istovremeno uklanjanje no i so2 iz dimnog gasa ... · kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom...

10
ISTOVREMENO UKLANJANJE NO X I SO 2 IZ DIMNOG GASA TERMOELEKTRANE TENT-A KORIŠĆENJEM REAKTORA ZASNOVANOG NA NERAVNOTEŽNOJ PLAZMI SIMULTANEOUS REMOVAL OF NO X AND SO 2 FROM COAL-BURNING FLUE GAS IN TENT-A USING NON-THERMAL PLASMA REACTOR M. M. Kuraica a , B. M. Obradović a , G Sretenović. a , B. Dojčinović b , D. Manojlović c , A. Jevremović d , and LJ. Jocić d a Faculty of Physics, University of Belgrade, PO box 368, 11000 Belgrade, Serbia b Center of Chemistry, IHTM, Belgrade, Studentski trg 12-16, 11000, Serbia c Faculty of Chemisty, University of Belgrade, PO box 158, 11000 Belgrade, Serbia d JP EPS Belgrade, D.O.O. TENT Obrenovac, Serbia Abstract: In this paper we present experimental results for simultaneous removal of NO, NO 2 and SO 2 from effluent gas in a coal-burning power plant using nonthermal plasma reactor. All experiments are made in real flue gas conditions, with fluctuated concentration of NO, SO 2 , fly ash and water vapor. In the experiment a dielectric barrier discharge (DBD) reactor is used for oxidation of NO to NO 2 , and partially SO 2 to SO 3 and removing, after the reaction with NH 3 in wet air. For the flue gas flow of 150 m 3 /h, the NO removal efficiency reached 90%. The SO 2 removal efficiency increased with increasing NH 3 concentration easily reaching more than 98%. Produced salts of ammonium-sulphate and ammonium-nitrate are collected using dry and wet scrubbers. Chemical analysis showed that concentration of heavy metals in those salts is under the allowed maximum value for artificial fertilizer. Key words: DeNOx, DeSOx, plasma gas treatment 1. UVOD Oksidi azota (NO i NO 2 – kraće NO x ) i sumpora (SO 2 ) u dimnom gasu iz ložišta termoelektrana na ugalj glavni su zagađivači vazduha. Ovi zagađivači prouzrokuju kisele kiše i fotohemijski smog i opasni su po živa bića tako da je zakonskim propisima ograničena njihova emisija. U upotrebi su

Upload: others

Post on 16-Feb-2020

6 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ISTOVREMENO UKLANJANJE NO I SO2 IZ DIMNOG GASA ... · Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i amonijum-nitrata, koje su submikronskih

ISTOVREMENO UKLANJANJE NOX I SO2 IZ DIMNOG GASA

TERMOELEKTRANE TENT-A KORIŠĆENJEM REAKTORA

ZASNOVANOG NA NERAVNOTEŽNOJ PLAZMI

SIMULTANEOUS REMOVAL OF NOX AND SO2 FROM COAL-BURNING

FLUE GAS IN TENT-A USING NON-THERMAL PLASMA REACTOR

M. M. Kuraica a, B. M. Obradović a, G Sretenović.a, B. Dojčinović b, D. Manojlović c,

A. Jevremovićd, and LJ. Jocićd

aFaculty of Physics, University of Belgrade, PO box 368, 11000 Belgrade, Serbia

bCenter of Chemistry, IHTM, Belgrade, Studentski trg 12-16, 11000, Serbia cFaculty of Chemisty, University of Belgrade, PO box 158, 11000 Belgrade, Serbia

dJP EPS Belgrade, D.O.O. TENT Obrenovac, Serbia

Abstract: In this paper we present experimental results for simultaneous removal of NO, NO2 and

SO2 from effluent gas in a coal-burning power plant using nonthermal plasma reactor. All

experiments are made in real flue gas conditions, with fluctuated concentration of NO, SO2, fly ash

and water vapor. In the experiment a dielectric barrier discharge (DBD) reactor is used for oxidation

of NO to NO2, and partially SO2 to SO3 and removing, after the reaction with NH3 in wet air. For

the flue gas flow of 150 m3/h, the NO removal efficiency reached 90%. The SO2 removal efficiency

increased with increasing NH3 concentration easily reaching more than 98%. Produced salts of

ammonium-sulphate and ammonium-nitrate are collected using dry and wet scrubbers. Chemical

analysis showed that concentration of heavy metals in those salts is under the allowed maximum

value for artificial fertilizer.

Key words: DeNOx, DeSOx, plasma gas treatment

1. UVOD

Oksidi azota (NO i NO2 – kraće NOx) i sumpora (SO2) u dimnom gasu iz ložišta termoelektrana na

ugalj glavni su zagađivači vazduha. Ovi zagađivači prouzrokuju kisele kiše i fotohemijski smog i

opasni su po živa bića tako da je zakonskim propisima ograničena njihova emisija. U upotrebi su

Page 2: ISTOVREMENO UKLANJANJE NO I SO2 IZ DIMNOG GASA ... · Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i amonijum-nitrata, koje su submikronskih

mnogi sistemi za kontrolu emisije gasova, ali zbog sve strožijih propisa, klasični uređaji postaju sve

obimniji i veći. Sedamdesetih godina 20. veka je prvi put na nivou pilot postrojenja testirana

metoda zasnovana na primeni neravnotežne niskotemperaturne plazme (eng. Nonthermal plasma -

NTP), kao alternativna metoda za uklanjanje NOx i SO2. Metoda NTP je zasnovana na mogućnosti

dobijanja slobodnih elektrona velike energije, koji su sposobni da izvrše disocijaciju i jonizaciju

molekula i na taj način utiču na promenu sastava emisionih gasova. Cilj ove metode je oksidovati

NO u NO2 (a to je efikasno moguće uraditi samo u plazmi) i SO2 u SO3, a onda u hemijskoj reakciji

sa amonijakom (NH4) dobiti kao krajnje proizvode amonijum-nitrat i amonijum-sulfat, tj. veštačko

đubrivo. Imajući ovo na umu saradnici TENT-a i Fizičkog fakulteta u Beogradu su predložili

zajednički projekat pod nazivom "Laboratorijska ispitivanja u realnim uslovima smanjenja SO2 i

NOx u dimnim gasovima nastalim sagorevanjem kolubarskih lignita primenom plazma generatora".

U početnoj fazi pripreme projektnog zadatka i definisanja sadržaja i obima ovog projekta

ustanovljeno je da su dotadašnje aktivnosti bile usmerene na rešavanje problema vezanih za emisiju

pepela i SO2. Tako se za smanjenje emisije pepela u atmosferu do dozvoljenog nivoa od 50g/Nm3

uspešno primenjuju elektrofiltri, a za odsumporavanje je predložena tehnologija krečnjak - gips. Ta

metoda, iako zastupljena u Evropi na industrijskom nivou, krajnje je problematična i to iz nekoliko

razloga: ova postrojenja zauzimaju ogroman prostor i zahtevaju veoma visoka investiciona

ulaganja; potrebno je obezbediti stabilan izvor za snabdevanje krečnjakom, njegov transport i

skladištenje u blizini TENT-a; izgradnju nove deponije za proizvedeni gips i rešavanje problema

vezanih za zaštitu te deponije; u ovom procesu se javlja ogromna količina otpadne vode koju

naknadno treba tretirati, itd. Konačno ova tehnologija ne omogućava denitrifikaciju tj. uklanjanje

azotovih oksida iz dimnog gasa.

Druga tehnologija, koja je nekoliko godina razmatrana i koja je na nivou industrijskog

demonstracionog postrojenja na raspolaganju u Bugarskoj i Poljskoj, obezbeđuje istovremeno

odsumporevanje i denitrifikaciju. Ta tehnologija je zasnovana na upotrebi visokoenergijskih

elektronskih snopova (u daljem tekstu E-snop tehnologija). Ova tehnologija se razvija poslednjih

30-tak godina, počevši od Japana preko SAD, Nemačke, Poljske i Bugarske. Na osnovu ličnog

uvida saradnika TENT-a i podataka dostupnih u literaturi, za ovu tehnologiju se može reći da je

uspešno demonstrirana, ali da još ima i pored dugogodišnjih istraživanja nekoliko nerešenih

problema. Npr. nije još uvek rešen problem sa titanskim folijama kroz koje se elektronski snop

uvodi u reakcionu komoru, odnosno, efikasno hlađenje tih folija i njihova zaštita od nataloženog

materijala. Potrebno je obezbediti oblaganje reakcione komore i zaštitu ostalih delova postrojenja

od neizbežnog X-zračenja, Elektronski topovi energija 700 keV su još uvek veoma skupi, a njihov

radni vek je još uvek manji od zahtevanog remontnog vremena. Međutim, u toku razvoja ove

tehnologije je sakupljen ogroman eksperimentalni i teorijski materijal i prepoznate osnovne

Page 3: ISTOVREMENO UKLANJANJE NO I SO2 IZ DIMNOG GASA ... · Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i amonijum-nitrata, koje su submikronskih

hemijske reakcije koje u prisustvu amonijaka obezbeđuju efikasno uklanjanje i SO2 i NO iz dimnog

gasa. Nastali produkti, soli amonijum-sulfat i amonijum-nitrat, predstavljaju osnovne komponente

veštačkog đubriva visokog kvaliteta. U nekoliko studija je pokazano da je koncentracija teških

metala u veštačkom đubrivu nastalom u ovom postupku daleko ispod zakonske granice za veštačka

đubriva, pa je npr. u Japanu još 1993. god. odobrena upotreba ovako dobijenog veštačkog đubriva u

poljoprivredi [1].

Pošto je u toku razvoja tehnologije odsumporavanja i denitrifikacije dimnog gasa sa E-snopom

ustanovljeno da se ključne hemijske reakcije iniciraju pomoću visokoenergijskih elektrona, već 90-

tih godina je započet niz istraživanja sa idejom da se za tretman dimnog gasa koristi

niskotemperaturska plazma (NTP) u kojoj srednja energija elektrona iznosi 10-ak eV (neki autori

govore i o vrednostima 15-20 eV). Izvori niskotemperaturske plazme, bilo korona tipa, bilo na bazi

dilektričnog barijernog pražnjenja (DBP), koji rade na atmosferskom pritisku, neuporedivo su

jeftiniji od postrojenja koja koriste E-snop, u njihovoj blizini nema opasnog X-zračenja i potrebe za

skupom zaštitom, a njihova efikasnost je za 15 godina razvoja povećana za oko 7-8 puta. Efikasnost

ovih izvora u odsumporavanju i denitrifikaciji je demonstrirana na nivou pilot postrojenja i dostiže

95-98% za SO2 i preko 90% za NO [5].

Zbog toga je već u početnoj fazi definisanja projektnog zadatka između naručioca projekta,

TENT-a i realizatora projekta Fizičkog fakulteta u Beogradu, postignuta saglasnost da se u toku

realizacije projekta pokuša nadoknaditi zaostajanje u ovoj oblasti, pa je predložen ubrzan postupak

(u trajanju od 6 meseci) za demonstraciju mogućnosti istovremenog odsumporavanja i

denitrifikacije dimnog gasa primenom niskotemperaturske plazme. Za potrebe ovih istraživanja

predviđena je izgradnja laboratorijskog postrojenja i funkcionalnih modela izvora NTP, dobijanje i

prikupljanje konačnih produkata iz dimnog gasa na bloku A1 TENT-a, analiziranje hemijskog

sastava tog uzorka i utvrđivanje osnovnih projektnih parametara za izradu pilot postrojenja.

Za plazma reaktor je predviđeno korišćenje izvora DBP tipa sa cilindričnim elektrodama. Električno

pražnjenje takvog tipa za razliku od pražnjenja tipa korone, popunjava čitav međuelektrodni

prostor, pa se očekuje da dimni gas, koji se propušta između elektroda, biva direktno izložen

pražnjenju (plazmi) u čitavoj radnoj zapremini, sve vreme dok se nalazi u međuelektrodnom

prostoru. U ovim uslovima, aktivne čestice nastale u primarnim reakcijama pod dejstvom

visokoenergijskih elektrona, direktno i za veoma kratko vereme ulaze u reakcije sa prisutnim

gasovima, pa se i na osnovu toga očekuje visoka efikasnost izvora ovog tipa u procesu

odsumporavanja i denitrifikacije.

Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i

amonijum-nitrata, koje su submikronskih dimenzija i iz dimnog gasa se mogu izdvojiti na dva

načina: suvim i mokrim postupkom.

Page 4: ISTOVREMENO UKLANJANJE NO I SO2 IZ DIMNOG GASA ... · Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i amonijum-nitrata, koje su submikronskih

U raspravama koje su prethodile ovom projektu vođena je ozbiljna diskusija o prisustvu teških

metala u nastaloj mešavini amonijum sulfata i amonijum nitrata kao ograničavjućeg faktora za

njenu potencijalnu primenu u poljoprivredi, u vidu veštačkog đubriva. Zato je posebna pažnja

posvećena odgovarajućoj metodi prikupljanja čestica kako bi se sprovela što potpunija analiza

njihovog hemijskog sastava.

Jedno od rešenje koje je predviđeno i trebalo testirati je zasnovano na primeni vodenih ili blago

alkalnih taložnika (tzv. mokri postupak ili tečni skruber) sa motivacijom da se u tečnoj fazi lakše

mogu izdvojiti eventualno prisutni teški metali, a preostali tečni rastvor, upariti, koristiti kao tečno

veštačko đubrivo ili prodati nekoj od fabrika đubriva.

Drugo rešenje je zasnovano na primeni elektrostatičkih filtera (tzv. suvi postupak) za koje je

poznato da imaju visoku efikasnost u taloženju pepela, ali je za taloženje submikronskih čestica

amonijum-sulfata i amonijum-nitrata bilo neophodno izvršiti testiranje.

2. EKSPERIMENTALNA POSTAVKA

Shematski prikaz postavke eksperimenta za laboratorijsko ispitivanje istovremenog

odsumporavanja i denitrifikacije dimnog gasa nastalog u procesu sagorevanja lignita u bloku TENT

A1 primenom plazma reaktora je prikazan na slici 1. Na istoj slici je prikazana i fotografija

instaliranog plazma reaktora. Da bi se proces odvijao sa maksimalnom efikasnošću dimni gas mora

prethodno da se pripremi za tretman u plazma reaktoru. Pri tom treba obezbediti da temperatura

dimnog gasa bude u intervalu T=(60-800S), a vlažnost dimnog gasa u intervalu (10-14%).

Temperatura dimnnog gasa je snižavana do željene vrednosti korišćenjem toplotnog izmenjivača.

Vlažnost je, zasad, samo kontrolisana. Predviđeno je da se aerosoli nastali u procesu

odsumporavanja i denitrifikacije iz dimnog gasa izdvajaju korišćenjem suvog i mokrog taložnika tj.

da gas može imati dva toka označena sa a i b na Slici 1. Da bi se obezbedio odgovarajući protok

kroz sistem (~ 150m3/h) korišćen je ventilator. Amonijak je dodavan u dimni gas iz boce. Testirane

su dve opcije za dodavanje amonijaka: pre plazma reaktora i posle njega. Amonijak je dodavan tako

da se što bolje zadovolji stehiometrijski odnos 1:1 imajući u vidu ukupnu koncentraciju SO2 i NO u

dimnom gasu.

Page 5: ISTOVREMENO UKLANJANJE NO I SO2 IZ DIMNOG GASA ... · Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i amonijum-nitrata, koje su submikronskih

b

a

Slika 1. Shematski prikaz eksperimentalne postavke i fotografija DBP reaktora: a – Protok gasa pri korišćenju suvog taložnika, b - Protok gasa pri korišćenju mokrog taložnika, 1 –glavni ventil, 2 – izmenjivač toplote, 3 – DBP reaktor, 4 – ventilator, 5 –analizator gasnova, 6 –suvi taložnik (elektrostatički filter), 7 – mokri taložnik (amonijačni skruber), 8 – pumpa, 9 – filter, 10 – sistem raspršivača, 11 – Rašingovi prstenovi, 12 – amonijačna voda, 13 – amonijak, М0 - М4 – merne tačke.

Plazma reaktor je DBP tipa i njegov shematski prikaz, zajedno sa fotografijom je dat na Slici 2.

Visoki napon

Voda

Voda

Slika 2. Shematski prikaz plazma reaktora DBP tipa i fotografija elektrodnog sistema reaktora.

Page 6: ISTOVREMENO UKLANJANJE NO I SO2 IZ DIMNOG GASA ... · Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i amonijum-nitrata, koje su submikronskih

Osnova plazma reaktora su čelične cilindrične elektrode koncentično postavljene sa staklenom cevi,

kao dielektričnom barijerom između njih. Dužina elektroda je 1400 mm, a staklene cevi 1500 mm.

Poluprečnik staklene cevi je 32 mm, debljina 2 mm, a zazor između staklene cevi i čeličnih

elektroda je 3.5 mm. Visok naizmeničan napon frekvencije 50 Hz je dovođen na unutrašnje

elektrode, dok su spoljašnje bile uzemljene i vezane na zajedničko kućište, koje je moguće hladiti

(ili zagrevati) vodom. Relativno veliki zazor između elektroda i dielektrika je uslovljen činnjenicom

da u samom dimnom gasu još uvek postoji određena količina pepela, kao i pojavom kondenzata u

toku rada plazma reaktora. Zbog kondenzovanja vode iz dimnog gasa, reaktor je držan u

vertikalnom položaju da bi se obezbedilo efikasno odlivanje kondenzata, kao što je prikazano na

slici 2. Da bi se kondenzovanje smanjilo na najmanju meru, kućište reaktora je zagrevano tako da

njegova temperatura bude iznad tačke rose dimnog gasa.

Za potrebe eksperimenta konstruisan je i realizovan funkcionalni model elektrostatičkog filtra tako

da efikasno kolektuje čestice submikronskih dimenzija (čestice amonijum-sulfata i amonijum-

nitrata, koje nastaju u plazma reaktoru u reakciji sa NH3, kada se izvrši njihova kondenzacija, imaju

dimenzije u intervalu 0,1-1µm, [5]). Zbog toga je usvojeno rastojanje između kolektorskih

elektroda od 80 mm, a prečnik žice od koje su napravljene emisione elektrode d = 0,8 mm, dok je

ukupna efektivna dužina žice emisionih elektroda l = 67 m. Emisione elektrode su simetrično

postavljene između uzemljenih kolektorskih elektroda, tj. na rastojanju od 40 mm. Emisione

elektrode se povezuju na negativni izvod izvora maksimalnog DC napona od 30 kV (negativna

korona). Pri ovim uslovima se očekuje visoka efikasnost prikupljanja čestice submikronskih

dimenzija.

Shema mokrog taložnika je prikazana slici 1. Centralni deo taložnika je kolona sa ispunom od

keramičkih tzv. Rašingovih prstenova različitih prečnika. Njihov zadatak je da povećaju kontaktnu

površinu između dimnog gasa koji struji vertikalno naviše i amonijačne vode koja kvasi prstenove

slivajući se na dno kolone. Pumpa obezbeđuje neprekidno kruženje amonijačne vode u taložniku.

Kada se amonijak uvodi u gasnoj fazi u plazma reaktor (ili posle njega) koncentracije amonijaka u

vodenom rastvoru su male (~ 0,5%). Ovde blagi rastvor amonijačne vode ima dvostruku ulogu.

Prvo, da pokupi submikronske čestice, aerosole (NH4)2SO4 i NH4NO3, koji su ranije formirani u

plazma reaktoru u reakciji sa amonijakom i u prisustvu vlage, i drugo, da neutrališe višak SO2 i NO2

koji nisu izreagovali sa amonijakom u gasnoj fazi i tako spreči njihovu emisiju u atmosferu.

3. REZULTATI I DISKUSIJA

Dodavanje NH3 u dimni gas ima ključnu ulogu u smanjenju koncentracije SO2. To se jasno vidi na

slici 3 gde su prikazane promene koncentracije SO2 posle plazma reaktora i za dva različita protoka

Page 7: ISTOVREMENO UKLANJANJE NO I SO2 IZ DIMNOG GASA ... · Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i amonijum-nitrata, koje su submikronskih

dimnog gasa. Kao što se sa grafika može videti od trenutka upuštanja NH3 u dimni gas

koncentracija SO2 rapidno opada i praktično ne zavisi od rada reaktora. Za manji protok dimnog

gasa koncentracija SO2 veoma brzo pada na nultu vrednost, dok je za veći protok brzina opadanja

koncentracije SO2 manja i potrebno je povećati koncentraciju NH3 da bi se potpuno uklonio SO2 iz

dimnog gasa. Dobijeni rezultati su u saglasnosti sa rezultatima merenja opisanim u dostupnoj

literaturi i pripisuju se tzv. termalnim reakcijama, pri kojima se stvaraju soli amonijum-sulfata iz

SO2 u prisustvu vlage, kiseonika i NH3 bez dodatnog uvođenja energije. Ovaj proces se odvija u dva

stepena:

0 2 4 6 8 10 120

100

200

300

400

500

600

NH3off

t = 62oCNH3 on

U=250VU=200V

ukljucen reaktorU=150V

Kon

cent

raci

ja S

O2 [p

pm]

t [min]

Q = 100 m3/h

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

100

200

300

400

500

600

700

NH3 off++NH3

+NH3

t = 78oC

reaktor off

U=250VU=200V

U=150V

NH3 on

Kon

cent

raci

ja S

O2 [

ppm

]

t [min]

Q = 200 m3/h

Slika 3. Smanjenje koncentracije SO2 posle dodavanja NH3 za protoke gasa od 100 m3/h i 200 m3/h.

1. SO2 +2 NH3 → (NH3)2 SO2

2. (NH3)2 SO2 (NH⎯⎯ →⎯ OHO 2,24)2 SO4

i ispoljava jaku temperaturnu zavisnost. U ispitivanjima sa primenom E-snopa u tehnologiji

odsumporavanja i denitrifikacije ustanovljeno je da je optimalni temperatutski interval za ove

0 200 400 600 800

0

10

20

30

40

50

t = 80oCvlaznost ~ 12 %

NO

, NO

2 (ppm

)

P (W)

NO NO2 NO sa NH3

NO2 sa NH3Q ~ 200 m 3/h

Slika 4. Zavisnost koncentracije NO i NO2 od snage reaktora pri tretmanu dimnog gasa bez amonijaka i sa dodatkom amonijaka.

Page 8: ISTOVREMENO UKLANJANJE NO I SO2 IZ DIMNOG GASA ... · Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i amonijum-nitrata, koje su submikronskih

reakcije 60-800С, pa je u tom intervalu i održavana temperatura gasa pre ulaska u reaktor.

Na slici 4 je prikazana promena koncentracije gasova NO i NO2 u zavisnosti od električne snage

plazma reaktora. Na grafiku se može primetiti da sa povećanjem električne snage reaktora

efikasnost oksidacije NO u NO2 raste i dostiže vrednost veću od 95% za snagu od 800 W.

Koncentracija NO je u toku merenju bila mala, ali se odgovarajućom ekstrapolacijom može

zaključiti da je za potpunu oksidaciju 100 ppm NO potrebno 1300 – 1500 W. Sa grafika se može

zaključiti da koncentracija NO2 raste kako koncentracija NO opada, ali na takav način da je zbir

njihovih koncentracija konstantan, što ukazuje da se sav NO oksiduje plazma reaktorom u NO2.

Oksidacija NO se odvija kaskadno, nizom hemijskih reakcija:

1. NO + O(3P) + M → NO2 + M

2. O(3P) + O2 + M → O3 + M

3. NO + O3 + M →NO2 + O2 + M

4. NO + HO2 + M →NO2 + OH + M

Posle oksidacije NO u NO2, u prisustvu vlage reakcijom 5, NO2 se prevodi u HNO3

5. NO2 + OH + M →HNO3 + M

a zatim u reakciji 6, HNO3 u prisustvu NH3 prevodi se amonijum-nitrat NH4NO3,

6. HNO3 + NH3 → NH4NO3

Na osnovu slike 4 se takođe može zaključiti da u prisustvu NH3 efikasnost smanjenja koncentracije

NO je veća, a takođe i koncentracija NO2 je manja. Dakle deo NO2 je prema reakcijama 5 i 6 već

izreagovao do NH4NO3 i time se objašnjava smanjenje koncentracije NO2.

Amonijum-nitrat se formira u vidu čestica submikronskih dimenzija koje se zatim prikupljaju i

talože u suvom taložniku tj. u elektrostatičkom filtru. Na slici 5 je prikazana fotografija emisione i

kolektorske elektrode posle otvaranja suvog taložnika, kao i fotografija dela praha nataloženog i

prikupljenog na gornjoj stranici elektrofiltra.

b aSlika 5. a) Emisione i kolektorke elektrode suvog taložnika sa nataloženim prahom amonijum-sulfata i amonijum-nitrata b) Prah nataložen na gornjoj stranici taložnika

Page 9: ISTOVREMENO UKLANJANJE NO I SO2 IZ DIMNOG GASA ... · Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i amonijum-nitrata, koje su submikronskih

Analiza hemijskog sastava prikupljenog praha je obavljena na Hemijskom fakultetu Univerziteta u

Beogradu i pokazuje da je u prahu procentni udeo amonijum nitrata 17-31% (ostatak je amonijum-

sulfat). Na osnovu odnosa koncentracija sulfata i nitrata u suvom ostatku i početnih koncentracija

SO2 i NO u dimnom gasu, zaključujemo da je efikasnost konverzije NO u NH4NO3, odnosno

efikasnost denitrifikacije u indirektnom postupku i preko 90%. Efikasnost odsumporavanja je preko

98%. Slika 6 prikazuje snimak praha prikupljenog na suvom taložniku načinjen elektronskim

mikroskopom . Desno je predstavljena elementalna analiza uzorka praha urađena na istom

elektronskom mikroskopu. Slika pokazuje da su čestice praha submikronskih dimenzija, što znači

da posebnu pažnju pri budućem projektovanju suvog taložnika treba posvetiti njegovoj efikasnost u

prikupljanju upravo čestica čije su dimenzije manje od 1µm. Elementalana analiza, kao što je i

očekivano, pokazuje prisustvo sumpora, azota i kiseonika tj. elemenata sadržanih u amonijum-

sulfatu i amonijum-nitratu.

5 µm

Slika 6. Slika praha nataloženog u elektrofiltru urađena elektronskim mikroskopom i elementalna analiza tog praha (karakterističan X-spektar).

Posebno pažnja je posvećena hemijskoj analizi sadržaja teških metala u uzorku prikupljenog praha.

Takva analiza je urađena na Hemijskom fakultetu i u dve nezavisne akreditovane laboratorije. Sve

analize su pokazale je da je sadržaj teških metala u dobijenom prahu ispod maksimalno dozvoljenih

vrednosti predviđenih zakonom za veštačka đubriva.

4. ZAKLJUČAK

U toku rada na projektu "Laboratorijska ispitivanja u realnim uslovima u cilju smanjenja emisije

štetnih gasova SO2 i NOx nastalih sagorevanjem kolubarskih lignita u TENT-u", koji je ostvaren u

saradnji Fizičkog fakulteta Univerziteta u Beogradu i TENT A u Obrenovcu, zaključeno je da se

više od 98% SO2 i do 90% NOx može ukloniti iz dimnog gasa primenom niskotemperaturne plazme

uz dodatak amonijaka kao aditiva. Do ovog zaključka se došlo posle šestomesečnog rada u

laboratoriji formiranoj na terenu, tj. u blizini dimnog kanala 1 na bloku A1. Laboratorija je osim

Page 10: ISTOVREMENO UKLANJANJE NO I SO2 IZ DIMNOG GASA ... · Kao konačni proizvodi tretmana gasa plazmom nastaju čestice, aerosoli amonijum-sulfata i amonijum-nitrata, koje su submikronskih

plazma reaktora sadržala i mokri i suvi taložnik, čiji je cilj bio da skupe soli amonijum-sufata i

amonijum-nitrata. Uloga suvog taložnika izgrađenog u obliku elektrostatičkog taložnika je da

prikupi formirane amonijum soli, submikronske granulacije, na kolektorskim elektrodama.

Otresanjem tih elektroda se dobija gotov proizvod – veštačko đubrivo. Kako se postavljalo pitanje

postojanja teških metala u ovako dobijenom veštačkom đubrivu, predloženo je korišćenje mokrog

taložnika sa amonijačnom vodom. Dve nezavisne analize su pokazale da je prisustvo teških metala

ispod graničnih vrednosti dozvoljenih za veštačka đubriva. Dobijeni prah je smeša soli amonijum-

sufata i amonijum-nitrata u odnosu 4:1 što odgovara odnosu koncentracija NO i SO2 u dimnom

gasu. Na taj način je dobijeno visoko kvalitetno veštačko đubrivo sa koncentracijom azota od 24%.

Na osnovu trenutnih cena električne energije i amonijaka, kao i cena veštačkog đubriva sličnog

kvaliteta, koja postoje na tržištu, procenjeno je da proces uklanjanja SO2 i NOx iz dimnih gasova

TENT-a, uz proizvodnju veštačkog đubriva, postaje samoisplativ i bez dodatnih štetnih efekata po

životnu sredinu.

ZAHVALNOST

Autori zahvaljuju JP EPS Beograd, D.O.O. TENT Obrenovac za finansijsku podršku ostvarenu kroz

projekat 16474 i Ministarstvu za nauku i tehnološki razvoj Republike Srbije za finansijsku podršku

ostvarenu kroz projekate fundamentalnih istraživanja.

REFERENCE

[1] S. Masuda, Report on novel dry DeNOx/DeSOx technology for cleaning combustion gases from utility thermal power plant boilers, in: B.M. Penetrante, S.E. Schultheis (Eds.), Non-thermal Plasma Techniques for Pollution Control: Part B, Springer-Verlag, Berlin, 1993.

[2] Doi, Y., Nakanishi, I., Konno, Y., Operational experience of acommercial scale plant of electron

beam purification of flue gas, Radiat. Phys. Chem. 57 (3-6) (2000), pp. 495-499. [3] Chmielewski, A.G., Licki, J., Pawelec, A., Tyminski, B., Zimek, Z., Operational experience of

the industrial plant for electron beam flue gas treatment, Radiat. Phys. Chem. 71 (1-2) (2004), pp. 441-444

[4] Chmielewski, A.G., Tyminski, B., Dobrowolski, A., Iller, E., Zimek, Z., Licki, J., Empirical

models for NOx and SO2 removal in a double stage flue gas irradiation process, Radiat. Phys. Chem. 57 (2000.) pp.527-530.

[5] Civitano L., Industrial application of pulsed corona processing to flue gas, in: Non-Thermal

Plasma Techniques for Pollution Control, NATO Advanced Series Institute Series G, 34B, Eds. B.M. Penetrante and S.E. Schulthesis, Springer, Heidelberg, 1993, pp. 103- 130.