acestora şi
apoi reicircncălzirea lor după desulfurare icircn vederea unei mai bune dispersii
atmosferice
- obţinerea prin desulfurare a unor produşi cu conţinut de sulf greu valorificabili
sau nevalorificabili şi ca urmare are loc un transfer poluant către apă sau sol iar
cheltuielile pentru desulfurare sunt mari şi greu de recuperat
Aceste aspecte particulare fac ca majoritatea procedeelor de desulfurare a
gazelor reziduale cu conţinut de SO2 să vizeze mai mult limitarea poluării
atmosferei şi mai puţin recuperarea şi valorificarea sulfului Cheltuielile mari de
desulfurare au făcut ca aplicarea cu rezultate notabile a procedeelor desulfurare să
fie foarte mult limitată introducerea tehnologiilor de desulfurare fiind impusă de
legislaţia de mediu Procedeele de desulfurare de tip FGD (Flue Gas
Desulfurization) dezvoltate icircn special după anul 1944 sunt extrem de diversificate
şi pot fi formal clasificate icircn următoarele categorii
bull Procedee uscate
- bazate pe adsorbţie fizică
- bazate pe adsorbţie şi reacţie chimică
- bazate pe procese chimice catalitice sau necatalitice
bull Procedee umede
- bazate pe procese de absorbţie fizică icircn soluţii
- bazate pe procese de absorbţie şi reacţie chimică icircn soluţii sau icircn suspensii
bull Procedee combinate icircn cadrul cărora pot avea loc procese complexe atacirct fizice
cacirct şi chimice
Sectorul energetic este unul din marii poluatori din economie Poluarea
atmosferei de către sistemul energetic are următoarele trei principale consecinţe
poluarea la distanţe lungi degradarea calităţii aerului din cauza condiţiilor precare
de dispersie atmosferică şi emisiile de gaze cu efect de seră Sectorul energetic din
cauza combustibililor fosili (cărbune gaz natural păcură) utilizaţi de Instalaţiile
Mari de Ardere (IMA) produce cea mai mare cantitate de emisii de gaze cu efect
de seră (bioxid de carbon) una dintre principalele cauze ale schimbărilor climatice
IMA evacuează icircn atmosferă cantităţi semnificative de emisii poluante circa 88
din emisiile totale la nivel naţional de NOx 90 din cele de SO2 şi 72 din
cantitatea de pulberi acestea fiind generate icircn procesul de ardere a combustibililor
fosili icircn capacităţile de producere a energiei electrice
Deşi sectorul energetic beneficiază de perioade de tranziţie obţinute prin
Tratatul de Aderare pacircnă icircn anul 2013 pentru emisiile de SO2 NOx şi pulberi
respectiv 2017 pentru reducerea suplimentară a emisiilor de NOx icircn vederea
conformării cu prevederile Directivei 200180EC cacirct şi cu angajamentele luate icircn
cadrul Protocolului de la Gothenburg Romacircnia trebuie să realizeze icircntr-o perioadă
relativ scurtă investiţii icircn obiective de mediu care implică resurse financiare
substanţiale pentru reducerea emisiilor de SO2 NOx şi pulberi la IMA prin
realizarea proiectelor de montare a instalaţiilor de desulfurare a gazelor de ardere
de arzătoare cu NOx redus şi de filtre la grupurile energetice deja
modernizateretehnologizate
Icircn grupurile modernizate retehnologizate proiectele de investiţii icircn
instalaţiile de desulfurare a gazelor de ardere arzătoare cu NOx redus şi filtre
pentru IMA au ca efect principal reducerea emisiilor de poluanţi icircn aer şi creşterea
calităţii mediului icircnconjurător prin diminuarea fenomenelor de acidifiere care
afectează solurile apele fauna şi flora şi reducerea formării ozonului care are
efecte adverse asupra sănătăţii umane şi asupra ecosistemelor
Arderea combustibililor fosili conduce la evacuarea icircn atmosferă a unor
volume importante de oxizi gazoşi de sulf Icircn urma precipitaţiilor chimice şi a
transformărilor pe care le suferă icircn atmosferă aceşti oxizi devin sursa
precipitaţiilor acide formă sub care icircşi exercită la nivelul solului acţiunea
distrugătoare asupra vegetaţiei perene Icircn acelaşi timp icircn condiţiile specifice
(temperatură şi presiune ridicată prezenţa umidităţii alături de particule de
cenuşă) ce caracterizează circulaţia gazelor arse dinspre instalaţia de ardere spre
coşul de evacuare icircn atmosferă oxizii gazoşi exercită o puternică acţiune corozivă
asupra instalaţiilor ce compun circuitul gazelor arse Astfel se intensifică uzura
instalaţiilor
Icircntr-o primă fază bioxidul de sulf dă naştere acidului sulfuros care prin
oxidare sub acţiunea radiaţiei solare se transformă icircn acid sulfuric Acţiunea
poluatoare a H2SO4 se exercită sub forma ploilor acide principalul factor generator
al bdquomorţii pădurilorldquo icircn ţările industrializate din Europa de vest şi centrală Intracircnd
icircn circulaţia atmosferică zonală SO2 exercită efectul poluant nu numai icircn regiunea
sau ţara icircn care este generat ci şi icircn alte regiuni sau ţări aflate pe direcţia vacircnturilor
dominante Acest proces este favorizat de construirea unor coşuri icircnalte (peste
200divide250 m) prin intermediul cărora gazele arse avacircnd o temperatură ridicată
(160divide175 degC) şi o viteză de evacuare mare sunt conduse prin intermediul coşurilor
icircnalte la o icircnălţime egală icircn medie cu dublul icircnălţimii coşului (cca 500 m de la
nivelul solului)
Metode de reţinere a bioxidului de sulf
Cu excepţia unor procese chimice speciale arderea combustibililor fosili
reprezintă principala sursă de dioxid de sulf (SO2) Se deosebesc trei căi principale
de reducere a emisiei de SO2 respectiv desulfurarea combustibililor alegerea
corespunzătoare a combustibilului desulfurarea gazelor de ardere Reţinerea
bioxidului de sulf poate avea loc icircn toate fazele folosirii combustibilului icircncepacircnd
cu pregătirea lui icircnaintea arderii icircn timpul arderii şi după ardere (prin acţiuni
asupra gazelor de ardere)
Icircn cărbune sulful este prezent sub 3 forme
1) sulf organic
2) radical sulfat
3) pirită
Icircn păcură sulful poate fi doar sub formă de sulf organic şi radical sulfat Icircn
general combustibilii gazoşi naturali au un conţinut neglijabil de sulf Gazele de
sondă sau de rafinărie conţin hidrogen sulfurat (H2S) precum şi dioxid de carbon
(CO2) şi mercaptan De exemplu gazul de gazogen din cărbune conţine circa 1
H2S şi 6 CO2 Sulful organic care face parte integrantă din diagramă Fe-carbon
şi care nu poate fi extras prin segregare fizică directă reprezintă 30divide70 din
totalul de sulf Icircn general raportul sulf organicsulf total este mai ridicat la
combustibilul cu conţinut scăzut de sulf şi scade cu creşterea conţinutului de sulf
Conţinutul de sulf din radical sulfat este icircn general inferior 005 [ ] Pirită icircn
cărbune se află sub formă de particule discrete şi chiar microscopice Este un
mineral greu cu o densitate de aproximativ 50 icircn timp ce cărbunele are o
densitate maximă de numai 18 [kgdm3]
Conţinutul icircn pirită al cărbunelui poate fi uşor redus prin reducerea
granulaţiei urmată de o separare gravitaţională Icircn general cantitatea de pirită
reţinută creşte pe măsură ce cărbunele este măcinat icircn particule cacirct mai fine şi
densitatea la care se produce separarea scade Particulele de cărbune cu conţinut
redus de pirită şi particulele de cenuşă vor cădea cu particulele minerale pure De
aici rezultă un produs mai curat icircnsa cu pierderi mai ridicate de energie sau de
căldură Cacircnd aceste particule sunt foarte fine metoda de segregare gravimetrică
devine mai puţin rentabilă Icircn cazul utilizării cărbunelui desulfurarea
combustibilului este relativ dificilă Icircn focarele de mare capacitate cu accent
asupra acelora din centralele termoelectrice utilizarea unor combustibili cu
conţinut scăzut de sulf dar mai scumpi nu reprezintă o soluţie viabilă icircntotdeauna
Din acest motiv pentru reducerea emisiei de SO2 se realizează o desulfurare a
gazelor de ardere
Rafinarea petrolului brut este icircnsoţită şi de o producţie de hidrogen sulfurat
care diferă icircn funcţie de caracteristicile petrolului brut Pentru eliminarea sulfului
din petrolul supus rafinării se introduce un gaz bogat icircn hidrogen ceea ce
facilitează formarea hidrogenului sulfurat Procedeul este cunoscut sub denumirea
de hidrorafinare care permite totodată şi reţinerea altor impurităţi (azot apă
oxigen) icircntr-un reactor cu catalizatori adecvaţi
Icircn procesul de rafinare conţinutul de sulf din combustibili lichizi uşori este
reglat prin amestecul mai multor sorturi cu concentraţii diferite de sulf Icircn plus
combustibilul lichid uşor poate fi desulfurat prin hidrogenare (desulfurarea
combustibilului) Desulfurarea are loc icircn prezenţa unor catalizatori de cele mai
multe ori cobalt şi molibden pe un suport de alumină la temperaturi şi presiuni de
320divide420 ordmC respectiv 25divide70 bar Icircn timpul procesului sulful este eliminat prin
hidrogenare sub formă de hidrogen sulfurat care este transformat ulterior icircn sulf
elementar
Eliminarea sulfului şi azotului are ca efect şi distrugerea unui icircnsemnat
număr de molecule grele obţinacircndu-se astfel creşterea ponderii produşilor uşori
Introducerea hidrogenului se poate realiza icircn toate fazele prelucrării petrolului care
poate conduce la creşterea gradului de reţinere a sulfului pacircnă la circa 65 Pentru
desulfurarea combustibilului gazos procedeele constau icircn extragerea concentrarea
şi reţinerea hidrogenului sulfurat H2S care urmează a fi tratat conform unor
procedee specifice
Din hidrogenul sulfurat aflat icircn fază gazoasă se recuperează sulful printr-o
spălare cu amacircne urmată de procedee de tip Claus realizacircnd o reţinere a sulfului
icircn proporţie de 95 Se mai utilizează şi o recuperare complementară a sulfului
din gazele ieşite din recuperatorul Claus cu un randament de 4divide49 iar restul se
arde producacircnd SO2
Reziduurile solide din epurarea cărbunelui pot fi grosiere sau fine şi sunt
compuse din deşeuri de cărbune ardezie şisturi de cărbune de pirită şi argilă O
metodă de a scăpa de aceste deşeuri ale cărbunelui brut constă icircn depozitarea icircn
strat pe un teren netezit compactarea acoperirea cu pămacircnt şi apoi replantarea cu
vegetaţie Aceste metode sunt menite să icircmpiedice aprinderea spontană şi
infiltrarea apei Reziduurile fine sunt de obicei deversate icircn bazine de decantare
sub formă de noroi sau deshidratate şi adăugate la grămada de reziduuri grosiere
O posibilitate de a reduce emisia de SO2 este alegerea unui anumit
combustibil (icircn faza de proiectare) sau schimbarea celui utilizat icircn mod curent icircn
exploatare (alegerea combustibilului) De exemplu icircn ultimii ani utilizarea gazului
natural a crescut considerabil icircn instalaţiile de mică şi medie capacitate Cum
conţinutul de sulf din gazul natural este practic neglijabil emisia de SO2 a fost
redusă pe această cale
O altă posibilitate de limitare a emisiei dar numai pacircnă la jumătate din cea
naturală se poate obţine prin insuflarea de aditivi icircn focar icircn timpul arderii fie sub
formă de praf de dolomită injectat cu praful de cărbune fie sub forma unor emulsii
de particule icircn hidrocarburi dozate icircn combustibilul lichid
Pudră de calcar este injectată icircn focar unde este calcinată la CaO care
reacţionează cu SO2 rezultacircnd CaSO4 Produsul desulfurării şi aditivul care nu a
reacţionat sunt colectate icircn precipitator icircmpreuna cu aerul de combustie Metoda a
avut cele mai bune rezultate deoarece calcarul este injectat la o temperatură
favorabilă şi acolo se află o presiune suficientă datorată aerului de la partea
superioară a arzătorului pentru a distribui bine aditivul Funcţie de sarcina
cazanului eficienţa reducerii atinge valori de 50divide70
Avantajele injecţiei de calcar sunt proces simplu realizare rapidă costul
investiţiei scăzut consum mic de energie disponibilitatea instalaţiei ridicată
Dezavantajele metodei sunt grad de desulfurare limitat tendinţa de
zgurificare icircn focar manipulare dificilă a cenuşei
Normele foarte severe de emisie care coboară valoarea de la 2divide35 gm3 la
numai 04 gm3 cum este exemplul pentru Japonia SUA Germania impun
neapărat folosirea unor instalaţii chimice de desulfurare a gazelor la toate cazurile
de ardere a cărbunelui icircn cazane cu focare clasice sau a păcurii cu conţinut ridicat
de sulf
Icircn ultimele două decenii au fost dezvoltate mai multe procedee de
desulfurare dintre care cele mai importante sunt
bull procedeul umed icircn care se introduce ca agent activ o soluţie de hidroxid de
calciu şi carbonat de sodiu obţinacircnd ca deşeu nămoluri nerecuperabile sau cel mult
cu posibilitate de extracţie de gips
bull procedeul semiuscat icircn care se introduce ca agent activ o soluţie concentrată de
amoniac sau hidroxid de calciu icircn filtru avacircnd loc evaporarea completă a apei
Produsele sulfatice sunt recuperate icircn stare uscată permiţacircnd reintroducerea lor icircn
circuitul economic
bull procedeul catalitic cu producere de sulf aplicat la o temperatură ridicată a
gazelor de ardere
Cea mai largă implementare industrială o are procedeul umed Prin spălarea
sau umidificarea aerului se obţine o răcire a gazelor pacircnă la 50divide60 degC la procedeul
umed şi la 70divide100 degC la cel semiuscat Icircn aceste condiţii ridicarea penei de fum se
limitează şi dispersia este dezavantajată Efectul de reducere a fondului de SO2 icircn
atmosferă rămacircne icircn acest caz să se resimtă numai pe ansamblul teritoriului la
distanţe mari Coboracircrea temperaturii sub temperatura punctului de rouă acidă
atrage coroziuni inacceptabile sub aspectul fiabilităţii traseului de gaze motiv
pentru care este necesară reicircncălzirea gazelor fie cu abur fie regenerativ fie cu
amestec de gaze fierbinţi fie prin căldura obţinută prin arderea de combustibil
suplimentar
Instalaţiile de desulfurare uscată şi semiuscată sunt utilizate mai rar icircn
special pentru centralele mici datorită pericolului intoxicării cu amoniac
Principala caracteristică a desulfurării umede este reducerea simultană a SO2 şi
producerea de gips şi de asemenea controlul alimentării cu calcar esenţial pentru
a icircnvinge fluctuaţiile sulfului conţinut icircn combustibil Gazele de ardere de la
electrofiltru sau de la ieşirea din preicircncălzitorul de aer regenerativ sunt introduse icircn
scruber prin intermediul a două ventilatoare icircnaintase cacircte unul pe fiecare linie
Icircnainte de primul scruber este instalat un schimbător de căldură gazgaz care
răceşte gazul cu conţinut de SO2 icircnainte de intrarea icircn scruber şi icircncălzeşte gazul
curat pacircnă la aproximativ 100 degC Gazul din linia a doua este introdus direct icircn cel
de-al doilea scruber şi apoi fără a fi reicircncălzit se amestecă cu gazul curat
(reicircncălzit la 100 degC) de la primul scruber Astfel rezultă o temperatură a gazelor
la coş de circa 80 degC Gipsul produs e subţiat pacircnă la 30 conţinut solid şi
ulterior e uscat pacircnă la 15 umiditate icircntr-un filtru cu vacuum Preaplinul
concentratorului şi produsul filtrării sunt circulate complet icircn proces Nu se
produce apă uzată iar 25 din gipsul rezultat este utilizat icircn industria cimentului
Icircn tabelul ce urmează sunt prezentate schematic principalele procedee
comerciale de desulfurare a gazelor de ardere
Epurare prin
metoda
umedă
Procedeu Tehnică (metodă) Produse secundare
Var calcar
CaOCaCO3
Absorbţia SO2 cu var stins (nămol de
var) sau calcar
Nămol de epurare
sau gips
Sodă de rufe
NaOH
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sodă
caustică sau de carbonat de sodiu
Apă reziduală sau
soluţie spălat rufe
Soluţie
Alcalină
Absorbţia SO2 cu soluţie de Na
rezultată din soluţie alcalină calcică
Nămol sau gips
(CaSO4)
Amoniac -
Walther
Absorbţie cu NH3 apoi oxidare icircn
sulfat de amoniu
Icircngrăşămacircnt pe
bază de sulfat de
amoniu
Oxid de
magneziu
SO2 intră icircn reacţie cu un amestec de
oxid şi hidroxid de magneziu
reciclarea reactivului după
deshidratare şi regenerare
Sulf elementar sau
acid sulfuric
Sulfit de sodiu
(wellmanndashlord)
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sulfit
de sodiu care este apoi reciclată şi
regenerată
Sulf elementar sau
H2SO4 cantităţi
mici de sulfat de
sodiu
Citrat
Absorbţia SO2 cu o soluţie de citrat
de Na Absorbantul este regenerat şi
produşii secundari transformaţi icircn S2
prin reducţie icircn fază lichidă cu H2S
Sulf elementar
Carbonat apos Absorbţia SO2 cu o soluţie de
carbonat de sodiu deshidratat prin
pulverizare regenerare + reciclare
Sulf elementar
Uscare prin
pulverizare
Pulverizare şi
uscare
Reacţia unui nămol de absorbţie
pulverizat cu SO2 şi uscare simultană
Deşeuri uscate
Procedeu
uscat
Absorbţie pe
cărbune activ
Absorbţia şi desorbţia SO2 pe
cărbune activ
Sulf elementar
Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt
descrise schematic prin diagrame icircn figura 1 Icircn desulfurarea uscată SO2 şi SO3
sunt reţinute prin procese fizice (adsorbţie) sau chimice (absorbţie şi reacţii
chimice)
Fig 1 Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere
Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este dirijat să icircntacirclnească gazele ce
trebuie desulfurate Apoi agentul este reactivat icircn regenerator şi este trimis icircnapoi
icircn procesul de adsorbţie Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este pulverizat icircn
gazele de ardere
Icircn procedeele semiuscate o suspensie alcalină sau alcalino - pămacircntoasă
este adusă icircn contact cu gazele de ardere de desulfurat Icircn gazele de ardere fierbinţi
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
atmosferei şi mai puţin recuperarea şi valorificarea sulfului Cheltuielile mari de
desulfurare au făcut ca aplicarea cu rezultate notabile a procedeelor desulfurare să
fie foarte mult limitată introducerea tehnologiilor de desulfurare fiind impusă de
legislaţia de mediu Procedeele de desulfurare de tip FGD (Flue Gas
Desulfurization) dezvoltate icircn special după anul 1944 sunt extrem de diversificate
şi pot fi formal clasificate icircn următoarele categorii
bull Procedee uscate
- bazate pe adsorbţie fizică
- bazate pe adsorbţie şi reacţie chimică
- bazate pe procese chimice catalitice sau necatalitice
bull Procedee umede
- bazate pe procese de absorbţie fizică icircn soluţii
- bazate pe procese de absorbţie şi reacţie chimică icircn soluţii sau icircn suspensii
bull Procedee combinate icircn cadrul cărora pot avea loc procese complexe atacirct fizice
cacirct şi chimice
Sectorul energetic este unul din marii poluatori din economie Poluarea
atmosferei de către sistemul energetic are următoarele trei principale consecinţe
poluarea la distanţe lungi degradarea calităţii aerului din cauza condiţiilor precare
de dispersie atmosferică şi emisiile de gaze cu efect de seră Sectorul energetic din
cauza combustibililor fosili (cărbune gaz natural păcură) utilizaţi de Instalaţiile
Mari de Ardere (IMA) produce cea mai mare cantitate de emisii de gaze cu efect
de seră (bioxid de carbon) una dintre principalele cauze ale schimbărilor climatice
IMA evacuează icircn atmosferă cantităţi semnificative de emisii poluante circa 88
din emisiile totale la nivel naţional de NOx 90 din cele de SO2 şi 72 din
cantitatea de pulberi acestea fiind generate icircn procesul de ardere a combustibililor
fosili icircn capacităţile de producere a energiei electrice
Deşi sectorul energetic beneficiază de perioade de tranziţie obţinute prin
Tratatul de Aderare pacircnă icircn anul 2013 pentru emisiile de SO2 NOx şi pulberi
respectiv 2017 pentru reducerea suplimentară a emisiilor de NOx icircn vederea
conformării cu prevederile Directivei 200180EC cacirct şi cu angajamentele luate icircn
cadrul Protocolului de la Gothenburg Romacircnia trebuie să realizeze icircntr-o perioadă
relativ scurtă investiţii icircn obiective de mediu care implică resurse financiare
substanţiale pentru reducerea emisiilor de SO2 NOx şi pulberi la IMA prin
realizarea proiectelor de montare a instalaţiilor de desulfurare a gazelor de ardere
de arzătoare cu NOx redus şi de filtre la grupurile energetice deja
modernizateretehnologizate
Icircn grupurile modernizate retehnologizate proiectele de investiţii icircn
instalaţiile de desulfurare a gazelor de ardere arzătoare cu NOx redus şi filtre
pentru IMA au ca efect principal reducerea emisiilor de poluanţi icircn aer şi creşterea
calităţii mediului icircnconjurător prin diminuarea fenomenelor de acidifiere care
afectează solurile apele fauna şi flora şi reducerea formării ozonului care are
efecte adverse asupra sănătăţii umane şi asupra ecosistemelor
Arderea combustibililor fosili conduce la evacuarea icircn atmosferă a unor
volume importante de oxizi gazoşi de sulf Icircn urma precipitaţiilor chimice şi a
transformărilor pe care le suferă icircn atmosferă aceşti oxizi devin sursa
precipitaţiilor acide formă sub care icircşi exercită la nivelul solului acţiunea
distrugătoare asupra vegetaţiei perene Icircn acelaşi timp icircn condiţiile specifice
(temperatură şi presiune ridicată prezenţa umidităţii alături de particule de
cenuşă) ce caracterizează circulaţia gazelor arse dinspre instalaţia de ardere spre
coşul de evacuare icircn atmosferă oxizii gazoşi exercită o puternică acţiune corozivă
asupra instalaţiilor ce compun circuitul gazelor arse Astfel se intensifică uzura
instalaţiilor
Icircntr-o primă fază bioxidul de sulf dă naştere acidului sulfuros care prin
oxidare sub acţiunea radiaţiei solare se transformă icircn acid sulfuric Acţiunea
poluatoare a H2SO4 se exercită sub forma ploilor acide principalul factor generator
al bdquomorţii pădurilorldquo icircn ţările industrializate din Europa de vest şi centrală Intracircnd
icircn circulaţia atmosferică zonală SO2 exercită efectul poluant nu numai icircn regiunea
sau ţara icircn care este generat ci şi icircn alte regiuni sau ţări aflate pe direcţia vacircnturilor
dominante Acest proces este favorizat de construirea unor coşuri icircnalte (peste
200divide250 m) prin intermediul cărora gazele arse avacircnd o temperatură ridicată
(160divide175 degC) şi o viteză de evacuare mare sunt conduse prin intermediul coşurilor
icircnalte la o icircnălţime egală icircn medie cu dublul icircnălţimii coşului (cca 500 m de la
nivelul solului)
Metode de reţinere a bioxidului de sulf
Cu excepţia unor procese chimice speciale arderea combustibililor fosili
reprezintă principala sursă de dioxid de sulf (SO2) Se deosebesc trei căi principale
de reducere a emisiei de SO2 respectiv desulfurarea combustibililor alegerea
corespunzătoare a combustibilului desulfurarea gazelor de ardere Reţinerea
bioxidului de sulf poate avea loc icircn toate fazele folosirii combustibilului icircncepacircnd
cu pregătirea lui icircnaintea arderii icircn timpul arderii şi după ardere (prin acţiuni
asupra gazelor de ardere)
Icircn cărbune sulful este prezent sub 3 forme
1) sulf organic
2) radical sulfat
3) pirită
Icircn păcură sulful poate fi doar sub formă de sulf organic şi radical sulfat Icircn
general combustibilii gazoşi naturali au un conţinut neglijabil de sulf Gazele de
sondă sau de rafinărie conţin hidrogen sulfurat (H2S) precum şi dioxid de carbon
(CO2) şi mercaptan De exemplu gazul de gazogen din cărbune conţine circa 1
H2S şi 6 CO2 Sulful organic care face parte integrantă din diagramă Fe-carbon
şi care nu poate fi extras prin segregare fizică directă reprezintă 30divide70 din
totalul de sulf Icircn general raportul sulf organicsulf total este mai ridicat la
combustibilul cu conţinut scăzut de sulf şi scade cu creşterea conţinutului de sulf
Conţinutul de sulf din radical sulfat este icircn general inferior 005 [ ] Pirită icircn
cărbune se află sub formă de particule discrete şi chiar microscopice Este un
mineral greu cu o densitate de aproximativ 50 icircn timp ce cărbunele are o
densitate maximă de numai 18 [kgdm3]
Conţinutul icircn pirită al cărbunelui poate fi uşor redus prin reducerea
granulaţiei urmată de o separare gravitaţională Icircn general cantitatea de pirită
reţinută creşte pe măsură ce cărbunele este măcinat icircn particule cacirct mai fine şi
densitatea la care se produce separarea scade Particulele de cărbune cu conţinut
redus de pirită şi particulele de cenuşă vor cădea cu particulele minerale pure De
aici rezultă un produs mai curat icircnsa cu pierderi mai ridicate de energie sau de
căldură Cacircnd aceste particule sunt foarte fine metoda de segregare gravimetrică
devine mai puţin rentabilă Icircn cazul utilizării cărbunelui desulfurarea
combustibilului este relativ dificilă Icircn focarele de mare capacitate cu accent
asupra acelora din centralele termoelectrice utilizarea unor combustibili cu
conţinut scăzut de sulf dar mai scumpi nu reprezintă o soluţie viabilă icircntotdeauna
Din acest motiv pentru reducerea emisiei de SO2 se realizează o desulfurare a
gazelor de ardere
Rafinarea petrolului brut este icircnsoţită şi de o producţie de hidrogen sulfurat
care diferă icircn funcţie de caracteristicile petrolului brut Pentru eliminarea sulfului
din petrolul supus rafinării se introduce un gaz bogat icircn hidrogen ceea ce
facilitează formarea hidrogenului sulfurat Procedeul este cunoscut sub denumirea
de hidrorafinare care permite totodată şi reţinerea altor impurităţi (azot apă
oxigen) icircntr-un reactor cu catalizatori adecvaţi
Icircn procesul de rafinare conţinutul de sulf din combustibili lichizi uşori este
reglat prin amestecul mai multor sorturi cu concentraţii diferite de sulf Icircn plus
combustibilul lichid uşor poate fi desulfurat prin hidrogenare (desulfurarea
combustibilului) Desulfurarea are loc icircn prezenţa unor catalizatori de cele mai
multe ori cobalt şi molibden pe un suport de alumină la temperaturi şi presiuni de
320divide420 ordmC respectiv 25divide70 bar Icircn timpul procesului sulful este eliminat prin
hidrogenare sub formă de hidrogen sulfurat care este transformat ulterior icircn sulf
elementar
Eliminarea sulfului şi azotului are ca efect şi distrugerea unui icircnsemnat
număr de molecule grele obţinacircndu-se astfel creşterea ponderii produşilor uşori
Introducerea hidrogenului se poate realiza icircn toate fazele prelucrării petrolului care
poate conduce la creşterea gradului de reţinere a sulfului pacircnă la circa 65 Pentru
desulfurarea combustibilului gazos procedeele constau icircn extragerea concentrarea
şi reţinerea hidrogenului sulfurat H2S care urmează a fi tratat conform unor
procedee specifice
Din hidrogenul sulfurat aflat icircn fază gazoasă se recuperează sulful printr-o
spălare cu amacircne urmată de procedee de tip Claus realizacircnd o reţinere a sulfului
icircn proporţie de 95 Se mai utilizează şi o recuperare complementară a sulfului
din gazele ieşite din recuperatorul Claus cu un randament de 4divide49 iar restul se
arde producacircnd SO2
Reziduurile solide din epurarea cărbunelui pot fi grosiere sau fine şi sunt
compuse din deşeuri de cărbune ardezie şisturi de cărbune de pirită şi argilă O
metodă de a scăpa de aceste deşeuri ale cărbunelui brut constă icircn depozitarea icircn
strat pe un teren netezit compactarea acoperirea cu pămacircnt şi apoi replantarea cu
vegetaţie Aceste metode sunt menite să icircmpiedice aprinderea spontană şi
infiltrarea apei Reziduurile fine sunt de obicei deversate icircn bazine de decantare
sub formă de noroi sau deshidratate şi adăugate la grămada de reziduuri grosiere
O posibilitate de a reduce emisia de SO2 este alegerea unui anumit
combustibil (icircn faza de proiectare) sau schimbarea celui utilizat icircn mod curent icircn
exploatare (alegerea combustibilului) De exemplu icircn ultimii ani utilizarea gazului
natural a crescut considerabil icircn instalaţiile de mică şi medie capacitate Cum
conţinutul de sulf din gazul natural este practic neglijabil emisia de SO2 a fost
redusă pe această cale
O altă posibilitate de limitare a emisiei dar numai pacircnă la jumătate din cea
naturală se poate obţine prin insuflarea de aditivi icircn focar icircn timpul arderii fie sub
formă de praf de dolomită injectat cu praful de cărbune fie sub forma unor emulsii
de particule icircn hidrocarburi dozate icircn combustibilul lichid
Pudră de calcar este injectată icircn focar unde este calcinată la CaO care
reacţionează cu SO2 rezultacircnd CaSO4 Produsul desulfurării şi aditivul care nu a
reacţionat sunt colectate icircn precipitator icircmpreuna cu aerul de combustie Metoda a
avut cele mai bune rezultate deoarece calcarul este injectat la o temperatură
favorabilă şi acolo se află o presiune suficientă datorată aerului de la partea
superioară a arzătorului pentru a distribui bine aditivul Funcţie de sarcina
cazanului eficienţa reducerii atinge valori de 50divide70
Avantajele injecţiei de calcar sunt proces simplu realizare rapidă costul
investiţiei scăzut consum mic de energie disponibilitatea instalaţiei ridicată
Dezavantajele metodei sunt grad de desulfurare limitat tendinţa de
zgurificare icircn focar manipulare dificilă a cenuşei
Normele foarte severe de emisie care coboară valoarea de la 2divide35 gm3 la
numai 04 gm3 cum este exemplul pentru Japonia SUA Germania impun
neapărat folosirea unor instalaţii chimice de desulfurare a gazelor la toate cazurile
de ardere a cărbunelui icircn cazane cu focare clasice sau a păcurii cu conţinut ridicat
de sulf
Icircn ultimele două decenii au fost dezvoltate mai multe procedee de
desulfurare dintre care cele mai importante sunt
bull procedeul umed icircn care se introduce ca agent activ o soluţie de hidroxid de
calciu şi carbonat de sodiu obţinacircnd ca deşeu nămoluri nerecuperabile sau cel mult
cu posibilitate de extracţie de gips
bull procedeul semiuscat icircn care se introduce ca agent activ o soluţie concentrată de
amoniac sau hidroxid de calciu icircn filtru avacircnd loc evaporarea completă a apei
Produsele sulfatice sunt recuperate icircn stare uscată permiţacircnd reintroducerea lor icircn
circuitul economic
bull procedeul catalitic cu producere de sulf aplicat la o temperatură ridicată a
gazelor de ardere
Cea mai largă implementare industrială o are procedeul umed Prin spălarea
sau umidificarea aerului se obţine o răcire a gazelor pacircnă la 50divide60 degC la procedeul
umed şi la 70divide100 degC la cel semiuscat Icircn aceste condiţii ridicarea penei de fum se
limitează şi dispersia este dezavantajată Efectul de reducere a fondului de SO2 icircn
atmosferă rămacircne icircn acest caz să se resimtă numai pe ansamblul teritoriului la
distanţe mari Coboracircrea temperaturii sub temperatura punctului de rouă acidă
atrage coroziuni inacceptabile sub aspectul fiabilităţii traseului de gaze motiv
pentru care este necesară reicircncălzirea gazelor fie cu abur fie regenerativ fie cu
amestec de gaze fierbinţi fie prin căldura obţinută prin arderea de combustibil
suplimentar
Instalaţiile de desulfurare uscată şi semiuscată sunt utilizate mai rar icircn
special pentru centralele mici datorită pericolului intoxicării cu amoniac
Principala caracteristică a desulfurării umede este reducerea simultană a SO2 şi
producerea de gips şi de asemenea controlul alimentării cu calcar esenţial pentru
a icircnvinge fluctuaţiile sulfului conţinut icircn combustibil Gazele de ardere de la
electrofiltru sau de la ieşirea din preicircncălzitorul de aer regenerativ sunt introduse icircn
scruber prin intermediul a două ventilatoare icircnaintase cacircte unul pe fiecare linie
Icircnainte de primul scruber este instalat un schimbător de căldură gazgaz care
răceşte gazul cu conţinut de SO2 icircnainte de intrarea icircn scruber şi icircncălzeşte gazul
curat pacircnă la aproximativ 100 degC Gazul din linia a doua este introdus direct icircn cel
de-al doilea scruber şi apoi fără a fi reicircncălzit se amestecă cu gazul curat
(reicircncălzit la 100 degC) de la primul scruber Astfel rezultă o temperatură a gazelor
la coş de circa 80 degC Gipsul produs e subţiat pacircnă la 30 conţinut solid şi
ulterior e uscat pacircnă la 15 umiditate icircntr-un filtru cu vacuum Preaplinul
concentratorului şi produsul filtrării sunt circulate complet icircn proces Nu se
produce apă uzată iar 25 din gipsul rezultat este utilizat icircn industria cimentului
Icircn tabelul ce urmează sunt prezentate schematic principalele procedee
comerciale de desulfurare a gazelor de ardere
Epurare prin
metoda
umedă
Procedeu Tehnică (metodă) Produse secundare
Var calcar
CaOCaCO3
Absorbţia SO2 cu var stins (nămol de
var) sau calcar
Nămol de epurare
sau gips
Sodă de rufe
NaOH
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sodă
caustică sau de carbonat de sodiu
Apă reziduală sau
soluţie spălat rufe
Soluţie
Alcalină
Absorbţia SO2 cu soluţie de Na
rezultată din soluţie alcalină calcică
Nămol sau gips
(CaSO4)
Amoniac -
Walther
Absorbţie cu NH3 apoi oxidare icircn
sulfat de amoniu
Icircngrăşămacircnt pe
bază de sulfat de
amoniu
Oxid de
magneziu
SO2 intră icircn reacţie cu un amestec de
oxid şi hidroxid de magneziu
reciclarea reactivului după
deshidratare şi regenerare
Sulf elementar sau
acid sulfuric
Sulfit de sodiu
(wellmanndashlord)
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sulfit
de sodiu care este apoi reciclată şi
regenerată
Sulf elementar sau
H2SO4 cantităţi
mici de sulfat de
sodiu
Citrat
Absorbţia SO2 cu o soluţie de citrat
de Na Absorbantul este regenerat şi
produşii secundari transformaţi icircn S2
prin reducţie icircn fază lichidă cu H2S
Sulf elementar
Carbonat apos Absorbţia SO2 cu o soluţie de
carbonat de sodiu deshidratat prin
pulverizare regenerare + reciclare
Sulf elementar
Uscare prin
pulverizare
Pulverizare şi
uscare
Reacţia unui nămol de absorbţie
pulverizat cu SO2 şi uscare simultană
Deşeuri uscate
Procedeu
uscat
Absorbţie pe
cărbune activ
Absorbţia şi desorbţia SO2 pe
cărbune activ
Sulf elementar
Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt
descrise schematic prin diagrame icircn figura 1 Icircn desulfurarea uscată SO2 şi SO3
sunt reţinute prin procese fizice (adsorbţie) sau chimice (absorbţie şi reacţii
chimice)
Fig 1 Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere
Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este dirijat să icircntacirclnească gazele ce
trebuie desulfurate Apoi agentul este reactivat icircn regenerator şi este trimis icircnapoi
icircn procesul de adsorbţie Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este pulverizat icircn
gazele de ardere
Icircn procedeele semiuscate o suspensie alcalină sau alcalino - pămacircntoasă
este adusă icircn contact cu gazele de ardere de desulfurat Icircn gazele de ardere fierbinţi
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Icircn grupurile modernizate retehnologizate proiectele de investiţii icircn
instalaţiile de desulfurare a gazelor de ardere arzătoare cu NOx redus şi filtre
pentru IMA au ca efect principal reducerea emisiilor de poluanţi icircn aer şi creşterea
calităţii mediului icircnconjurător prin diminuarea fenomenelor de acidifiere care
afectează solurile apele fauna şi flora şi reducerea formării ozonului care are
efecte adverse asupra sănătăţii umane şi asupra ecosistemelor
Arderea combustibililor fosili conduce la evacuarea icircn atmosferă a unor
volume importante de oxizi gazoşi de sulf Icircn urma precipitaţiilor chimice şi a
transformărilor pe care le suferă icircn atmosferă aceşti oxizi devin sursa
precipitaţiilor acide formă sub care icircşi exercită la nivelul solului acţiunea
distrugătoare asupra vegetaţiei perene Icircn acelaşi timp icircn condiţiile specifice
(temperatură şi presiune ridicată prezenţa umidităţii alături de particule de
cenuşă) ce caracterizează circulaţia gazelor arse dinspre instalaţia de ardere spre
coşul de evacuare icircn atmosferă oxizii gazoşi exercită o puternică acţiune corozivă
asupra instalaţiilor ce compun circuitul gazelor arse Astfel se intensifică uzura
instalaţiilor
Icircntr-o primă fază bioxidul de sulf dă naştere acidului sulfuros care prin
oxidare sub acţiunea radiaţiei solare se transformă icircn acid sulfuric Acţiunea
poluatoare a H2SO4 se exercită sub forma ploilor acide principalul factor generator
al bdquomorţii pădurilorldquo icircn ţările industrializate din Europa de vest şi centrală Intracircnd
icircn circulaţia atmosferică zonală SO2 exercită efectul poluant nu numai icircn regiunea
sau ţara icircn care este generat ci şi icircn alte regiuni sau ţări aflate pe direcţia vacircnturilor
dominante Acest proces este favorizat de construirea unor coşuri icircnalte (peste
200divide250 m) prin intermediul cărora gazele arse avacircnd o temperatură ridicată
(160divide175 degC) şi o viteză de evacuare mare sunt conduse prin intermediul coşurilor
icircnalte la o icircnălţime egală icircn medie cu dublul icircnălţimii coşului (cca 500 m de la
nivelul solului)
Metode de reţinere a bioxidului de sulf
Cu excepţia unor procese chimice speciale arderea combustibililor fosili
reprezintă principala sursă de dioxid de sulf (SO2) Se deosebesc trei căi principale
de reducere a emisiei de SO2 respectiv desulfurarea combustibililor alegerea
corespunzătoare a combustibilului desulfurarea gazelor de ardere Reţinerea
bioxidului de sulf poate avea loc icircn toate fazele folosirii combustibilului icircncepacircnd
cu pregătirea lui icircnaintea arderii icircn timpul arderii şi după ardere (prin acţiuni
asupra gazelor de ardere)
Icircn cărbune sulful este prezent sub 3 forme
1) sulf organic
2) radical sulfat
3) pirită
Icircn păcură sulful poate fi doar sub formă de sulf organic şi radical sulfat Icircn
general combustibilii gazoşi naturali au un conţinut neglijabil de sulf Gazele de
sondă sau de rafinărie conţin hidrogen sulfurat (H2S) precum şi dioxid de carbon
(CO2) şi mercaptan De exemplu gazul de gazogen din cărbune conţine circa 1
H2S şi 6 CO2 Sulful organic care face parte integrantă din diagramă Fe-carbon
şi care nu poate fi extras prin segregare fizică directă reprezintă 30divide70 din
totalul de sulf Icircn general raportul sulf organicsulf total este mai ridicat la
combustibilul cu conţinut scăzut de sulf şi scade cu creşterea conţinutului de sulf
Conţinutul de sulf din radical sulfat este icircn general inferior 005 [ ] Pirită icircn
cărbune se află sub formă de particule discrete şi chiar microscopice Este un
mineral greu cu o densitate de aproximativ 50 icircn timp ce cărbunele are o
densitate maximă de numai 18 [kgdm3]
Conţinutul icircn pirită al cărbunelui poate fi uşor redus prin reducerea
granulaţiei urmată de o separare gravitaţională Icircn general cantitatea de pirită
reţinută creşte pe măsură ce cărbunele este măcinat icircn particule cacirct mai fine şi
densitatea la care se produce separarea scade Particulele de cărbune cu conţinut
redus de pirită şi particulele de cenuşă vor cădea cu particulele minerale pure De
aici rezultă un produs mai curat icircnsa cu pierderi mai ridicate de energie sau de
căldură Cacircnd aceste particule sunt foarte fine metoda de segregare gravimetrică
devine mai puţin rentabilă Icircn cazul utilizării cărbunelui desulfurarea
combustibilului este relativ dificilă Icircn focarele de mare capacitate cu accent
asupra acelora din centralele termoelectrice utilizarea unor combustibili cu
conţinut scăzut de sulf dar mai scumpi nu reprezintă o soluţie viabilă icircntotdeauna
Din acest motiv pentru reducerea emisiei de SO2 se realizează o desulfurare a
gazelor de ardere
Rafinarea petrolului brut este icircnsoţită şi de o producţie de hidrogen sulfurat
care diferă icircn funcţie de caracteristicile petrolului brut Pentru eliminarea sulfului
din petrolul supus rafinării se introduce un gaz bogat icircn hidrogen ceea ce
facilitează formarea hidrogenului sulfurat Procedeul este cunoscut sub denumirea
de hidrorafinare care permite totodată şi reţinerea altor impurităţi (azot apă
oxigen) icircntr-un reactor cu catalizatori adecvaţi
Icircn procesul de rafinare conţinutul de sulf din combustibili lichizi uşori este
reglat prin amestecul mai multor sorturi cu concentraţii diferite de sulf Icircn plus
combustibilul lichid uşor poate fi desulfurat prin hidrogenare (desulfurarea
combustibilului) Desulfurarea are loc icircn prezenţa unor catalizatori de cele mai
multe ori cobalt şi molibden pe un suport de alumină la temperaturi şi presiuni de
320divide420 ordmC respectiv 25divide70 bar Icircn timpul procesului sulful este eliminat prin
hidrogenare sub formă de hidrogen sulfurat care este transformat ulterior icircn sulf
elementar
Eliminarea sulfului şi azotului are ca efect şi distrugerea unui icircnsemnat
număr de molecule grele obţinacircndu-se astfel creşterea ponderii produşilor uşori
Introducerea hidrogenului se poate realiza icircn toate fazele prelucrării petrolului care
poate conduce la creşterea gradului de reţinere a sulfului pacircnă la circa 65 Pentru
desulfurarea combustibilului gazos procedeele constau icircn extragerea concentrarea
şi reţinerea hidrogenului sulfurat H2S care urmează a fi tratat conform unor
procedee specifice
Din hidrogenul sulfurat aflat icircn fază gazoasă se recuperează sulful printr-o
spălare cu amacircne urmată de procedee de tip Claus realizacircnd o reţinere a sulfului
icircn proporţie de 95 Se mai utilizează şi o recuperare complementară a sulfului
din gazele ieşite din recuperatorul Claus cu un randament de 4divide49 iar restul se
arde producacircnd SO2
Reziduurile solide din epurarea cărbunelui pot fi grosiere sau fine şi sunt
compuse din deşeuri de cărbune ardezie şisturi de cărbune de pirită şi argilă O
metodă de a scăpa de aceste deşeuri ale cărbunelui brut constă icircn depozitarea icircn
strat pe un teren netezit compactarea acoperirea cu pămacircnt şi apoi replantarea cu
vegetaţie Aceste metode sunt menite să icircmpiedice aprinderea spontană şi
infiltrarea apei Reziduurile fine sunt de obicei deversate icircn bazine de decantare
sub formă de noroi sau deshidratate şi adăugate la grămada de reziduuri grosiere
O posibilitate de a reduce emisia de SO2 este alegerea unui anumit
combustibil (icircn faza de proiectare) sau schimbarea celui utilizat icircn mod curent icircn
exploatare (alegerea combustibilului) De exemplu icircn ultimii ani utilizarea gazului
natural a crescut considerabil icircn instalaţiile de mică şi medie capacitate Cum
conţinutul de sulf din gazul natural este practic neglijabil emisia de SO2 a fost
redusă pe această cale
O altă posibilitate de limitare a emisiei dar numai pacircnă la jumătate din cea
naturală se poate obţine prin insuflarea de aditivi icircn focar icircn timpul arderii fie sub
formă de praf de dolomită injectat cu praful de cărbune fie sub forma unor emulsii
de particule icircn hidrocarburi dozate icircn combustibilul lichid
Pudră de calcar este injectată icircn focar unde este calcinată la CaO care
reacţionează cu SO2 rezultacircnd CaSO4 Produsul desulfurării şi aditivul care nu a
reacţionat sunt colectate icircn precipitator icircmpreuna cu aerul de combustie Metoda a
avut cele mai bune rezultate deoarece calcarul este injectat la o temperatură
favorabilă şi acolo se află o presiune suficientă datorată aerului de la partea
superioară a arzătorului pentru a distribui bine aditivul Funcţie de sarcina
cazanului eficienţa reducerii atinge valori de 50divide70
Avantajele injecţiei de calcar sunt proces simplu realizare rapidă costul
investiţiei scăzut consum mic de energie disponibilitatea instalaţiei ridicată
Dezavantajele metodei sunt grad de desulfurare limitat tendinţa de
zgurificare icircn focar manipulare dificilă a cenuşei
Normele foarte severe de emisie care coboară valoarea de la 2divide35 gm3 la
numai 04 gm3 cum este exemplul pentru Japonia SUA Germania impun
neapărat folosirea unor instalaţii chimice de desulfurare a gazelor la toate cazurile
de ardere a cărbunelui icircn cazane cu focare clasice sau a păcurii cu conţinut ridicat
de sulf
Icircn ultimele două decenii au fost dezvoltate mai multe procedee de
desulfurare dintre care cele mai importante sunt
bull procedeul umed icircn care se introduce ca agent activ o soluţie de hidroxid de
calciu şi carbonat de sodiu obţinacircnd ca deşeu nămoluri nerecuperabile sau cel mult
cu posibilitate de extracţie de gips
bull procedeul semiuscat icircn care se introduce ca agent activ o soluţie concentrată de
amoniac sau hidroxid de calciu icircn filtru avacircnd loc evaporarea completă a apei
Produsele sulfatice sunt recuperate icircn stare uscată permiţacircnd reintroducerea lor icircn
circuitul economic
bull procedeul catalitic cu producere de sulf aplicat la o temperatură ridicată a
gazelor de ardere
Cea mai largă implementare industrială o are procedeul umed Prin spălarea
sau umidificarea aerului se obţine o răcire a gazelor pacircnă la 50divide60 degC la procedeul
umed şi la 70divide100 degC la cel semiuscat Icircn aceste condiţii ridicarea penei de fum se
limitează şi dispersia este dezavantajată Efectul de reducere a fondului de SO2 icircn
atmosferă rămacircne icircn acest caz să se resimtă numai pe ansamblul teritoriului la
distanţe mari Coboracircrea temperaturii sub temperatura punctului de rouă acidă
atrage coroziuni inacceptabile sub aspectul fiabilităţii traseului de gaze motiv
pentru care este necesară reicircncălzirea gazelor fie cu abur fie regenerativ fie cu
amestec de gaze fierbinţi fie prin căldura obţinută prin arderea de combustibil
suplimentar
Instalaţiile de desulfurare uscată şi semiuscată sunt utilizate mai rar icircn
special pentru centralele mici datorită pericolului intoxicării cu amoniac
Principala caracteristică a desulfurării umede este reducerea simultană a SO2 şi
producerea de gips şi de asemenea controlul alimentării cu calcar esenţial pentru
a icircnvinge fluctuaţiile sulfului conţinut icircn combustibil Gazele de ardere de la
electrofiltru sau de la ieşirea din preicircncălzitorul de aer regenerativ sunt introduse icircn
scruber prin intermediul a două ventilatoare icircnaintase cacircte unul pe fiecare linie
Icircnainte de primul scruber este instalat un schimbător de căldură gazgaz care
răceşte gazul cu conţinut de SO2 icircnainte de intrarea icircn scruber şi icircncălzeşte gazul
curat pacircnă la aproximativ 100 degC Gazul din linia a doua este introdus direct icircn cel
de-al doilea scruber şi apoi fără a fi reicircncălzit se amestecă cu gazul curat
(reicircncălzit la 100 degC) de la primul scruber Astfel rezultă o temperatură a gazelor
la coş de circa 80 degC Gipsul produs e subţiat pacircnă la 30 conţinut solid şi
ulterior e uscat pacircnă la 15 umiditate icircntr-un filtru cu vacuum Preaplinul
concentratorului şi produsul filtrării sunt circulate complet icircn proces Nu se
produce apă uzată iar 25 din gipsul rezultat este utilizat icircn industria cimentului
Icircn tabelul ce urmează sunt prezentate schematic principalele procedee
comerciale de desulfurare a gazelor de ardere
Epurare prin
metoda
umedă
Procedeu Tehnică (metodă) Produse secundare
Var calcar
CaOCaCO3
Absorbţia SO2 cu var stins (nămol de
var) sau calcar
Nămol de epurare
sau gips
Sodă de rufe
NaOH
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sodă
caustică sau de carbonat de sodiu
Apă reziduală sau
soluţie spălat rufe
Soluţie
Alcalină
Absorbţia SO2 cu soluţie de Na
rezultată din soluţie alcalină calcică
Nămol sau gips
(CaSO4)
Amoniac -
Walther
Absorbţie cu NH3 apoi oxidare icircn
sulfat de amoniu
Icircngrăşămacircnt pe
bază de sulfat de
amoniu
Oxid de
magneziu
SO2 intră icircn reacţie cu un amestec de
oxid şi hidroxid de magneziu
reciclarea reactivului după
deshidratare şi regenerare
Sulf elementar sau
acid sulfuric
Sulfit de sodiu
(wellmanndashlord)
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sulfit
de sodiu care este apoi reciclată şi
regenerată
Sulf elementar sau
H2SO4 cantităţi
mici de sulfat de
sodiu
Citrat
Absorbţia SO2 cu o soluţie de citrat
de Na Absorbantul este regenerat şi
produşii secundari transformaţi icircn S2
prin reducţie icircn fază lichidă cu H2S
Sulf elementar
Carbonat apos Absorbţia SO2 cu o soluţie de
carbonat de sodiu deshidratat prin
pulverizare regenerare + reciclare
Sulf elementar
Uscare prin
pulverizare
Pulverizare şi
uscare
Reacţia unui nămol de absorbţie
pulverizat cu SO2 şi uscare simultană
Deşeuri uscate
Procedeu
uscat
Absorbţie pe
cărbune activ
Absorbţia şi desorbţia SO2 pe
cărbune activ
Sulf elementar
Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt
descrise schematic prin diagrame icircn figura 1 Icircn desulfurarea uscată SO2 şi SO3
sunt reţinute prin procese fizice (adsorbţie) sau chimice (absorbţie şi reacţii
chimice)
Fig 1 Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere
Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este dirijat să icircntacirclnească gazele ce
trebuie desulfurate Apoi agentul este reactivat icircn regenerator şi este trimis icircnapoi
icircn procesul de adsorbţie Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este pulverizat icircn
gazele de ardere
Icircn procedeele semiuscate o suspensie alcalină sau alcalino - pămacircntoasă
este adusă icircn contact cu gazele de ardere de desulfurat Icircn gazele de ardere fierbinţi
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Icircn cărbune sulful este prezent sub 3 forme
1) sulf organic
2) radical sulfat
3) pirită
Icircn păcură sulful poate fi doar sub formă de sulf organic şi radical sulfat Icircn
general combustibilii gazoşi naturali au un conţinut neglijabil de sulf Gazele de
sondă sau de rafinărie conţin hidrogen sulfurat (H2S) precum şi dioxid de carbon
(CO2) şi mercaptan De exemplu gazul de gazogen din cărbune conţine circa 1
H2S şi 6 CO2 Sulful organic care face parte integrantă din diagramă Fe-carbon
şi care nu poate fi extras prin segregare fizică directă reprezintă 30divide70 din
totalul de sulf Icircn general raportul sulf organicsulf total este mai ridicat la
combustibilul cu conţinut scăzut de sulf şi scade cu creşterea conţinutului de sulf
Conţinutul de sulf din radical sulfat este icircn general inferior 005 [ ] Pirită icircn
cărbune se află sub formă de particule discrete şi chiar microscopice Este un
mineral greu cu o densitate de aproximativ 50 icircn timp ce cărbunele are o
densitate maximă de numai 18 [kgdm3]
Conţinutul icircn pirită al cărbunelui poate fi uşor redus prin reducerea
granulaţiei urmată de o separare gravitaţională Icircn general cantitatea de pirită
reţinută creşte pe măsură ce cărbunele este măcinat icircn particule cacirct mai fine şi
densitatea la care se produce separarea scade Particulele de cărbune cu conţinut
redus de pirită şi particulele de cenuşă vor cădea cu particulele minerale pure De
aici rezultă un produs mai curat icircnsa cu pierderi mai ridicate de energie sau de
căldură Cacircnd aceste particule sunt foarte fine metoda de segregare gravimetrică
devine mai puţin rentabilă Icircn cazul utilizării cărbunelui desulfurarea
combustibilului este relativ dificilă Icircn focarele de mare capacitate cu accent
asupra acelora din centralele termoelectrice utilizarea unor combustibili cu
conţinut scăzut de sulf dar mai scumpi nu reprezintă o soluţie viabilă icircntotdeauna
Din acest motiv pentru reducerea emisiei de SO2 se realizează o desulfurare a
gazelor de ardere
Rafinarea petrolului brut este icircnsoţită şi de o producţie de hidrogen sulfurat
care diferă icircn funcţie de caracteristicile petrolului brut Pentru eliminarea sulfului
din petrolul supus rafinării se introduce un gaz bogat icircn hidrogen ceea ce
facilitează formarea hidrogenului sulfurat Procedeul este cunoscut sub denumirea
de hidrorafinare care permite totodată şi reţinerea altor impurităţi (azot apă
oxigen) icircntr-un reactor cu catalizatori adecvaţi
Icircn procesul de rafinare conţinutul de sulf din combustibili lichizi uşori este
reglat prin amestecul mai multor sorturi cu concentraţii diferite de sulf Icircn plus
combustibilul lichid uşor poate fi desulfurat prin hidrogenare (desulfurarea
combustibilului) Desulfurarea are loc icircn prezenţa unor catalizatori de cele mai
multe ori cobalt şi molibden pe un suport de alumină la temperaturi şi presiuni de
320divide420 ordmC respectiv 25divide70 bar Icircn timpul procesului sulful este eliminat prin
hidrogenare sub formă de hidrogen sulfurat care este transformat ulterior icircn sulf
elementar
Eliminarea sulfului şi azotului are ca efect şi distrugerea unui icircnsemnat
număr de molecule grele obţinacircndu-se astfel creşterea ponderii produşilor uşori
Introducerea hidrogenului se poate realiza icircn toate fazele prelucrării petrolului care
poate conduce la creşterea gradului de reţinere a sulfului pacircnă la circa 65 Pentru
desulfurarea combustibilului gazos procedeele constau icircn extragerea concentrarea
şi reţinerea hidrogenului sulfurat H2S care urmează a fi tratat conform unor
procedee specifice
Din hidrogenul sulfurat aflat icircn fază gazoasă se recuperează sulful printr-o
spălare cu amacircne urmată de procedee de tip Claus realizacircnd o reţinere a sulfului
icircn proporţie de 95 Se mai utilizează şi o recuperare complementară a sulfului
din gazele ieşite din recuperatorul Claus cu un randament de 4divide49 iar restul se
arde producacircnd SO2
Reziduurile solide din epurarea cărbunelui pot fi grosiere sau fine şi sunt
compuse din deşeuri de cărbune ardezie şisturi de cărbune de pirită şi argilă O
metodă de a scăpa de aceste deşeuri ale cărbunelui brut constă icircn depozitarea icircn
strat pe un teren netezit compactarea acoperirea cu pămacircnt şi apoi replantarea cu
vegetaţie Aceste metode sunt menite să icircmpiedice aprinderea spontană şi
infiltrarea apei Reziduurile fine sunt de obicei deversate icircn bazine de decantare
sub formă de noroi sau deshidratate şi adăugate la grămada de reziduuri grosiere
O posibilitate de a reduce emisia de SO2 este alegerea unui anumit
combustibil (icircn faza de proiectare) sau schimbarea celui utilizat icircn mod curent icircn
exploatare (alegerea combustibilului) De exemplu icircn ultimii ani utilizarea gazului
natural a crescut considerabil icircn instalaţiile de mică şi medie capacitate Cum
conţinutul de sulf din gazul natural este practic neglijabil emisia de SO2 a fost
redusă pe această cale
O altă posibilitate de limitare a emisiei dar numai pacircnă la jumătate din cea
naturală se poate obţine prin insuflarea de aditivi icircn focar icircn timpul arderii fie sub
formă de praf de dolomită injectat cu praful de cărbune fie sub forma unor emulsii
de particule icircn hidrocarburi dozate icircn combustibilul lichid
Pudră de calcar este injectată icircn focar unde este calcinată la CaO care
reacţionează cu SO2 rezultacircnd CaSO4 Produsul desulfurării şi aditivul care nu a
reacţionat sunt colectate icircn precipitator icircmpreuna cu aerul de combustie Metoda a
avut cele mai bune rezultate deoarece calcarul este injectat la o temperatură
favorabilă şi acolo se află o presiune suficientă datorată aerului de la partea
superioară a arzătorului pentru a distribui bine aditivul Funcţie de sarcina
cazanului eficienţa reducerii atinge valori de 50divide70
Avantajele injecţiei de calcar sunt proces simplu realizare rapidă costul
investiţiei scăzut consum mic de energie disponibilitatea instalaţiei ridicată
Dezavantajele metodei sunt grad de desulfurare limitat tendinţa de
zgurificare icircn focar manipulare dificilă a cenuşei
Normele foarte severe de emisie care coboară valoarea de la 2divide35 gm3 la
numai 04 gm3 cum este exemplul pentru Japonia SUA Germania impun
neapărat folosirea unor instalaţii chimice de desulfurare a gazelor la toate cazurile
de ardere a cărbunelui icircn cazane cu focare clasice sau a păcurii cu conţinut ridicat
de sulf
Icircn ultimele două decenii au fost dezvoltate mai multe procedee de
desulfurare dintre care cele mai importante sunt
bull procedeul umed icircn care se introduce ca agent activ o soluţie de hidroxid de
calciu şi carbonat de sodiu obţinacircnd ca deşeu nămoluri nerecuperabile sau cel mult
cu posibilitate de extracţie de gips
bull procedeul semiuscat icircn care se introduce ca agent activ o soluţie concentrată de
amoniac sau hidroxid de calciu icircn filtru avacircnd loc evaporarea completă a apei
Produsele sulfatice sunt recuperate icircn stare uscată permiţacircnd reintroducerea lor icircn
circuitul economic
bull procedeul catalitic cu producere de sulf aplicat la o temperatură ridicată a
gazelor de ardere
Cea mai largă implementare industrială o are procedeul umed Prin spălarea
sau umidificarea aerului se obţine o răcire a gazelor pacircnă la 50divide60 degC la procedeul
umed şi la 70divide100 degC la cel semiuscat Icircn aceste condiţii ridicarea penei de fum se
limitează şi dispersia este dezavantajată Efectul de reducere a fondului de SO2 icircn
atmosferă rămacircne icircn acest caz să se resimtă numai pe ansamblul teritoriului la
distanţe mari Coboracircrea temperaturii sub temperatura punctului de rouă acidă
atrage coroziuni inacceptabile sub aspectul fiabilităţii traseului de gaze motiv
pentru care este necesară reicircncălzirea gazelor fie cu abur fie regenerativ fie cu
amestec de gaze fierbinţi fie prin căldura obţinută prin arderea de combustibil
suplimentar
Instalaţiile de desulfurare uscată şi semiuscată sunt utilizate mai rar icircn
special pentru centralele mici datorită pericolului intoxicării cu amoniac
Principala caracteristică a desulfurării umede este reducerea simultană a SO2 şi
producerea de gips şi de asemenea controlul alimentării cu calcar esenţial pentru
a icircnvinge fluctuaţiile sulfului conţinut icircn combustibil Gazele de ardere de la
electrofiltru sau de la ieşirea din preicircncălzitorul de aer regenerativ sunt introduse icircn
scruber prin intermediul a două ventilatoare icircnaintase cacircte unul pe fiecare linie
Icircnainte de primul scruber este instalat un schimbător de căldură gazgaz care
răceşte gazul cu conţinut de SO2 icircnainte de intrarea icircn scruber şi icircncălzeşte gazul
curat pacircnă la aproximativ 100 degC Gazul din linia a doua este introdus direct icircn cel
de-al doilea scruber şi apoi fără a fi reicircncălzit se amestecă cu gazul curat
(reicircncălzit la 100 degC) de la primul scruber Astfel rezultă o temperatură a gazelor
la coş de circa 80 degC Gipsul produs e subţiat pacircnă la 30 conţinut solid şi
ulterior e uscat pacircnă la 15 umiditate icircntr-un filtru cu vacuum Preaplinul
concentratorului şi produsul filtrării sunt circulate complet icircn proces Nu se
produce apă uzată iar 25 din gipsul rezultat este utilizat icircn industria cimentului
Icircn tabelul ce urmează sunt prezentate schematic principalele procedee
comerciale de desulfurare a gazelor de ardere
Epurare prin
metoda
umedă
Procedeu Tehnică (metodă) Produse secundare
Var calcar
CaOCaCO3
Absorbţia SO2 cu var stins (nămol de
var) sau calcar
Nămol de epurare
sau gips
Sodă de rufe
NaOH
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sodă
caustică sau de carbonat de sodiu
Apă reziduală sau
soluţie spălat rufe
Soluţie
Alcalină
Absorbţia SO2 cu soluţie de Na
rezultată din soluţie alcalină calcică
Nămol sau gips
(CaSO4)
Amoniac -
Walther
Absorbţie cu NH3 apoi oxidare icircn
sulfat de amoniu
Icircngrăşămacircnt pe
bază de sulfat de
amoniu
Oxid de
magneziu
SO2 intră icircn reacţie cu un amestec de
oxid şi hidroxid de magneziu
reciclarea reactivului după
deshidratare şi regenerare
Sulf elementar sau
acid sulfuric
Sulfit de sodiu
(wellmanndashlord)
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sulfit
de sodiu care este apoi reciclată şi
regenerată
Sulf elementar sau
H2SO4 cantităţi
mici de sulfat de
sodiu
Citrat
Absorbţia SO2 cu o soluţie de citrat
de Na Absorbantul este regenerat şi
produşii secundari transformaţi icircn S2
prin reducţie icircn fază lichidă cu H2S
Sulf elementar
Carbonat apos Absorbţia SO2 cu o soluţie de
carbonat de sodiu deshidratat prin
pulverizare regenerare + reciclare
Sulf elementar
Uscare prin
pulverizare
Pulverizare şi
uscare
Reacţia unui nămol de absorbţie
pulverizat cu SO2 şi uscare simultană
Deşeuri uscate
Procedeu
uscat
Absorbţie pe
cărbune activ
Absorbţia şi desorbţia SO2 pe
cărbune activ
Sulf elementar
Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt
descrise schematic prin diagrame icircn figura 1 Icircn desulfurarea uscată SO2 şi SO3
sunt reţinute prin procese fizice (adsorbţie) sau chimice (absorbţie şi reacţii
chimice)
Fig 1 Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere
Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este dirijat să icircntacirclnească gazele ce
trebuie desulfurate Apoi agentul este reactivat icircn regenerator şi este trimis icircnapoi
icircn procesul de adsorbţie Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este pulverizat icircn
gazele de ardere
Icircn procedeele semiuscate o suspensie alcalină sau alcalino - pămacircntoasă
este adusă icircn contact cu gazele de ardere de desulfurat Icircn gazele de ardere fierbinţi
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
combustibilul lichid uşor poate fi desulfurat prin hidrogenare (desulfurarea
combustibilului) Desulfurarea are loc icircn prezenţa unor catalizatori de cele mai
multe ori cobalt şi molibden pe un suport de alumină la temperaturi şi presiuni de
320divide420 ordmC respectiv 25divide70 bar Icircn timpul procesului sulful este eliminat prin
hidrogenare sub formă de hidrogen sulfurat care este transformat ulterior icircn sulf
elementar
Eliminarea sulfului şi azotului are ca efect şi distrugerea unui icircnsemnat
număr de molecule grele obţinacircndu-se astfel creşterea ponderii produşilor uşori
Introducerea hidrogenului se poate realiza icircn toate fazele prelucrării petrolului care
poate conduce la creşterea gradului de reţinere a sulfului pacircnă la circa 65 Pentru
desulfurarea combustibilului gazos procedeele constau icircn extragerea concentrarea
şi reţinerea hidrogenului sulfurat H2S care urmează a fi tratat conform unor
procedee specifice
Din hidrogenul sulfurat aflat icircn fază gazoasă se recuperează sulful printr-o
spălare cu amacircne urmată de procedee de tip Claus realizacircnd o reţinere a sulfului
icircn proporţie de 95 Se mai utilizează şi o recuperare complementară a sulfului
din gazele ieşite din recuperatorul Claus cu un randament de 4divide49 iar restul se
arde producacircnd SO2
Reziduurile solide din epurarea cărbunelui pot fi grosiere sau fine şi sunt
compuse din deşeuri de cărbune ardezie şisturi de cărbune de pirită şi argilă O
metodă de a scăpa de aceste deşeuri ale cărbunelui brut constă icircn depozitarea icircn
strat pe un teren netezit compactarea acoperirea cu pămacircnt şi apoi replantarea cu
vegetaţie Aceste metode sunt menite să icircmpiedice aprinderea spontană şi
infiltrarea apei Reziduurile fine sunt de obicei deversate icircn bazine de decantare
sub formă de noroi sau deshidratate şi adăugate la grămada de reziduuri grosiere
O posibilitate de a reduce emisia de SO2 este alegerea unui anumit
combustibil (icircn faza de proiectare) sau schimbarea celui utilizat icircn mod curent icircn
exploatare (alegerea combustibilului) De exemplu icircn ultimii ani utilizarea gazului
natural a crescut considerabil icircn instalaţiile de mică şi medie capacitate Cum
conţinutul de sulf din gazul natural este practic neglijabil emisia de SO2 a fost
redusă pe această cale
O altă posibilitate de limitare a emisiei dar numai pacircnă la jumătate din cea
naturală se poate obţine prin insuflarea de aditivi icircn focar icircn timpul arderii fie sub
formă de praf de dolomită injectat cu praful de cărbune fie sub forma unor emulsii
de particule icircn hidrocarburi dozate icircn combustibilul lichid
Pudră de calcar este injectată icircn focar unde este calcinată la CaO care
reacţionează cu SO2 rezultacircnd CaSO4 Produsul desulfurării şi aditivul care nu a
reacţionat sunt colectate icircn precipitator icircmpreuna cu aerul de combustie Metoda a
avut cele mai bune rezultate deoarece calcarul este injectat la o temperatură
favorabilă şi acolo se află o presiune suficientă datorată aerului de la partea
superioară a arzătorului pentru a distribui bine aditivul Funcţie de sarcina
cazanului eficienţa reducerii atinge valori de 50divide70
Avantajele injecţiei de calcar sunt proces simplu realizare rapidă costul
investiţiei scăzut consum mic de energie disponibilitatea instalaţiei ridicată
Dezavantajele metodei sunt grad de desulfurare limitat tendinţa de
zgurificare icircn focar manipulare dificilă a cenuşei
Normele foarte severe de emisie care coboară valoarea de la 2divide35 gm3 la
numai 04 gm3 cum este exemplul pentru Japonia SUA Germania impun
neapărat folosirea unor instalaţii chimice de desulfurare a gazelor la toate cazurile
de ardere a cărbunelui icircn cazane cu focare clasice sau a păcurii cu conţinut ridicat
de sulf
Icircn ultimele două decenii au fost dezvoltate mai multe procedee de
desulfurare dintre care cele mai importante sunt
bull procedeul umed icircn care se introduce ca agent activ o soluţie de hidroxid de
calciu şi carbonat de sodiu obţinacircnd ca deşeu nămoluri nerecuperabile sau cel mult
cu posibilitate de extracţie de gips
bull procedeul semiuscat icircn care se introduce ca agent activ o soluţie concentrată de
amoniac sau hidroxid de calciu icircn filtru avacircnd loc evaporarea completă a apei
Produsele sulfatice sunt recuperate icircn stare uscată permiţacircnd reintroducerea lor icircn
circuitul economic
bull procedeul catalitic cu producere de sulf aplicat la o temperatură ridicată a
gazelor de ardere
Cea mai largă implementare industrială o are procedeul umed Prin spălarea
sau umidificarea aerului se obţine o răcire a gazelor pacircnă la 50divide60 degC la procedeul
umed şi la 70divide100 degC la cel semiuscat Icircn aceste condiţii ridicarea penei de fum se
limitează şi dispersia este dezavantajată Efectul de reducere a fondului de SO2 icircn
atmosferă rămacircne icircn acest caz să se resimtă numai pe ansamblul teritoriului la
distanţe mari Coboracircrea temperaturii sub temperatura punctului de rouă acidă
atrage coroziuni inacceptabile sub aspectul fiabilităţii traseului de gaze motiv
pentru care este necesară reicircncălzirea gazelor fie cu abur fie regenerativ fie cu
amestec de gaze fierbinţi fie prin căldura obţinută prin arderea de combustibil
suplimentar
Instalaţiile de desulfurare uscată şi semiuscată sunt utilizate mai rar icircn
special pentru centralele mici datorită pericolului intoxicării cu amoniac
Principala caracteristică a desulfurării umede este reducerea simultană a SO2 şi
producerea de gips şi de asemenea controlul alimentării cu calcar esenţial pentru
a icircnvinge fluctuaţiile sulfului conţinut icircn combustibil Gazele de ardere de la
electrofiltru sau de la ieşirea din preicircncălzitorul de aer regenerativ sunt introduse icircn
scruber prin intermediul a două ventilatoare icircnaintase cacircte unul pe fiecare linie
Icircnainte de primul scruber este instalat un schimbător de căldură gazgaz care
răceşte gazul cu conţinut de SO2 icircnainte de intrarea icircn scruber şi icircncălzeşte gazul
curat pacircnă la aproximativ 100 degC Gazul din linia a doua este introdus direct icircn cel
de-al doilea scruber şi apoi fără a fi reicircncălzit se amestecă cu gazul curat
(reicircncălzit la 100 degC) de la primul scruber Astfel rezultă o temperatură a gazelor
la coş de circa 80 degC Gipsul produs e subţiat pacircnă la 30 conţinut solid şi
ulterior e uscat pacircnă la 15 umiditate icircntr-un filtru cu vacuum Preaplinul
concentratorului şi produsul filtrării sunt circulate complet icircn proces Nu se
produce apă uzată iar 25 din gipsul rezultat este utilizat icircn industria cimentului
Icircn tabelul ce urmează sunt prezentate schematic principalele procedee
comerciale de desulfurare a gazelor de ardere
Epurare prin
metoda
umedă
Procedeu Tehnică (metodă) Produse secundare
Var calcar
CaOCaCO3
Absorbţia SO2 cu var stins (nămol de
var) sau calcar
Nămol de epurare
sau gips
Sodă de rufe
NaOH
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sodă
caustică sau de carbonat de sodiu
Apă reziduală sau
soluţie spălat rufe
Soluţie
Alcalină
Absorbţia SO2 cu soluţie de Na
rezultată din soluţie alcalină calcică
Nămol sau gips
(CaSO4)
Amoniac -
Walther
Absorbţie cu NH3 apoi oxidare icircn
sulfat de amoniu
Icircngrăşămacircnt pe
bază de sulfat de
amoniu
Oxid de
magneziu
SO2 intră icircn reacţie cu un amestec de
oxid şi hidroxid de magneziu
reciclarea reactivului după
deshidratare şi regenerare
Sulf elementar sau
acid sulfuric
Sulfit de sodiu
(wellmanndashlord)
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sulfit
de sodiu care este apoi reciclată şi
regenerată
Sulf elementar sau
H2SO4 cantităţi
mici de sulfat de
sodiu
Citrat
Absorbţia SO2 cu o soluţie de citrat
de Na Absorbantul este regenerat şi
produşii secundari transformaţi icircn S2
prin reducţie icircn fază lichidă cu H2S
Sulf elementar
Carbonat apos Absorbţia SO2 cu o soluţie de
carbonat de sodiu deshidratat prin
pulverizare regenerare + reciclare
Sulf elementar
Uscare prin
pulverizare
Pulverizare şi
uscare
Reacţia unui nămol de absorbţie
pulverizat cu SO2 şi uscare simultană
Deşeuri uscate
Procedeu
uscat
Absorbţie pe
cărbune activ
Absorbţia şi desorbţia SO2 pe
cărbune activ
Sulf elementar
Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt
descrise schematic prin diagrame icircn figura 1 Icircn desulfurarea uscată SO2 şi SO3
sunt reţinute prin procese fizice (adsorbţie) sau chimice (absorbţie şi reacţii
chimice)
Fig 1 Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere
Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este dirijat să icircntacirclnească gazele ce
trebuie desulfurate Apoi agentul este reactivat icircn regenerator şi este trimis icircnapoi
icircn procesul de adsorbţie Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este pulverizat icircn
gazele de ardere
Icircn procedeele semiuscate o suspensie alcalină sau alcalino - pămacircntoasă
este adusă icircn contact cu gazele de ardere de desulfurat Icircn gazele de ardere fierbinţi
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
reacţionat sunt colectate icircn precipitator icircmpreuna cu aerul de combustie Metoda a
avut cele mai bune rezultate deoarece calcarul este injectat la o temperatură
favorabilă şi acolo se află o presiune suficientă datorată aerului de la partea
superioară a arzătorului pentru a distribui bine aditivul Funcţie de sarcina
cazanului eficienţa reducerii atinge valori de 50divide70
Avantajele injecţiei de calcar sunt proces simplu realizare rapidă costul
investiţiei scăzut consum mic de energie disponibilitatea instalaţiei ridicată
Dezavantajele metodei sunt grad de desulfurare limitat tendinţa de
zgurificare icircn focar manipulare dificilă a cenuşei
Normele foarte severe de emisie care coboară valoarea de la 2divide35 gm3 la
numai 04 gm3 cum este exemplul pentru Japonia SUA Germania impun
neapărat folosirea unor instalaţii chimice de desulfurare a gazelor la toate cazurile
de ardere a cărbunelui icircn cazane cu focare clasice sau a păcurii cu conţinut ridicat
de sulf
Icircn ultimele două decenii au fost dezvoltate mai multe procedee de
desulfurare dintre care cele mai importante sunt
bull procedeul umed icircn care se introduce ca agent activ o soluţie de hidroxid de
calciu şi carbonat de sodiu obţinacircnd ca deşeu nămoluri nerecuperabile sau cel mult
cu posibilitate de extracţie de gips
bull procedeul semiuscat icircn care se introduce ca agent activ o soluţie concentrată de
amoniac sau hidroxid de calciu icircn filtru avacircnd loc evaporarea completă a apei
Produsele sulfatice sunt recuperate icircn stare uscată permiţacircnd reintroducerea lor icircn
circuitul economic
bull procedeul catalitic cu producere de sulf aplicat la o temperatură ridicată a
gazelor de ardere
Cea mai largă implementare industrială o are procedeul umed Prin spălarea
sau umidificarea aerului se obţine o răcire a gazelor pacircnă la 50divide60 degC la procedeul
umed şi la 70divide100 degC la cel semiuscat Icircn aceste condiţii ridicarea penei de fum se
limitează şi dispersia este dezavantajată Efectul de reducere a fondului de SO2 icircn
atmosferă rămacircne icircn acest caz să se resimtă numai pe ansamblul teritoriului la
distanţe mari Coboracircrea temperaturii sub temperatura punctului de rouă acidă
atrage coroziuni inacceptabile sub aspectul fiabilităţii traseului de gaze motiv
pentru care este necesară reicircncălzirea gazelor fie cu abur fie regenerativ fie cu
amestec de gaze fierbinţi fie prin căldura obţinută prin arderea de combustibil
suplimentar
Instalaţiile de desulfurare uscată şi semiuscată sunt utilizate mai rar icircn
special pentru centralele mici datorită pericolului intoxicării cu amoniac
Principala caracteristică a desulfurării umede este reducerea simultană a SO2 şi
producerea de gips şi de asemenea controlul alimentării cu calcar esenţial pentru
a icircnvinge fluctuaţiile sulfului conţinut icircn combustibil Gazele de ardere de la
electrofiltru sau de la ieşirea din preicircncălzitorul de aer regenerativ sunt introduse icircn
scruber prin intermediul a două ventilatoare icircnaintase cacircte unul pe fiecare linie
Icircnainte de primul scruber este instalat un schimbător de căldură gazgaz care
răceşte gazul cu conţinut de SO2 icircnainte de intrarea icircn scruber şi icircncălzeşte gazul
curat pacircnă la aproximativ 100 degC Gazul din linia a doua este introdus direct icircn cel
de-al doilea scruber şi apoi fără a fi reicircncălzit se amestecă cu gazul curat
(reicircncălzit la 100 degC) de la primul scruber Astfel rezultă o temperatură a gazelor
la coş de circa 80 degC Gipsul produs e subţiat pacircnă la 30 conţinut solid şi
ulterior e uscat pacircnă la 15 umiditate icircntr-un filtru cu vacuum Preaplinul
concentratorului şi produsul filtrării sunt circulate complet icircn proces Nu se
produce apă uzată iar 25 din gipsul rezultat este utilizat icircn industria cimentului
Icircn tabelul ce urmează sunt prezentate schematic principalele procedee
comerciale de desulfurare a gazelor de ardere
Epurare prin
metoda
umedă
Procedeu Tehnică (metodă) Produse secundare
Var calcar
CaOCaCO3
Absorbţia SO2 cu var stins (nămol de
var) sau calcar
Nămol de epurare
sau gips
Sodă de rufe
NaOH
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sodă
caustică sau de carbonat de sodiu
Apă reziduală sau
soluţie spălat rufe
Soluţie
Alcalină
Absorbţia SO2 cu soluţie de Na
rezultată din soluţie alcalină calcică
Nămol sau gips
(CaSO4)
Amoniac -
Walther
Absorbţie cu NH3 apoi oxidare icircn
sulfat de amoniu
Icircngrăşămacircnt pe
bază de sulfat de
amoniu
Oxid de
magneziu
SO2 intră icircn reacţie cu un amestec de
oxid şi hidroxid de magneziu
reciclarea reactivului după
deshidratare şi regenerare
Sulf elementar sau
acid sulfuric
Sulfit de sodiu
(wellmanndashlord)
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sulfit
de sodiu care este apoi reciclată şi
regenerată
Sulf elementar sau
H2SO4 cantităţi
mici de sulfat de
sodiu
Citrat
Absorbţia SO2 cu o soluţie de citrat
de Na Absorbantul este regenerat şi
produşii secundari transformaţi icircn S2
prin reducţie icircn fază lichidă cu H2S
Sulf elementar
Carbonat apos Absorbţia SO2 cu o soluţie de
carbonat de sodiu deshidratat prin
pulverizare regenerare + reciclare
Sulf elementar
Uscare prin
pulverizare
Pulverizare şi
uscare
Reacţia unui nămol de absorbţie
pulverizat cu SO2 şi uscare simultană
Deşeuri uscate
Procedeu
uscat
Absorbţie pe
cărbune activ
Absorbţia şi desorbţia SO2 pe
cărbune activ
Sulf elementar
Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt
descrise schematic prin diagrame icircn figura 1 Icircn desulfurarea uscată SO2 şi SO3
sunt reţinute prin procese fizice (adsorbţie) sau chimice (absorbţie şi reacţii
chimice)
Fig 1 Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere
Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este dirijat să icircntacirclnească gazele ce
trebuie desulfurate Apoi agentul este reactivat icircn regenerator şi este trimis icircnapoi
icircn procesul de adsorbţie Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este pulverizat icircn
gazele de ardere
Icircn procedeele semiuscate o suspensie alcalină sau alcalino - pămacircntoasă
este adusă icircn contact cu gazele de ardere de desulfurat Icircn gazele de ardere fierbinţi
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Instalaţiile de desulfurare uscată şi semiuscată sunt utilizate mai rar icircn
special pentru centralele mici datorită pericolului intoxicării cu amoniac
Principala caracteristică a desulfurării umede este reducerea simultană a SO2 şi
producerea de gips şi de asemenea controlul alimentării cu calcar esenţial pentru
a icircnvinge fluctuaţiile sulfului conţinut icircn combustibil Gazele de ardere de la
electrofiltru sau de la ieşirea din preicircncălzitorul de aer regenerativ sunt introduse icircn
scruber prin intermediul a două ventilatoare icircnaintase cacircte unul pe fiecare linie
Icircnainte de primul scruber este instalat un schimbător de căldură gazgaz care
răceşte gazul cu conţinut de SO2 icircnainte de intrarea icircn scruber şi icircncălzeşte gazul
curat pacircnă la aproximativ 100 degC Gazul din linia a doua este introdus direct icircn cel
de-al doilea scruber şi apoi fără a fi reicircncălzit se amestecă cu gazul curat
(reicircncălzit la 100 degC) de la primul scruber Astfel rezultă o temperatură a gazelor
la coş de circa 80 degC Gipsul produs e subţiat pacircnă la 30 conţinut solid şi
ulterior e uscat pacircnă la 15 umiditate icircntr-un filtru cu vacuum Preaplinul
concentratorului şi produsul filtrării sunt circulate complet icircn proces Nu se
produce apă uzată iar 25 din gipsul rezultat este utilizat icircn industria cimentului
Icircn tabelul ce urmează sunt prezentate schematic principalele procedee
comerciale de desulfurare a gazelor de ardere
Epurare prin
metoda
umedă
Procedeu Tehnică (metodă) Produse secundare
Var calcar
CaOCaCO3
Absorbţia SO2 cu var stins (nămol de
var) sau calcar
Nămol de epurare
sau gips
Sodă de rufe
NaOH
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sodă
caustică sau de carbonat de sodiu
Apă reziduală sau
soluţie spălat rufe
Soluţie
Alcalină
Absorbţia SO2 cu soluţie de Na
rezultată din soluţie alcalină calcică
Nămol sau gips
(CaSO4)
Amoniac -
Walther
Absorbţie cu NH3 apoi oxidare icircn
sulfat de amoniu
Icircngrăşămacircnt pe
bază de sulfat de
amoniu
Oxid de
magneziu
SO2 intră icircn reacţie cu un amestec de
oxid şi hidroxid de magneziu
reciclarea reactivului după
deshidratare şi regenerare
Sulf elementar sau
acid sulfuric
Sulfit de sodiu
(wellmanndashlord)
Absorbţia SO2 cu o soluţie de sulfit
de sodiu care este apoi reciclată şi
regenerată
Sulf elementar sau
H2SO4 cantităţi
mici de sulfat de
sodiu
Citrat
Absorbţia SO2 cu o soluţie de citrat
de Na Absorbantul este regenerat şi
produşii secundari transformaţi icircn S2
prin reducţie icircn fază lichidă cu H2S
Sulf elementar
Carbonat apos Absorbţia SO2 cu o soluţie de
carbonat de sodiu deshidratat prin
pulverizare regenerare + reciclare
Sulf elementar
Uscare prin
pulverizare
Pulverizare şi
uscare
Reacţia unui nămol de absorbţie
pulverizat cu SO2 şi uscare simultană
Deşeuri uscate
Procedeu
uscat
Absorbţie pe
cărbune activ
Absorbţia şi desorbţia SO2 pe
cărbune activ
Sulf elementar
Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt
descrise schematic prin diagrame icircn figura 1 Icircn desulfurarea uscată SO2 şi SO3
sunt reţinute prin procese fizice (adsorbţie) sau chimice (absorbţie şi reacţii
chimice)
Fig 1 Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere
Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este dirijat să icircntacirclnească gazele ce
trebuie desulfurate Apoi agentul este reactivat icircn regenerator şi este trimis icircnapoi
icircn procesul de adsorbţie Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este pulverizat icircn
gazele de ardere
Icircn procedeele semiuscate o suspensie alcalină sau alcalino - pămacircntoasă
este adusă icircn contact cu gazele de ardere de desulfurat Icircn gazele de ardere fierbinţi
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Citrat
Absorbţia SO2 cu o soluţie de citrat
de Na Absorbantul este regenerat şi
produşii secundari transformaţi icircn S2
prin reducţie icircn fază lichidă cu H2S
Sulf elementar
Carbonat apos Absorbţia SO2 cu o soluţie de
carbonat de sodiu deshidratat prin
pulverizare regenerare + reciclare
Sulf elementar
Uscare prin
pulverizare
Pulverizare şi
uscare
Reacţia unui nămol de absorbţie
pulverizat cu SO2 şi uscare simultană
Deşeuri uscate
Procedeu
uscat
Absorbţie pe
cărbune activ
Absorbţia şi desorbţia SO2 pe
cărbune activ
Sulf elementar
Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt
descrise schematic prin diagrame icircn figura 1 Icircn desulfurarea uscată SO2 şi SO3
sunt reţinute prin procese fizice (adsorbţie) sau chimice (absorbţie şi reacţii
chimice)
Fig 1 Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere
Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este dirijat să icircntacirclnească gazele ce
trebuie desulfurate Apoi agentul este reactivat icircn regenerator şi este trimis icircnapoi
icircn procesul de adsorbţie Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este pulverizat icircn
gazele de ardere
Icircn procedeele semiuscate o suspensie alcalină sau alcalino - pămacircntoasă
este adusă icircn contact cu gazele de ardere de desulfurat Icircn gazele de ardere fierbinţi
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt
descrise schematic prin diagrame icircn figura 1 Icircn desulfurarea uscată SO2 şi SO3
sunt reţinute prin procese fizice (adsorbţie) sau chimice (absorbţie şi reacţii
chimice)
Fig 1 Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere
Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este dirijat să icircntacirclnească gazele ce
trebuie desulfurate Apoi agentul este reactivat icircn regenerator şi este trimis icircnapoi
icircn procesul de adsorbţie Icircn adsorbţia uscată agentul de adsorbţie este pulverizat icircn
gazele de ardere
Icircn procedeele semiuscate o suspensie alcalină sau alcalino - pămacircntoasă
este adusă icircn contact cu gazele de ardere de desulfurat Icircn gazele de ardere fierbinţi
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
se formează un produs uscat de reacţie care este colectat apoi icircn filtrele de
particule
Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc icircn turnuri de injecţie numite
scrubere Icircn acest caz o soluţie sau suspensie alcalină sau alcalino-pamacircntoasa este
dispersată icircn gazul de desulfurat sau este adusă icircntr-un contact omogen cu acesta
astfel icircncacirct oxizii de sulf sunt icircndepărtaţi prin absorbţie Spălarea gazului cu apă
este posibilă dar tendinţa gazelor de a se dizolva icircn apă este relativ redusă [4]
O metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere bazată pe adsorbţie
fizică utilizează aditivi solizi Pe acest principiu se bazează icircndepărtarea
combinată a oxizilor de sulf şi de azot cu cocs activ O altă posibilitate icircn special
pentru instalaţii mici şi mijlocii (icircntre 50 - 100 MW) este absorbţia chimică a SO2
de către aditivi uscaţi activi din punct de vedere chimic Adăugarea de aditivi
uscaţi pulverizaţi pe bază de calciu sau magneziu pentru reducerea emisiilor de
componente acide ale gazelor (SO2 dar şi HCI şi HF) este cunoscută de mult timp
şi reprezintă de cacirctva timp un procedeu obişnuit aplicat icircn numeroase focare
Aditivii pot fi injectaţi icircn diferite puncte ale arderii sau icircn diferite puncte ale
traseului gazelor de ardere
Procesele icircn care aditivul este adăugat icircntre generatorul de abur şi filtrul de
particule este cel mai des icircntacirclnit icircntrucacirct este icircnsoţit de modificări minimale ale
instalaţiei existente (camera de ardere construcţia cazanului) Icircn unele cazuri
aditivul este introdus la sfacircrşitul traseului gazelor de ardere respectiv icircntre filtrul
de particule şi coş icircn acest caz sunt necesare filtre de particule suplimentare
Icircn cazul arderii cărbunelui brun şi la arderea icircn strat fluidizat s-au obţinut
rezultate bune prin dozarea aditivului icircn combustibil Figura 3 arată gradul de
absorbţie a SO2 corespunzător diferiţilor aditivi uscaţi icircn funcţie de temperatură
La temperaturi ridicate aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade
mai reduse de absorbţie şi intervale active de temperatură mai icircnguste
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Fig 3 Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO2 pentru diferiţi aditivi uscaţi
De asemenea eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi depinde şi de
alţi factori precum timpul de rezidenţă gradul de amestecare a aditivului cu
gazele de ardere de dimensiunile particulelor şi de porozitate Etapele reacţiei de
calcinare hidratare şi absorbţie de SO2 a dolomitei sunt prezentate icircn figura 4
Fig 4 Etapele reacţiei de calcinare hidratare şi sulfatare a dolomitei
Icircn cazul metodelor uscate nu se produc ape reziduale Utilizarea produselor
solide rezultate depinde de compoziţia lor chimică şi de modul de reţinere al
acestora
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Procesele semiuscate s-au dezvoltat pe baza faptului că absorbţia SO2 pe
particulele de calcar poate fi icircmbunătăţită prin umidificarea acestora Icircn aceste
procese agentul de absorbţie icircn general o suspensie de var sau de carbonat de
sodiu ori o leşie de sodă caustică este pulverizată icircn gazele de ardere fierbinţi
dispersate extrem de facircn Icircn urma acestui proces apa din absorbant vaporizează şi
SO2 reacţionează cu agentul de absorbţie
Procesul de vaporizare durează pacircnă cacircnd produşii de reacţie iau forma unei
pulberi uscate Aceasta poate fi icircndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul
unei instalaţii clasice de desprăfuire (electrofiltru sau filtru sac)
Icircn figura 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin
acest procedeu Produsul final este alcătuit din gips la care se adăugă sulfit şi oxid
de calciu De aceea cacircteodată se realizează o tratare termică ulterioară icircn scopul
majorării conţinutului de gips Produsele de reacţie cu un conţinut ridicat de gips
pot fi utilizate icircn industria betoanelor şi a materialelor de construcţii Altfel
reziduurile pot fi folosite icircn acelaşi mod ca cele rezultate icircn urma proceselor uscate
de desulfurare
Principalul avantaj al procedeului de absorbţie prin pulverizare este acela că
apa necesară vaporizează nerezultacircnd ape reziduale Icircn general gazele de ardere
nu trebuie reicircncălzite din nou Icircn comparaţie cu procedeul uscat prin cel semiuscat
se ating grade superioare de absorbţie a SO2 sbquo cu un exces mai redus de aditiv
Totuşi cheltuielile de investiţie sunt mai ridicate
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Desulfurarea umedă
Procesele de absorbţie umedă pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini
alcalinopamacircntosi sau alţi absorbanţi Solubilitatea icircn apă a absorbanţilor alcalini
este mult mai mare decacirct a celor alcalino-pamacircntosi Icircn grupul de procese utilizacircnd
alţi absorbanţi lichidul de spălare este icircn principal o soluţie acidă Factorul
comun pentru toate aceste procese este utilizarea instalaţiilor icircn care se realizează
contactul icircntre gaz şi lichid Aceste instalaţii creează o suprafaţă mare de contact
realizacircnd transferul de masă al SO2 către fază lichidă Icircn cele ce urmează este
prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la
centralele electrice pe bază de CaO a icircnceput icircn SUA icircn cadrul preocupărilor
pentru eliminarea simultană a particulelor şi a dioxidului de sulf printr-o metodă
umedă Astfel scruberele Venturi de desprăfuire umedă au icircnceput să fie utilizate
şi la desulfurarea gazelor de ardere Aceasta a condus icircn multe cazuri la reacţii
icircntre particulele de cenuşă şi oxidul de calciu sau calcarul utilizat avacircnd drept
consecinţa icircnfundarea scruberelor a conductelor şi a pompelor De aceea
electrofiltrul era situat icircnaintea scruberului de tip Venturi Numai icircn acest mod se
obţine un gips pur care poate fi revalorificat
Scruberele Venturi nu au fost icircn general acceptate deoarece realizau
pierderi mari de presiune respectiv consum ridicat de energie Icircntre timp au fost
dezvoltate alte tipuri de scrubare precum turnuri de spălare cu tub Venturi integrat
sau alte componente Turnurile alcătuite din componente simple pentru
minimizarea pierderilor s-au dovedit a fi soluţia cea mai bună (figura 6)
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Fig 6 Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor
Astfel turnurile de spălare de construcţie mai nouă nu conţin decacirct cacircteva
nivele spaţioase de pulverizare şi separatoare de picături instalate orizontal
Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune Un turn de spălare este
alcătuit din trei părţi principale
zona inferioară de drenaj zona de contact gaz lichid zona de gaze de ardere
curate
Icircn zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată amestecată
ventilată şi icircmbogăţită cu absorbant proaspăt Volumul acestei zone este
determinat icircn principal de viteză de dizolvare a absorbantului precum şi de
cantitatea de SO2 ce trebuie icircnlăturată
Icircn zona mijlocie a scruberului zona de contact gaz lichid gazele sunt
aduse icircn contact cu suspensia de spălare icircn contracurent şi astfel sunt spălate
Lichidul de spălare este distribuit uniform pe mai multe nivele de pulverizare
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Astfel se creează un spaţiu de amestec omogen gaz lichid icircn care are loc
transferul de masă de la gazele de ardere la lichidul de spălare
Icircn partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate) gazele de
ardere trec printr-un separator de picături icircn care se reţin picăturile fine de lichid
pe care le-au antrenat Pentru curăţare separatorul de picături este spălat cu apă de
sus icircn jos icircntr-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia cu ajutorul unor
pulverizatoare
Figura 7 prezintă schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de
ardere cu oxidare integrată folosind calcar drept absorbant Astfel de instalaţii
sunt icircn funcţiune icircn centralele noi din Germania Gazele care trebuie curăţate sunt
răcite icircn schimbătorul regenerativ de căldură gaze-gaze şi trec prin turnul de
spălare icircn contracurent faţă de absorbant Pentru a se evită suprasaturarea cu
vapori de apă gazele curate sunt reicircncălzite icircn schimbătorul de căldură pacircnă la
aproximativ 90 0C Eficienţa scruberului este de circa 92divide98 sbquo astfel icircncacirct se
poate respecta fără vreo dificultate nu numai norma de 400 mg SO2m3sbquo dar şi alte
cerinţe mai restrictive privind emisiile de SO2 Lichidul de spălare are o evoluţie
ciclică Calcarul măcinat fin este preluat din siloz şi preparat cu apă (apă
reziduală) rezultacircnd o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a
scruberului Pe de altă parte suspensia de gips este evacuată din scruber Separarea
cristalelor mai mari de gips micşorarea lor ulterioară şi procesarea acestora se
face icircntr-un hidrociclon Particulele fine de ghips care nu pot fi deshidratate atacirct de
bine sunt trimise icircnapoi icircn ciclul absorbantului sub formă de cristale de sămacircnţă
Apa reziduală evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conţinutului său
ridicat de ioni şi de metale Unul dintre parametrii cei mai critici care determină
cantitatea de apă uzată este conţinutul de cloride din gazul de evacuare şi apă de
proces deoarece concentraţia de cloride afectează nivelul de coroziune şi calitatea
gipsului Odată ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate poate fi
proiectat un sistem de tratare a apei uzate Icircn general este suficient un tratament
fizico-chimic standard pentru a satisface cerinţele de protecţiei a mediului
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Fig 7 Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit icircn industria materialelor de
construcţii Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru
proiectarea sistemului
Gipsul pentru pereţi trebuie să fie de o calitate ridicată o puritate icircnalta
umezeală scăzută un conţinut foarte mic de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de
substanţe dizolvate
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată totuşi de o puritate
mai scăzută decacirct icircn cazul anterior Conţinutul de umezeală trebuie să fie scăzut şi
la fel trebuie să fie conţinutul de compuşi sulfiţi neoxidaţi şi de substanţe dizolvate
Icircn general gipsul este uscat de abur acesta fiind apoi trecut printr-o maşină
de brichetat şi apoi depozitat icircn saci sau silozuri Gipsul recuperat prin oxidare
icircntr-o singură buclă are o puritate mai redusă şi o umezeală mai mare comparativ
cu cel obţinut prin oxidarea icircn două bucle
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Aplicatie- purificarea gazelor de ardere pe baza de carbune
Sa se calculeze o instalatie de purificare a gazelor de ardere de la o central
termica pe baza de carbune
In central se arde o cantitate de carbune de 30-05n th carbune care contine
25-001n S si 3+002n cenusa
Excesul de aer pentru ardere este de 25+02n Instalatia se bazeaza pe
absorbtia SO2 in suspensie de Ca(OH)2 iar randamentul este de 95
n = 5
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Bilant in punctul 1
Debitul de alimentare
frasl frasl
Procentul de Sulf
Procentul de cenusa
Excesul de aer
Procentul de carbune
( ) ( )
Debitul de Sulf
( )
Debitul de cenusa
( )
Debitul de carbon
( )
Se calculeaza cantitatea de oxigen necesara arderii carbunelui
12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2
GC x y
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
( )
Se calculeaza cantitatea necesara arderii sulfului
32 kg C 32 kg O2 64 kg SO2
GS xrsquo yrsquo
( )
Bilant in punctul 2
Debitul aerului de combustie
Compozitie aer
sum
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
( )
( )
( )
( )
( )
100 kg aer 76615 kg N2 22140 kg O2 1245 kg Ar
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 3
( )
( )
( )
( )
Se considera ca in faza de combustie eficienta indepartarii cenusei din gaze
este 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
( )
( )
frasl
( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 7
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 4
Eficienta desprafuirii este de 90
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Bilant in punctul 5
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 6
Se considera arbitrar ca numai 10 Ca(OH)2 reactioneaza cu CO2 si 90
din Ca(OH)2 reactioneaza cu SO2
( )
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
( )
frasl ( )
frasl
( )
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
( )
( )
frasl
frasl
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Se considera ca la iesirea din absorber gazele au temperatura de 35⁰C iar
faza lichida are 35⁰C si presiune atmosferica
( )
Fractii molare
Debitul molar de gaze uscate in punctul 6
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
1 kmoli gaze 00573 kmoli H2O 09427 kmoli gaze
uscate
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 18
Debitul de var hidratat introdus in prepararea laptelui de varConsideram ca
varul hidratat contine
a) Umiditate - 5
b) Impuritati solide insolubile - 5
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
c) Ca(OH)2 - 90
( ) frasl ( )
100 kg var hidratat 90 kg Ca (OH)2
( ) ( )
( )
( )
frasl
Debitul total de gaz
( )
( )
Din debitul total de gaz vom calcula apa si impuritatile
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 8
Consideram ca in punctul 8 suspensia contine 2 solid si 98 apa
( ) frasl
74 kg Ca(OH)2 64 kg SO2 16 kg O2 18 kg H2O 172 kg
CaSO42H2O
a GSO2 react b c d
74 kg Ca(OH)2 44 kg CO2 100 kg CaCO3 18 kg H2O
( ) u w z
( )
( )
( )
frasl
Rata de iesire (formare) este 51
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 9
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 12
( )
( )
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 13
Se calculeaza namolul de decantare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului 85
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
Bilant in punctul 14
Se calculeaza namolul de la filtrare
( )
( )
frasl
Umiditatea namolului de la filtrare ndash 40
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
( )
( )
frasl
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 15
Se calculeaza limpedele de la decantare
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 16
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 17
Se calculeaza adaosul de apa
Debit apa care intra este
( )
( )
( )
( )
Debit de apa care iese este
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
(
( )
( )
( ))
( )
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Bilant in punctul 20
Se calculeaza laptele de var 20
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 19
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Bilant in punctul 21
( )
( )
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 11
( )
( )
( )
frasl
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Bilant in punctul 10
( )
( )
( )
Predimensionarea absorberului
1 Calculul ariei minime a sectiunii coloanei
Consideram ca in coloana se foloseşte o umplutura cu inele Rasching cu
caracteristicile urmatoare
dimensiuniLDd=505050 mm
suprafaţa specifica ag=95 m2m
3
fracţia de goluri εg=079 m3m
3
densitatea aparenta ρa=500 Kgm3
Viteza de inecare este
( ) + (
)
(
)
unde vi= viteza de inecare
ag= suprafaţa specifica a umpluturii
εg= fracţia de goluri a umpluturii
ρv= densitatea fazei gazoase( considerata min punctul de bilant 6)
ρl= densitatea fazei lichide( considerata 103 Kgm3)
ηl= viscozitatea fazei lichide( considerata 10-3
Kgms)
A= coeficientul ales in funcţie de natura umpluturii (A=022)
Lrsquo=debitul masic al fazei lichide=GT(8)
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Grsquo= debitul masic al fazei gazoase=GT(6)
Din bilanţul in punctul (6) rezulta
( )
(
( )
)
( )
sum ( )
sum ( )
unde i= CO2 SO2 N2 Ar O2 H2O
( ) sum
Presiunea gazelor se considera 1 atm
La intrarea in absorber
La iesirea din absorber
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
( )
( )
frasl
[
( ) ]
(
)
(
)
smv
v
i
i
7310
031lg
Debitul volumetric de gaze
( )
radic
radic
Pentru diametre mai mari de 2 valorile se aleg din 05 icircn 05 m
Deci
Aria reala este
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
2 Calculul suprafetei de transfer şi a volumului de umplutură
Coeficientul de difuzie
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
unde
T- temperatura [K]
p- presiunea p = 1 atm
VA VB-volume molare la punctul normal de fierbere[cm3mol]
Consideram ca A este amestecul gazos din punctul de bilant (6) iar B= SO2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
O
CO
OH
N
Ar
SO
625
434
918
231
829
844
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
Coeficientul de difuzie se considera pentru amestecul din punctul (6)
molcmVV
VyV
SOB
iiA
844 3
2
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
molcmV
A
O
CO
OH
N
Ar
7549830
100816250430
953644341440
888309180470
556232317550
25628082900860
3
3
3
3
3
3
2
2
2
2
KgMM
kgMM
SOB
A
64
7344829
2
)6(
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
frasl
(
frasl
frasl ) radic
[ ]
][1044661 25
2smD
gSO
v
dgG
Re
smKgA
GG
real
T 2
)6(
3600
Diametrul mediu al granulelor
dg=005m
ηv=ηam=1910-6
Kgms
unde c=069
Debitul absorbit de SO2(N)
cv DSKN
unde Kv= coeficient de transfer de masă
S= suprafata de transfer
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
Dc= forta motricea procesului de transfer de masă
22
11
2211
ln
yy
yy
yyyymDy
unde y1y2= concentraţiile la baza coloanei si la vacircrful coloanei
y=concentratia gazului in echilibru cu x
yy
=diferenta medie logaritmica a diferentei de concentratie
Transferul de masă esteurmat de o reactie chimică ireversibilă si de aceea
021 yy
2
1
21
ln
y
y
yymDy
000070)6(
2
)4(
1
2
2
SO
SO
yy
yy
i
iiM
M
GD
)4()4(
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m
( )
( )
( )
( )
( )
Volumul umpluturii
Inaltimea umpluturii
Hu se aproximeaza la 35 m