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