KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS BENZINO GARŲ REKUPERAVIMO ĮRENGINIAI NAFTOS PERDIRBIMO ĮMONĖJE

Transcription

1 KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS CHEMINĖS TECHNOLOGIJOS FAKULTETAS Giedrius Bumbliauskis BENZINO GARŲ REKUPERAVIMO ĮRENGINIAI NAFTOS PERDIRBIMO ĮMONĖJE Baigiamasis bakalauro projektas Vadovas Lektorius. dr. Edvinas Krugly KAUNAS, 2017

2 KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS CHEMINĖS TECHNOLOGIJOS FAKULTETAS BENZINO GARŲ REKUPERAVIMO ĮRENGINIAI NAFTOS PERDIRBIMO ĮMONĖJE Baigiamasis bakalauro projektas Tvarioji ižinerija ir ekotechnologijos (612H17001) Vadovas (parašas) Lektorius. dr. Edvinas Krugly (data) Recenzentas (parašas) dr. Rūta Sidaravičiūtė (data) Projektą atliko (parašas) Giedrius Bumbliauskis (data) KAUNAS, 2017

3 KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS Cheminės technologijos fakultetas (Fakultetas) Giedrius Bumbliauskis (Studento vardas, pavardė) 612H17001 (Studijų programos pavadinimas, kodas) Baigiamojo projekto pavadinimas AKADEMINIO SĄŽININGUMO DEKLARACIJA m. gegužės 25 d. Kaunas Patvirtinu, kad mano, Giedriaus Bumbliauskio, baigiamasis projektas tema Benzino garų rekuperavimo įrenginiai naftos perdirbimo įmonė yra parašytas visiškai savarankiškai ir visi pateikti duomenys ar tyrimų rezultatai yra teisingi ir gauti sąžiningai. Šiame darbe nei viena dalis nėra plagijuota nuo jokių spausdintinių ar internetinių šaltinių, visos kitų šaltinių tiesioginės ir netiesioginės citatos nurodytos literatūros nuorodose. Įstatymų nenumatytų piniginių sumų už šį darbą niekam nesu mokėjęs. Aš suprantu, kad išaiškėjus nesąžiningumo faktui, man bus taikomos nuobaudos, remiantis Kauno technologijos universitete galiojančia tvarka. Giedrius Bumbliauskis (vardą ir pavardę įrašyti ranka) (parašas)

4 KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS CHEMINĖS TECHNOLOGIJOS FAKULTETAS APLINKOSAUGOS TECHNOLOGIJOS KATEDRA Tvirtinu: Cheminės technologijos fakulteto dekanas prof. E. Valatka Dekano įsakymas Nr. ST18-F m. gegužės mėn. 2 d. Suderinta: Katedros vedėjas prof. L. Kliučininkas 2017 m. mėn. d. BAKALAURO BAIGIAMOJO DARBO UŽDUOTIS Išduota TBE - 3 gr. studentui: Giedriui Bumbliauskiui Vadovas: 1. Baigiamojo darbo tema: Dujinių išlakų valymo įrenginių modernizavimas Modernization of Flue Gas Treatment Facilities 2. Baigiamo darbo užduotis: Įvertinus AB ORLEN Lietuva naftos perdirbimo procese susidarančiose išlakose esančių lakių orgninių junginių koncentracijas parinkti ir suprojektuoti tinkamiausią valymo technologiją, bei detalizuoti garų rekuperatoriuje esantį adsorberį. 2. Duomenys projektui: Bakalauro darbo rengimui reikalingus projektavimo išeities duomenis parinkti remiantis technologinės praktikos metu surinkta informacija ir/arba esama situacija. 3. Baigiamojo darbo turinys: 1) Titulinis lapas, 2) užduotis, 3) darbo santrauka, 4) įžanga (tikslas, uždaviniai, objektas, pagrindiniai išeities duomenys ir parametrai); 5) teorinė darbo dalis; 6) metodologinė darbo dalis; 7) projektinė darbo dalis; 8) ekonominė dalis; 9) projekto įvertinimas darnaus vystymosi požiūriu; 10) pagrindinės išvados, rodikliai, pasiūlymai; 11) informacijos šaltiniai; 12) priedai. 4. Grafinė medžiaga: Technologinė schema; pasirinkto įrenginio detalus brėžinys, pjūviai (iš viso ne mažiau kaip 2 brėžiniai) 5. Reikalavimai darbo įforminimui Rengiant darbą, vadovautis mokomąja knyga: Baršauskienė V., Mačerinskienė I. (2011). Studijų darbų parengimo tvarka. Kaunas: Technologija. Vadovas dr. Edvinas Krugly (vardas, pavardė) (parašas, data) Užduotį gavau Giedrius Biumbliauskis (studento vardas, pavardė) (parašas, data) PASTABOS: 1. Ši užduotis pridedama prie ginamo baigiamojo darbo.

5 2. Be užduoties, bakalaurantas iš vadovo gauna kalendorinį darbo grafiką visam darbo rengimo laikui (su nurodytais atskirų etapų išpildymo terminais). Kauno technologijos universiteto Aplinkosaugos technologijos katedros bakalauro baigiamojo darbo užduoties priedas BAKALAURO BAIGIAMOJO DARBO UŽDUOTIES VYKDYMO KALENDORINIS DARBO GRAFIKAS Etapo Nr. Įgyvendinimo terminas Darbų apimtis Parengtos baigiamojo darbo dalys: įžanga (suformuluoti tikslai ir uždaviniai); teorinė darbo dalis Parengtos baigiamojo darbo dalys: metodologinė darbo dalis; projektinė darbo dalis (50%); technologinė schema Parengtos baigiamojo darbo dalys: projektinė darbo dalis (100%); įrenginio brėžinys Likusių dalių parengimas. Pabaigto darbo pristatymas vadovui Darbo pristatymas katedroje. Kitos pastabos. 1. Darbo rengimo eigoje, bakalauras atsiskaito vadovui studijų tvarkaraštyje numatytu grafiku. 2. Be motyvuotos priežasties nesilaikant įgyvendinimo terminų, bakalauro darbas nebus svarstomas katedroje ir vertinamas neigiamai. 3. Darbo vadovas informuoja katedros vedėją apie grafiko vykdymą. Jei, studento manymu, darbo grafiko nesilaikymas vyksta dėl vadovo kaltės, turi nedelsiant kreiptis į katedros vedėją. Vadovas dr. Edvinas Krugly (vardas, pavardė) (parašas, data) Su darbo grafiku susipažinau Giedrius Biumbliauskis (studento vardas, pavardė) (parašas, data) Tvirtinu: Katedros vedėjas prof. L. Kliučininkas 2017 m. mėn. d.

6 Bumbliauskis, Giedrius. Benzino garų rekuperavimo įrenginiai naftos perdirbimo įmonėje. Bakalauro baigiamasis projektas / vadovas lektorius dr. Edvinas Krugly; Kauno technologijos universitetas, Cheminės technologijos fakultetas. Mokslo kryptis ir sritis: Bendroji inžinerija, Technologiniai mokslai. Reikšminiai žodžiai: Lakieji organiniai junginiai, benzinas, ižinerija, garai. Kaunas, p. SANTRAUKA Bumbliauskis, Giedrius: PETROL VAPOR RECOVERY UNIT AT OIL REFINERY. Bachelor's thesis in chemical engineering / supervisor assoc. prof. Edvinas Krugly. The Faculty of chemical technology, Kaunas University of Technology. Research area and field: Sustainable engineering and eco. Key words: Volatile organic compounds, petrol, engineering, vapour. Kaunas, p. SUMMARY In the Bachelor final thesis there is the formation of petrol vapor during petrol filling into railway tanks, and the cleaning of them analyzed. Petrol is a volatile liquid which consists of more than 200 organic compounds. Both petrol and petrol vapor are extremely harmful to human health. It can cause dizziness, respiratory irritation. In addition to the above mentioned reason, petrol vapor is cleaned because of the influence to nature, also to reduce the loss of material. The main and most widely used cleaner of petrol vapor is the vapor recovery unit. The equipment consists of a two-unit system: an adsorber and absorber. One of the main tasks in the work was to count the parameters of the adsorber, the equipment that decontaminates consisting petrol vapor, the volatile organic compound. The first part of the final thesis (Literature review) analyses atmospheric composition, main pollutants, and legal provisions. Gaseous effluent cleaners are described, equipment examples and their calculation methodology are provided. The second part (Methodology) describes the vapor recovery unit s operating principle, the characteristics of the materials used. According to the formulas provided, the main parameters of the projected adsorber are counted. The third part (Project) provides the comments on formula projecting, tables for the parameters of the adsorber that was analyzed. The fourth part (Economy) provides the projected adsorber s operating costs, also the fees for environmental pollution.

7 The Sustainable Development part summarizes the environmental impact both on the vapor recovery unit and the projected adsorber, also the main value calculations of the adsorber that has been projected. SANTRAUKA Bakalauro baigiamajame darbe nagrinėjamas benzino garų (lakiųjų organinių junginių) susidarymas benzino pildymo į geležinkelio cisternas metu ir jų valymas. Benzinas yra labai lakus skystis, kurio sudėtyje esama virš 200 organinių junginių. Tiek benzinas, tiek benzino garai yra ypač toksiški žmogaus sveikatai. Benzino garai gali sukelti galvos svaigimą, sudirginti kvėpavimo takus. Be jau minėtos priežasties, benzino garai valomi dėl daromos įtakos klimato kaitai, taip pat siekiant sumažinti medžiagų nuostolius. Pagrindinis ir plačiausiai naudojamas benzino garų valymo įrenginys garų rekuperatorius (vapor recovery unit). Įrenginys sudarytas iš dviejų įrenginių sistemos: adsorberio ir absorberio. Viena iš pagrindinių darbo užduočių buvo apskaičiuoti benzino garus sudarančių lakiųjų organinių junginių nukenksminimo įrenginio adsorbero parametrus. Pirmoje baigiamojo darbo dalyje (literatūros apžvalga) nagrinėjama atmosferos sudėtis, pagrindiniai oro teršalai, teisinis jų reglamentavimas. Aprašomi dujinių išlakų valymo įrenginiai, pateikiami įrenginių pavyzdžiai bei jų skaičiavimo metodika. Antrojoje dalyje (metodinė dalis) aprašomas garų rekuperatoriaus veikimo principas, aprašomos naudojamų medžiagų charakteristikos. Pateikiamos formulės, pagal kurias apskaičiuojami pagrindiniai projektuojamo adsorberio parametrai. Trečiojoje dalyje (projektinė dalis) pateikiamos formulės projektavimo komentarai, lentelės su apskaičiuotais nagrinėjamo adsorberio parametrais. Ketvirtojoje dalyje (ekonominė dalis) apskaičiuojami projektuojamo adsorberio eksploatavimo kaštai, susidarantys mokesčiai už aplinkos teršimą. Darnaus vystymosi (sustainable development) ir išvadų dalyje apibendriname tiek garų rekuperatoriaus, tiek projektuojamo adsorberio daromą poveikį aplinkai, suprojektuoto adsorberio apskaičiuotas pagrindines reikšmes.

8 TURINYS LENTELĖS...9 PAVEIKSLĖLIAI...10 TERMINŲ PAAIŠKINIMŲ SĄRAŠAS...11 ĮVADAS...12 LITERATŪROS APŽVALGA Oro tarša Vertikalus atmosferos skirstymas Pagrindiniai atmosferos teršalai Anglies monoksidas (CO) Anglies dioksidas (CO2) Azoto oksidai (NOx) Sieros dioksidas (SO2) Kietosios dalelės (KD) Metanas (CH4) Sunkieji metalai Oro taršos teisinis reglamentavimas Tarptautiniai įsipareigojimai Oro teršalų technologijos jų charakteristikos, privalumai ir trūkumai Šlapiasis valymas Sausasis valymas Absorbcija ir absorberiai Adsorberiai ir adsorbc ija...29 METODINĖ DALIS Benzino garų rekuperavimo įrenginys...35 PROJEKTINĖ DALIS...41 EKONOMINĖ DALIS Išlaidos medžiagoms...48

9 2. Išlaidos elektros energijai Išlaidos darbuotojų atlyginimams Mokestis už aplinkos teršimą Sąnaudos, reikalingos vienam vienetui užtešto oro išvalyti...50 DARNAUS VYSTYMOSI DALIS...51 IŠVADOS...53 PRIEDAI...54 LITERATŪROS SĄRAŠAS...56

10 LENTELĖS 1 lentelė. Emisijos iš natūralių ir antropogeninių šaltinių. [3] lentelė. Įvairių medžiagų degimo šiluma. [1] lentelė. Vertikalus atmosferos skirstymas. [4] lentelė. Per metus susidarančio sieros dioksido kiekiai. [1] lentelė. Plovimo bokštų parametrai. [13] lentelė. Venturi skruberių projektavimo duomenys [13] lentelė. Susidarantis šilumos kiekis vykstant fizinei bei cheminei adsorbcijai. [14] lentelė. Kai kurių adsorbentų privalumai ir trūkumai. [7] lentelė. Adsorbentų parametrai. [15] lentelė. Pagrindinių 17 benzino komponentų kiekiai % ir koncentraciją. [21] lentelė. Naudojamos granuliuotos aktyvuotos anglies parametrai. [9] lentelė. Benzino komponentų slėgis lentelė. Benzino komponentų tankis lentelė. Projektavimo duomenys lentelė. Benzino garų adsorbcinė geba ir parcialinis slėgis. [15] lentelė. Taršos integruotos prevencijos kontrolės leidimas ir susidaranti metinė tarša naftos perdirbimo įmonėje lentelė. Mokesčiai už taršą

11 PAVEIKSLĖLIAI 1 pav. Anglies dioksido kaita atmosferoje. [5] pav. Dalelės susidūrimas su vandens lašeliu. [9] pav. Dalelės perėjimas į vandens lašelį. [9] pav. Dalelės difuzija į vandens lašelį. [9] pav. Acto rūgšties kvapo absorbcija vandenyje iki kol pasiekiamas ekvilibriumas. [7] pav. Valymo įrenginių parinkimas pagal susidarančių teršalų dalelių dydžius. [10] pav. Plovimo bokšto skruberis. [13] pav. Venturi skruberis. [13] pav. Heksano izoterma esant aktyvuotos anglies adsorbentui. [7] pav. Periodinio veikimo adsorberis. [15] pav. Vertikalus adsorberis. [10] pav. Adsorberis su horizontalia įkrovą. [15] pav. Benzino Freundlicho izotermė

12 TERMINŲ PAAIŠKINIMŲ SĄRAŠAS Lakūs organiniai junginiai (volatile organic compounds anglų k.) organiniai junginiai, kurie sudaryti iš anglies, deguonies, halogenų, vandenilio ir panašių atomų, ir turinčių normaliomis atmosferos sąlygomis mažesnę nei 250 C virimo temperatūrą; Garų rekuperatorius (vapour recovery unit anglų k.) benzino garų sulaikymo įrenginys, kuriame kondensuojami adsorbuoti benzino garai ir paduodami atgal į rezervuarų sistemą. Difuzija (duffusion anglų k.) vienos medžiagos atomų, molekulių skverbimasis ar sklidimas kitos medžiagos paviršiumi. Adsorbcija (adsorption anglų k.) dujų arba skysčių sugėrimas kieto ar skysto kūno paviršiumi. Absorbcija (absorption anglų k.) dujų arba skysčio sugėrimas skysto kūno tūriu. Garai (vapour anglų k.) dujos, esančios žemesnėje nei garuojančios medžiagos kritinėje temperatūroje. Parcialinis slėgis (anglų k. partial pressure) dujų mišinį sudarančių komponentų slėgis. Desorbcija (anglų k. desorption) adsorbcijos ir absorbcijos metu sugertų medžiagų pašalinimas. Benzinas (petrol, gasoline anglų k.) naftoje esančių angliavandenių mišinys, su priedais, arba be jų, skirtas naudoti kaip degalai vidaus degimo varikliuose.; 11

13 ĮVADAS Naftos perdirbimo įmonėse galima išskirti 3 pagrindines teršalų grupes: sieros dioksidą, anglies dioksidą bei lakiuosius organinius junginius. Gausiausiai susidaro lakiųjų organinių junginių, kurių šaltinis šviesieji naftos produktai, ypač benzinas. Pagrindiniai lakieji organiniai junginiai yra benzenas, toluenas, etilbenzenas, ksilenas. Benzenas yras laikomas toksiškiausiu iš šio sąrašo junginių dėl savo kancerogeninio poveikio žmogaus sveikatai. Ore toluenas išbūna trumpiau dėl savo reakcijos su hidroksilo radikalu. [17] Benzinas ir dyzelinas angliavandenilių mišiniai yra vidutiniškai toksiški žmogui, patekę į organizmą bet kokiu keliu. Dažniausiai poveikis žmogui vyksta inchaliaciniu keliu, kur kas mažiau šie mišinai kenkia kontakto su oda atveju. Būdingas kombinuotas pakenkimas (traumos, nudegimai, kombinuoti apsinuodijimai). Benzino nuodingumas žmogui: 0,5 1,6 % koncentracijai ore po 15 minučių galimas mirtinas apsinuodijimas. Esant mažensniai benzino koncentracijai ore, galimas apsinuodijimas iki sąmonės praradimo bei psichiniai sutrikimai. [17] Darbo tikslas: suprojektuoti naftos perdirbino įmonėje susidarančių benzino garų rekuperavimo technologiją. Darbo uždaviniai: 1. Išanalizuoti lakių benzino garų emisijų charakteristikas; 2. Suprojektuoti benzino garų rekuperavimo technologiją; 3. Suskaičiuoti suprojektuotos technologijos savikainą; 4. Įvertinti suprojektuotą technologiją darnaus vystymosi požiūriu. 12

14 LITERATŪROS APŽVALGA 1. Oro tarša Teršalai medžiagos arba medžiagų mišinys, kuris dėl žmonių veiklos patenka į aplinkos orą ir veikdamas atskirai, ar su atmosferos komponentais, gali pakenkti žmonių sveikatai, ir aplinkai, arba turtui. Oro taršos šaltiniai gali būti antropogeniniai (žmogaus daroma veikla, pvz : pramonės gamyklų išmetamos išlakos, automobiliai) arba natūralūs (Žemėje vykstantys procesai). Prie pastariųjų priskiriami ugnikalnių išsiveržimai. Ugnikalnių išsiveržimo metu į atmosferą yra išmetami dideli kiekiai nuodingų dujų turinčių pelenų, vandenilio sulfido (H2S), sieros dioksido (SO2). [19] Kitas svarbus natūralus atmosferos teršėjas žaibas. Žaibavimo metu iš deguonies O2 molekulės susidaro pažeminis ozonas O3, kuris yra nuodingas žmogaus sveikatai (stratosferoje susidarantis ozonas saugo Žemės paviršių nuo pavojingų UV spindulių). Žaibai taip pat netiesiogiai prisideda prie miškuose kylančių gaisrų. Pagal The forest service of the united states department of agriculture, kiekvienais metais JAV žaibai sukelia apie 10 tūkst. gaisrų. [2] Ozonas natūraliai susidaro apatinėje ir viršutinėje atmosferos dalyse. Pažemio ozonas yra laikomas vienu iš fotocheminio smogo teršalų. Jis pasireiškia, kaip rausva migla, sudaryta iš smulkių vandens lašelių, kuriuose yra ištirpę oro teršalai. Ozonas susidaro po didelių gaisrų, kai dalis anglies turinčių medžiagų nesudega iki anglies dioksido, išsiskiria metanas, azoto oksidai ir kiti angliavandeniliai. Šie teršalai saulės šviesos paveikti išskiria ozoną. 1 lentelė. Emisijos iš natūralių ir antropogeninių šaltinių. [3] Aplinkos teršalas Emisija į atmosferą (% nuo bendrosios emisijos) Natūrali Antropogeninė Kietosios dalelės (KD) Sieros oksidai (SOx) Anglies monoksidas (CO) 91 9 Azoto oksidas (NO2) - Beveik visi Angliavandeniliai (CxHy) Dėl XX a. antroje pusėje suaktyvėjusio iškastinio kuro naudojimo žmonija susidūrė su nauja problema padidėjusia aplinkos oro tarša, kuri pasireikšdavo mieste susidarančiu fotocheminiu smogu, nemaloniais kvapais, stratosferinio ozono nykimu, klimato šiltėjimu. Yra išskiriamos kelios pagrindinės problemos susijusios su žmogaus sukeliama aplinkos oro tarša: 13

15 1) Klimato kaita ir visuotinis atšilimas; 2) Natūralių būveinių ir laukinės gamtos nykimas; 3) Poveikis žmogaus sveikatai; 2 lentelė. Įvairių medžiagų degimo šiluma. [1] Šaltinis Kuro degimo šiluma, MJ/kg Gamtinės dujos 51 Nafta 37 Antracitas 30 Bituminė anglis 30 Pusiau bituminė anglis (rudoji) 20 Lignitas Gyvūno mėšlas (sausas) 17 Mediena (sausa) Vertikalus atmosferos skirstymas Viršutinės atmosferos ribos nustatyti nėra įmanoma, tačiau teoriškai ši riba yra laikomas 1000 km aukštis. Šiame aukštyje atmosfera pereina į kosminę erdvę. Atmosfera saugo žemę, kuri vertikaliai yra skirstoma į 5 sferas ir į 4 pereinamuosius sluoksnius. 3 lentelė. Vertikalus atmosferos skirstymas. [4] Sfera Apatinės ir viršutinės ribos aukštis Pereinamasis sluoksnis Troposfera Nuo Žemės paviršiaus iki 8-17 km Tropopauzė Stratosfera Nuo 8-17 iki km Stratopauzė Mezosfera Nuo km iki 80 km Mezopauzė Termosfera Nuo 80 iki 600 km Termopauzė Egzosfera Aukščiau kaip 600 km Troposfera - atmosferos sluoksnis, kuris prasideda nuo Žemės paviršiaus ir tęsiasi iki 8 17 km, tai vieta kur susiformuoja ir vyksta orai. Joje yra susikaupę maždaug 75 % visos atmosferos masės ir 99 % visų vandens garų bei aerozolių masės. Viršuje troposferos yra tropopauzė, kuri yra tarp 14

16 troposferos ir stratosferos. Šis pereinamsis sluoksnis yra inversinis sluoksnis. Inversiniame sluoksnyje oro temperatūra kyla arba bent jau nemažėja didėjant aukščiui t.y. oras išlieka stabilus. [4] Troposferoje oro cheminė sudėtis yra vienoda, skiriasi tik vandens garų koncentracija. Temperatūra mažėja su aukščiu ir sočiųjų garų slėgis priklausomai mažėja, kas daro įtaką vandens garų kiekiui, kuris gali būti atmosferoje. Todėl vandens garų kiekis dažniausiai yra didžiausias netoli paviršiaus ir mažėja su aukščiu. Slėgis troposferoje yra didžiausias ties Žemės paviršiumi. [4] Stratosferos apatinės dalies aukštis svyruoja priklausomai nuo metų laiko ir platumos. Slėgis stratosferoje atitinka 1/1000 ties Žemės paviršiumi esančio slėgio. Stratosferos sluoksnyje yra gausu ozono, kuris susidaro, kai saulės UV spindulių veikiama deguonies molekulė skyla į atomus, kurie veliau susiduria su kitomis deguonies molekulėmis ir suformuoja ozono molekulę. Susidariusi ozono molekulė toliau absorbuoja saulės UV spindulius ir skyla į deguonį ir deguonies atomą. [4] Nekatilitinis ozono ciklas atmosferoje: UV ( 241 nm) O2 O + O2; O + O2 O3; UV ( < 320 nm) O3 O + O2; O3 + O 2O2. Stratosferoje kitaip nei troposferoje kylant aukštyn temperatūra pradeda kilti, tai atsitinka dėl to, kad susidaręs ozonas absorbuoja UV spindulius, kurie skilus ozonui yra išspinduliuojami infraraudonųjų spindulių spektru, kas ir sušildo šį sluoksnį. Stratosferoje yra labai sausa ir mažai vandens garų, todėl beveik nėra randama debesų, kurių gausiai randama troposferoje. Dėl vertikalios konvekcijos trūkumo, stratosferoje medžiagos patekusios į stratosferą gali užsibūti ten ilgą laiką. Vienos iš tokių medžiagų yra ozona ardantys chlorfluorangliavandeniliai (CFC). [4] Mezosferos sluoksnio temperatūra kinta kitaip nei stratosferos, čia vėl temperatūra krenta kylant į viršų. Tai vyksta dėl šiame sluoksnyje esančio mažo ozono ir kitų saulės spinduliuotę absorbuojančių molekulių kiekio. Temperatūra mezosferoje nukrenta net iki -90 C. Vyraujančios dujos: azotas, deguonis, argonas. Atmosferos slėgis viršutinėje mezosferos riboje 7 Pa. [5] Egzosferos sluoksnis prasideda 80 km aukštyje ir tęsiasi iki 600 km aukščio. Čia kaip ir stratosferoje temperatūra didėja kylant. Temperatūra gali pakilti net iki 1500 C, tai atsitinka dėl intensyvios atominio deguonies jonizacijos veikiant ultravioletinėms spinduliams. Slėgis sluoksnyje yra mažas. Molekulės yra išretėjusios, beveik nesusiduria, ir gali išlėkti iš Žemės gravitacijos lauko. Šiame sluoksnyje temperatūra beveik neturi reikšmės, kadangi čia labai išretėjęs oras. Pagrindinės dujos jonizuotas deguonis, azotas, vandenilis. Termosferoje taip pat skrieja ir Tarptautinė Kosmoso Stotis. [4] 15

17 3. Pagrindiniai atmosferos teršalai Aplinkos oro tarša tai didelė problema, su kuria susiduria visos pasaulio šalys. Pagrindinis aplinkos oro taršos mažinimo tiklas gerinti žmonių kvepuojamo oro kokybę bei mažinti antropogeninį poveikį Žemės atmosferai. Oro teršalai yra skirstomi į dvi grupes: pirminius ir į antrinius. Pirminei teršalų grupei priklauso teršalai, kurie patenka į atmosferą tiesiogiai iš taršos šaltinių: azoto oksidai, sieros oksidai, kietosios dalelės, lakieji organiniai junginiai, anglies dioksidas ir monoksidas bei chloro ir fluoro karbonatiniai junginiai. Prie antrinių taršos šaltinių yra priskiriamas fotocheminins smogas (pažemio ozonas), šis susidaro pirminiams teršalams reaguojant su kitais pirminiais teršalais arba su gamtinėmis medžiagomis. Kai kuriuos teršalus galima laikyti ir kaip pirminius, ir kaip antrinius, prie jų yra priskiriamos sieros ir azoto rūgštys, kurios susidaro iš ore esančių sieros ir azoto oksidų, ir išskrenta rūgščiųjų lietų pavidalu. [12] 3.1 Anglies monoksidas (CO) Vienas iš pagrindinių šių dujų šaltinis benzinu varomos motorinės transporto priemonės. Tai itin stiprus nuodas. Anglies monoksido poveikis labai klastingas jis nedirgina gleivinių, nes neturi kvapo. Todėl, netgi esant didelėms šio teršalo koncentracijoms ore, žmogus visiškai to nejaučia. Šis teršalas dažniausia apsinuodijimų priežastis. [5] Anglies monoksidas patekęs į plaučių alveoles jungiasi su kraujyje esančiu hemoglobinu sudarydami karbohemoglobiną. Karbohomoglobinas susidaro 210 kartų greičiau negu deguonis jungiasi su hemoglobinu taip priversdamas organizmą badauti nuo žmonėms būtino deguonies. Taip pat karbohemoglobinas 3600 kartų lėčiau nei oksihemogolobinas disocijuoja taip priversdamas organizmą ilgą laiką turėti nenormalią kraujyje esančių dujų sudėtį. [5] 3.2 Anglies dioksidas (CO2) Anglies dioksidas yra laikomos pagrindinėmis klimato kaitą sukelenčiomis dujomis. Šių dujų išmetama daugiausiai ir šį kieki lengviausia sumažinti. Anglies dioksido šaltinius galima skirstyti kaip ir kitus trešalus į natūralius ir į antropogeninės kilmės. Prie natūralių šaltinių priskiriami kvėpavimas, vandenynų garavimas, organinių medžiagų irimas, ugnikalnių išsiveržimai, miškų gaisrai. O prie antropogeninių galime priskirti iškastinio kuro deginimą t.y. nafta, naftos dujos, akmens anglys taip pat ir miškų kirtimą. [5] 16

18 CO2 koncentracija (ppmv) Anglies dioksidas gerai tirpsta vandenyje, taip padarydamas vandenį geru anglies dioksido atmosferoje reguliatoriumi. Tačiau didėjant anglies dioksido kiekiui atmosferoje pradeda rūgštėti vandenynai dėl per didelio jame ištirpusio anglies dioksido kiekio. Tirpdamas vandenyje anglies dioksidas sudaro silpnąją karbonatinę rūgštį HCO3 -, kuri mažina vandens ph, taip keldama pavojų vandenynų ekosistemoms. [5] Metai 1 pav. Anglies dioksido kaita atmosferoje. [5] 3.3 Azoto oksidai (NOx) Azoto oksidai, apžvelgiant jų fizikinę daromo poveikio pusę, gali suformuoti dulksną ir tokiu būdu sumažinti autotransporto vairuotojų matomumą. [1] Azoto oksidai taip pat gali reaguoti su vandeniu, suformuodami korodines azoto rūgštis. Be to, azoto oksidai, kaip ir daugelis kitų teršalų, saulės šviesoje gali dalyvauti cheminėse reakcijose, kuriose susiformuojantys teršalai yra labai nepatvarūs ir smarkiai dirgina akis, kvėpavimo takus bei plaučius, o taip pat kenkia augalijai. [16] 3.4 Sieros dioksidas (SO2) Susidaro daugiausiai deginant sieringą iškastinį kurą, naftos perdirbimo metu, sieros rūgšties gamybos metu. Sieringiausiu kuru yra laikomos gamtinės dujos, tačiau cheminių reakcijų metu gamtinės dujos sėkmingai yra išvalomos nuo sieros ir yra laikomos vienu iš švariausių iškastiniu kuru. Sieros dioksidas, taip pat, kaip ir azoto oksidai, sąveikaudamas su ore esančiais vandens garais, sudaro rūgštis ir rūgščias druskas. Taip formuojasi rūgštūs lietūs. Atmosferoje sieros dioksidas nesunkiai oksiduojasi iki sieros trioksido (SO3) ir susimaišęs su ore esančia drėgme, suformuoja rūgštį, kuri kenkia pastatams, augalams, taip pat ir žmonių sveikatai. [16] 17

19 4 lentelė. Per metus susidarančio sieros dioksido kiekiai. [1] Šaltinis Pasaulinės emisijos, Mt S Natūralūs Dimetilsulfidas 16 Dirva ir augmenija 2 Vulkanai 8 Iš viso iš natūralių šaltinių 26 Antropogeniniai Biomasės deginimas 3 Iškastinio kuro deginimas 70 Iš viso iš antropogeninių šaltinių 73 Iš viso Kietosios dalelės (KD) Kietosios dalelės pagal skresmenį skirstomos į KD10 ir į KD2.5. KD10 sudaro dalelės, kurių skersmuo nedidesnis nei 10 m, o KD2.5 dalelės, kurių skresmuo mažesnis nei 2,5 m. Kietųjų dalelių šaltinis autotransporto sukeliama tarša, statybos, gatvių tiesimo ar remonto darbai, patalpų kūrenimas kietuoju kuru. [16] Dalelės aktyviai dalyvauja debesų formavimosi procesuose ir gali juos paspartinti. Dalelės, kurių dydis svyruoja nuo 0,1 iki 1 μm skersmens, smarkiai sklaido šviesą ir tokiu būdu labai sumažina matomumą. Tai itin apsunkina tiek antžeminio, tiek ir oro transporto darbą. [16] Į žmogaus kūną dalelės patenka per kvėpavimo sistemą. Dalelių skersmuo iš esmės apsprendžia jų įsiskverbimo į kūną laipsnį. Dalelės, kurių skersmuo 5 μm ir daugiau, nusėda dar nosyje ar gerklėje. Dalelės, kurių skersmuo svyruoja nuo 0,5 μm iki 5 μm, prasiskverbia giliau ir gali pasiekti netgi plaučių alveoles, tačiau tokio skersmens dalelės yra pašalinamos iš organizmo įvairių blakstienėlių pagalba. Smulkesnės nei 0,5 μm dalelės ne tik pasiekia alveoles, bet ir nusėda ten. Ilgainiui jos prasiskverbia pro alveolių sieneles ir patenka į kraują [16] Per didelės dalelių koncentracijos gali suintensyvinti arba tapti astmos, bronchito ir kitų chroniško charakterio plaučių ligų priežastimi. Dalelės gali netgi tapti vėžio ar širdies smūgio (infarkto) priežastimi. Be to, dalelės neigiamai veikia ir fauną bei pastatus, nes skatina korozijos procesus. [16] 18

20 3.6 Metanas (CH4) Metanas tai dar vienos šiltnamio efektą sukelenčios dujos. Šios dujos yra 51 kartą stipresnės šiltnamio efektą skatinančios dujos, nei anglies dioksidas, jos taip pat gali išbūti atmosferoje iki 15 metų, tai daro jas ilgalaikio poveikio atmosferai dalimi. Natūraliai metanas susidaro anaerobinių bakterijų procesų metu trūkstant deguonies pelkėse. Antropogeniniai šaltiniai naftos ir gamtinių dujų deginimas, akmens anglis, naftos perdirbimas. Atmosferoje metano molekulės dalyvauja itin svarbioje reakcijoje su vandenilio hidroksido radikalu: OH + CH4 CH3 + H2O. Šioje reakcijoje susidarę vandens garai yra pagrindinis stratosferoje susidarančių vandens garų šaltinis. Tačiau didėjant metano kiekui prasideda jo neigiamas poveikis atmosferai. Metano molekulės absorbuoja šilumą, taip neleisdamos Žemės paviršiaus spinduliuojamai šilumai ištrūkti iš Žemės atmosferos, dėl ko šyla atmosfera ir jaučiama klimato kaita. [16] 3.7 Sunkieji metalai Tai periodinės elementų lentelės elementai, kurių tankis didesnis nei 4 g/cm 3. Tai gyvsidabris, švinas, kadmis, chromas, varis, nikelis, cinkas, kobaltas, arsenas, molibdenas ir kt. Sunkiųjų metalų šaltiniai yra spaustuvės, mazutu kurenamos katilinės, šiluminės elektrinės, anglimis kurenamos krosnys, elektrotechninių prekių gamybos įmonės, metalurgijos gamyklos. Visiems gyviesiems organizmams yra reikalingi sunkieji metalai, bet tik labai mažais kiekiais. Esant sunkiųjų metalų pertekliui organizme jie gali sukelti kancerogeninį, mutageninį ir neurotoksininį poveikį. [16] 4. Oro taršos teisinis reglamentavimas. Vienas iš būdų mažinti oro aplinkos taršą yra teisinis jos reglamentavimas. Lietuvos Respublikoje aplinkos oro tarša yra reglamentuojama Europos Sąjungos direktyvomis, Lietuvos Respublikos teisės aktais bei tarptautiniais įsipareigojimais. I. Įsakymai, regalmentuojantys lakiųjų organinių junginių išmetimą į aplinkos orą: 1) Lietuvos Respublikos aplinkos ministro 2002 m. gruodžio 5 d. įsakymas Nr. 620 Dėl lakiųjų organinių junginių, susidarančių naudojant tirpiklius tam tikrų veiklos rūšių įrenginiuose, emisijos ribojimo tvarkos patvirtinimo ; 2) Lietuvos Respublikos aplinkos ministro ir Lietuvos Respublikos ūkio ministro 2005 m. liepos 25 d. įsakymas Nr. D1-379/4-273 Dėl lakiųjų organinių junginių kiekių, susidarančių 19

21 naudojant organinius tirpiklius tam tikrų dažų, lakų ir transporto priemonių pakartotinės apdailos produktų sudėtyje, ribojimo taisyklių patvirtinimo ; 3) Lietuvos Respublikos aplinkos ministro, Lietuvos Respublikos socialinės apsaugos ir darbo ministrės ir Lietuvos Respublikos susisiekimo ministro 2000 m. gruodžio 11 d. įsakymas Nr. 520/104/360 Dėl aplinkos apsaugos normatyvinio dokumento Lakiųjų organinių junginių sklidimo į aplinkos orą ribojimo reikalavimai benzino laikymo, perpylimo, transportavimo įrenginiams ir jų priežiūrai patvirtinimo. Teršėjas moka - tai yra labiau taisyklė nei ekonomikos ar politikos kryptis. Plačiąja prasme teršėjas moka reiškia, kad teršėjas yra finansiškai atsakingas už bet kurią žalą, kurią gali sukelti jo veikla, nesvarbu, ji atitinka įstatymo numatytas ribas ar ne. Apyvartiniai taršos leidimai tai vienas iš populiariausių ir labiausiai šiuo metu taikomų ekonomikos ir politikos svertų mažinti įmonių daromai aplinkos taršai. Apyvartiniai taršos leidimai yra Europos Sąjungos politika, kuria siekiama sumažinti klimato kaitą ir šiltnamio efektą skatinančių dujų kiekį atmosferoje. Šio metodo esmė yra tai, kad Europos Sąjungos valstybės duoda imonėms, darančioms taršą, šiuos leidimus, kurių vienas yra prilyginamas vienai tonai CO2 ekvivalento ir kiekvienais metais mažina jų išdavimą, taip skatindama įmones diegti pažengesnes ir švaresnes gamybos technologijas, iškastinio kuro naudojimo keitimą atsinaujinančiais energijos šaltiniais. Kitas būdas ekonomiškai pažaboti įmonių daromą aplinkos taršą yra nustatyti mokesčiai už aplinkos teršimą. Šio metodo esmė yra taikyti tam tikrą mokestį už vieną toną susidarančių teršalų, taip skatinti mažinti aplinkos teršimą. Mokesčiai už aplinkos teršimą yra taikomi ir Lietuvoje, pagal 1999 m. gegužės 13 d. Nr. VIII-1183 Lietuvos Respublikos Mokesčio už aplinkos teršimą įstaymą. Administracinės aplinkosauginės priemonės. Šio metodo esmė yra, kad visoms įmonėms mažinti emisijas vienodai, pvz.: sumažinti 20 % visų pramonės įmonių sukeliamą oro taršą. Nors šis būdas leidžia pasiekti ttokį patį taršos mažinimo lygį, tam prireiks gerokai daugiau išlaidų. To priežastis įmonės patiria skirtingus taršos mažinimo kaštus. Taikant mokesčius už aplinkos teršimą, teršimo mastus mažina tos įmonės, kurios tai gali padaryti žemiausiais kaštais. Todėl viena didžiausių administracinių mokesčių problemų yra ta, kad didesnėms įmonėms, kurioms yra sunku idiegti švaresnę gamybą kentės daugiau, nei mažesnės įmonės. 5. Tarptautiniai įsipareigojimai Aplinkos oro tarša nėra apribotas vienos valstybės problema. Tai yra viso pasaulio problema, kadangi visi kvėpuojame ir gyvename tame pačiame pasaulyje, todėl pradėti kurti tarptautiniai įsipareigojimai. Šių įsipareigojimų esmė mažinti klimato kaitą ir šiltnamio efektą sukelenčių dujų 20

22 emisijas į aplinkos orą. Yra išskiriama keletas pagrindinių tarptautinių įsipareigojimų nukreiptų prieš šiltanmio efektą sukelenčias dujas: 1) Ženevos 1979 m. Tolimųjų tarpvalstybinių oro teršalų pernašų konvencija. Ši konvencija parengta Jungtinių Tautų Europos ekonomikos komisijos. Tai buvo pirmas daugiašaliu mastu atmosferos taršos problemas sprendžiatis dokumentas; 2) 1992 m. Kioto protokolas; 3) 2015 m. Paryžiaus susitarimas; 4) 1985 m. Vienos konvencija dėl ozono sluoksnio apsaugos; 5) 1987 m. Monrealio protokolas dėl ozono sluoksnį ardančių medžiagų. 6. Oro teršalų technologijos jų charakteristikos, privalumai ir trūkumai. Vienas iš pagrindinių būdų mažinti oro taršą yra valymo įrenginių diegimas. Visų oro valymų įrenginių esmė yra paprasta teršalų dalelių seperacija (atskyrimas) ir nusodinimas. Oro valymo įrenginiais stengiamasi atskirti ir nusodinti iš oro srauto pavojingas dujas, aerozolius ar kietasias daleles, kurios gali būti pavojingos žmogaus sveikatai bei aplinkai. [7] Į žmogaus organizmą oro teršalai patenka per natūraliai mumyse esančią seperacijos sistemą kvėpavimo takus. Viršutiniuose kvėpavimo takuose atskiriamos didesnės nei 100 m skersmens dalelės. Į viršutinius kvėpavimo takus patekęs oras yra sušildomas ir sudrėkinamas taip atskiriant pavojingas didžiąsias kietąsias daleles nuo patekimo į apatinius kvėpavimo takus, veliau čiaudint ir kosint yra pašalinamos iš viršutinių kvėpavimo takų. Aerozoliai, kurių skresmuo mažiau nei 8 m, gali kauptis apatiniuose kvėpavimo takuose bronchuose ir bronchiolėse, taip apsunkindami kvėpavimą ir sukeldami kvėpavimo sutrikimus. Aerozoliai, kurių skersmuo mažiau nei 1 3 m, yra laikomi pačiais pavojingiausiais, kadangi patenka į alveoles, kurios yra atsakingos už kvėpavimą (alveolėse vyksta deguonies ir anglies monoksido mainai). Pateke į alveoles 1 3 m aerozoliai užkemša alveoles, taip neleisdami vykti deguonies įsisavinimui į kraują, dėl ko kyla įvairūs sveikatos sutrikimai, pradedant nuo dusuliu, baigiant vėžiniais susirgimais. [8] Dalelėms sulaikyti yra naudojami šlapieji, inerciniai, filtravimo ir elektrostatiniai valymo įrenginiai. Valymo įrenginių parinkimas priklauso nuo valomų dujų sudėties bei sudarančių dalelių dydžio bei tipo. Daleles, kurių skersmuo didesnis nei 20 m, gali būti valomos mažai energijos reikalaujančiais šlapiojo tipo įrenginiais: šlapiaisiais skruberiais, verdančio sluoksnio skuberiais, purkštukiniais skruberiais ir venturi skruberiais. Venturi skruberiai taip pat taikomi 5-20 m ir >5 m dalelėms valyti. Delelėms, kurių skersmuo 5-20 ir <5 m, reikalingi didesnės energijos valymo 21

23 įrenginiai. Prie šių įrenginių priskiriami venturi skruberiai, rankoviniai filtrai bei elektrostatiniai filtrai. [7] 6.1 Šlapiasis valymas Šlapiuosiuose valymo įrenginiuose, kaip ir kituose valymo įrenginiuose, svarbiausią vaidmenį vaidiną valomų dalelių skersmuo. Dalelės, kurių skersmuo siekia tarp 2-5 m, yra linkusios elgtis kaip dujos t.y. juda su nuokrypiais, bet ta pačia trajaktorija. Visiškai priešingai yra su dalelėmis, mažesnėmis nei 2 m. Šio dydžio dalelės yra veikiamos kitų dujų molekulių, temperatūros, slėgio ir kitų jėgų, ir nejuda ta pačia trajaktorija pvz.: dalelės gali judėti viena kryptimi kurį laiką ir staiga apsisukti ir judėti atgal. Beveik visi šlapieji dujų valymo būdai susideda iš trijų svarbių etapų. [7] 1) Susidūrimas; 2) Perėmimas; 3) Difuzija. Šlapiųjų įrenginių veikimo esmė sudrėkinti dujų srautą purškiant į jį skystį. Pirmuoju atvėju valomų dujų dalelė yra pakankamai didelė ir laikosi savo trajektorios ir susiduria su lašeliu Vandens lašelis 2 pav. Dalelės susidūrimas su vandens lašeliu. [9] paviršiaus. Antruoju atvėju dalelė yra mažesnė, tačiau vos priartėjus prie lašelio yra paveikiama lašelio Vandens lašelis 3 pav. Dalelės perėjimas į vandens lašelį. [9] 22

24 Trečiuoju atvėju, dalelė patenka į mažesnių nei 2 m kategoriją, kurios neturi aiškios trajektorijos, dėl to dalelė yra tarp nešančio oro srauto ir lašelio. Šiuo atvėju dalelė po kurio laiko difunduoja ir yra absorbuojama vandens lašelio. Šių dalelių absorbavimas priklauso nuo vandens lašelių kiekio tūrio vienete, kadangi kuo daugiau lašelių, tuo didesnė tikimybę absorbuoti sunkiai pagaunamas mažas daleles. [7] Vandens lašelis 4 pav. Dalelės difuzija į vandens lašelį. [9] Rūgšties garų absorbcija acto butelyje Garų likutis ore Garų kiekis vandenyje Laikas po švaraus vandens įleidimo 5 pav. Acto rūgšties kvapo absorbcija vandenyje iki kol pasiekiamas ekvilibriumas. [7] 6.2 Sausasis valymas Sausasis dujų valymas nuo šlapiojo skiriasi tuo, kad šlapiuoju būdu oro srautas yra valomas purškiant į jį skystį, o sausajame, oro srautas yra valomas naudojant įvairias fizikines jėgas ir filtrus, praleidžiančius tik tam tikro dydžio daleles. Prie šių įrenginių priskiriami ciklonai, audininiai filtrai (rankoviniai filtrai), kišeniniai filtrai, įkrautiniai filtrai. Ciklonais galima valyti net 5 m tesiekiančias daleles. Ciklonų valomų dalelių dydis priklauso nuo ciklono skersmens. Kuo mažėsnis ciklono skersmuo tuo mažesnes oro teršalų daleles galima pašalinti iš bendro patenkančio oro srauto. [7] 23

25 6 pav. Valymo įrenginių parinkimas pagal susidarančių teršalų dalelių dydžius. [10] Norint pašalinti daleles, kurių dydis mažesnis nei 5 m, yra naudojami audininiai filtrai (rankoviniai filtrai). Šiuos valymo įrenginius sudaro cilindrai, kurie yra pagaminti iš audinio. Valomų dujų srautas į šiuos cilindrus (rankoves) patenka iš apačio ir kylą į viršų, taip pat juda iš cilindrų išorės į vidų. Kad rankovės neužsikištų ir nepablogėtų valymo efektyvumas naudojami nupurtymo ir viršlėginis filtro audinio prapūtimas. [7] Pagrindiniai lakiųjų organinių junginių sulaikymo būdai: 1) Absorbcinis; 2) Adsorbcinis; Adsorbcija ir absorbcija yra du procesai, kuriais remiantis valomos išlakos nuo lakiųjų organinių junginių bei kvapiųjų medžiagų. 24

26 6.3 Absorbcija ir absorberiai Absorbcija tai cheminis fizikinis procesas, kuriuo metu valomos dujinės išlakos yra sugeriamos arba ištirpinamos tirpiklio. Medžiagos, kurios absorbuoja išlakas, vadinamos absorbentais, o sugeriamosios - absorbtyvu. Absorbentai dažiausiai vadinami plovikliais. Parenkant ploviklius atsižvelgiama į keletą jų kriterijų: 1) Kaina; 2) Sunaudojamo ploviklio kiekis; 3) Klampa; 4) Sočiųjų garų slėgis. Šis slėgis turi būti kuo mažesnis, kad neišgaruotų plovikliai su kartu absorbuotais teršalais; 5) Cheminis reaktingumas, ar tirpsta ploviklyje valomi teršalai ar ne. Rūgštinės HCl, HF, SiF4 dujos nukenksminamos vandeniu arba šarminiu vandeniu. Mažiau tirpios rūgštinės dujos kaip SO2, Cl2 ir H2S geriau tirpsta šarmuose, nei vandenyje, todėl ploviklis dažniausia sudaromas iš vandens su jame ištirpusiais Na2CO3, NaHCO3, NaOH, su ne didesnės nei 5 10 % jų koncentraciją, taip sudarant netirpias druskas: Ca(OH)2 + SO2 CaSO 3 (k) + H 2O; Ca(OH)2 + 2HCl CaCl 2 (k) + 2H 2O. Kalkės yra pigesnis ploviklis nei kiti dėl savo gausos, tačiau reaguojant kalkiniam vandeniui su valomomis išlakomis gali susidaryti netirpūs dariniai, kurie gali užkimšti sistemą. [11] Absorbcija yra skirstoma į fizinę ir į chemosorbcinę. Fizinėje absorbcijoje yra naudojami plovimo bokšto tipo ir venturi skruberiai (absorberiai). Fizikinės absorbcijos metu ploviklis yra parenkamas toks, kad nereaguotu su valomomis išlakomis, o tik būtų sulaikomas. Dažniausiai naudojams ploviklis vanduo. Chemosorbcijos metu naudojami tie patys skruberiai, kaip ir fizinėje absorbcijoje, skiriasi tik tai, kad chemosorbcijos metu ploviklis reaguoja su valomomis išlakomis negrįžtamai. Chemosorbcijos metu ploviklio parinkimas priklauso nuo valomų išlakų tipo: 1) Nukenksminant organines rūgštis ir neorganinius junginius naudojami šarminiai plovikliai; 2) Valant dujines išlakas, kuriuose yra aminų, merkaptanų, siero junginių, aldehidu ir fenolių naudojama hipochlorito absorbentas; 3) Piridinui ir kitiems organiniams junginiams galima naudoti ir praskietos sieros rūgšties ploviklį. Absorberiai dar kitap žinomi kaip skruberiai. Pagal valomų dalelių dydį ir brangumą skruberiai užima tarpinę padėtį tarp ciklonų ir labai efektyvių elektrostatinių ir rankovinių filtrų. Skruberių modifikacijų esama labai daug, bet visų įrenginių veikimo principas yra panašus, skiriasi tik kontaktas 25

27 tarp skysčio ir nevalyto dujų srauto. Skruberiai plačiąja prasme yra įrenginiai, kuriuose yra naudojamas ploviklis (dažniausiai vanduo) valyti dujoms. Pagrindiniai skruberių tipai yra išskiriami: venturi, plovimo bokštai, sūkuriniai, rotoriniai. Visiems skruberiams yra labai svarbus kuo didesnis ploviklio ir valomų dalelių kontaktas. Kuo didesnis kontaktas, tuo didesnė tikimybė, kad ploviklis ir dalelės susikoaguliuos į didesnius lašelius ir nukris į lašelių surinkimo talpą. Iš šios talpos poviklis kartus su jame istirpusiomis dujų dalelėmis turi būti pašalinami. Skruberiai, kurie yra naudojami atmosferos dujiniems teršalams nukenksminti dar kitaip vadinami absorberiais. [12] Pagrindiniai parametrai išskiriami: 1) Valomų dalelių skersmuo ir tankis; 2) Ploviklio lašų kiekis ir skersmuo; 3) Dalelių ir lašelių susidūrimo santykinis greitis. Pagrindiniai privalumai: 1) Vienas iš didžiausių šių įrenginių privalumų yra tai, kad skruberiais galima valyti tuo pačiu ir kietosiomis dalelėmis ir dujiniais teršalais užterštą orą, tačiau negalima užtikrinti gerų sąlygų tiek dujinių teršalų, tiek kietujų dalelių sulaikymui, pvz.: dujiniai teršalai gerai tirpsta ploviklyje arba kietosios dalelės lengvai sugaudamos ploviklio lašelių. [12] 2) Užima mažai vietos. Skruberiuose esantis skystis sumažina atitekančio oro srauto temperatūrą, todėl reikalingi mažesni ventiliatoriai ir ortakiai, kurie didina įrengnio užimamą vietą bei kapitalines sąnaudas; 3) Nėra antrinių dulkių šaltinių. Vos tik dalelės yra surenkamos bunkeryje su plovikliu, jos nebegali ištrūkti, kadangi dalelės yra ištirpusios arba nusėdusios ploviklyje; 4) Gaisro ar sprogimo pavojus yra minimalus. Įvairios sausos dujos yra degios, tačiau skruberiuose jos yra sudrėkinamos. Skruberių trūkumai: 1) Tai yra brangūs įrenginiai, šiuose įrenginiuose reikia šalinti susikaupusias nuotekas; 2) Korozijos poveikis. Vandenyje ištirpę dujiniai teršalai gali suformuoti vandenyje rūgštis, kurios gali pažeisti įrenginio sandarumą; 3) Reikalaujantys daug energijos. Aukštas dalelių surinkimo efektyvumas yra pasiekiamas tik esant dideliam slėgio kritimui įrenginyje dėl to padidėja įrenginio eksplotavimo kaštai. [7] 4) Neefektyvūs valant aukštos temperatūros dujas. Plovikliais gali būti ne tik vanduo, bet ir kitos medžiagos, pvz.: kalkių ir kalkakmenio suspensijos. Šios suspensijos yra naudojamos kaip ploviklis, valyti nuo sieros junginių dujines išlakas iš šiluminių elektrinių (desulfuravimas). Visas valymo efektyvumas priklauso nuo vieno lašo efektyvumo t.y. difuzinio faktoriaus. 26

28 Plovimo boškto tipo skruberiai yra mažai energijos reikalajantys įrenginiai, galintys būti su įkrova ir be jos. Šie įrenginiai yra naudojami išmetamų dujų desulfuravimui šiluminėse elektrinėse. Plovimo bokštais galima atskirti oro teršalus, kurių skersmuo didesnis nei 5 m, bei išlakas, kurių debitas >17000 m 3 /h. Į vertikalų plovimo bokštą valomos dujos patenka per įrenginio apačioje esančia angą ir juda iš apačios į viršų. Viršutinėje dalyje yra įrengti vandens purkštukai, kuriais į kylančias dujas išpurškiamis ploviklio (dažniausiai vandens) lašeliai. Lašeliai, kartu su prie jų prikibusiomis teršalų dalelėmis, nukrenta į apačioje esantį nuotekų surinkimo bunkerį. Kad vyktų efektyvus dujinių teršalų kontaktavimas su lašelio paviršiumi, valomų dujų greitis turi būti mažesnis už lašelių nusėdimo greitį. Praktiškai valomų dujų linjinis greitis patekantis į skruberį būna tarp 0,6 1,5 m/s. Mažas valomų dujų greitis sąlygoja, kad šie įrenginiai gaminami net 9 m skersmesns. [7] 5 lentelė. Plovimo bokštų parametrai. [13] Parametrai Vertės Slėgio kritimas 0,25 0,5 kpa Ploviklio sunaudojimas 1,3 2,7 l/m 3 Absorbento įtekėjimas Adsorbento paskirstymo vamzdukai Miglos seperatorius Purkštukai Valomos dujos Dujų paskirstymo plokštelė Absorbento išleidimas 7 pav. Plovimo bokšto skruberis. [13] Venturi skruberiai yra plačiai naudojamas skruberių tipas, dėl savo paprastumo ir efektyvaus 0,5 5 m dalelių surinkimo. Šiuose skruberiuose absorbentas tiekiamas statmenai valomų dujų srautui. Absorbentas išpurškiamas dideliu greičiu ir mažais lašeliais, kas sąlygoja geresnį ploviklio ir sulaikomų dalelių kontaktą. Absorbuotos dalelės nukrenta į koaguliuotų dalelių ir skysčio nusodintuvą. 27

29 Privalumai: 1) Mažai investicijų reikalaujantys įrenginiai; 2) Patikimi ir paprastos sandaros; 3) Efektyvūs; Trūkumai: 1) Daug energijos reikalaujantys įrenginiai; 6 lentelė. Venturi skruberių projektavimo duomenys [13] Parametras Vertė Slėgio kritimas 1 20 kpa Valomų dujų greitis skerspjūvio susiaurėjime m/s Ploviklio sunaudojimas 0,4 1 l/m 3 Recirkuliacija galima Valomų dujų debitas m 3 /h Išvalytos dujos Išvalytos dujos Cikloninis seperatorius Valomos dujos Ploviklio išpurškiklis Ploviklio nusodintuvas 8 pav. Venturi skruberis. [13] Adsorbcija ir absorbcija tai yra du procesai, kuriais remiantis valomos išlakos nuo lakiųjų organinių junginių bei kvapiųjų medžiagų. 28

30 6.4 Adsorberiai ir adsorbc ija Adsorbcija tai fizikinis-cheminis procesas, kuriuo metu kieto kūno paviršiumi yra sugeriami skysti arba dujiniai teršalai. Adsorbentu vadinamas aktyvusis paviršiaus plotas ant kurio adsorbuojasi teršalai, o adsorbtyvu adsorbuojamos dujos ar ištirpusios medžiagos. Adosorbcijos principų veikiantys įrenginiai vadinami adsorberiais. Adsorberiai sudaryti iš: adsorbento įkrovos, kuri gali būti arba statinė, arba mobili ir iš dujų, kurios teką per adsorbento porėtą įkrovą. Adsorberiai labiausiai naudojami naftos produktų talpyklose, naftos produktų perpylimo metu susidarančių lakiųjų organinių junginių valymui. Adsorbcija vyksta dėl dviejų jėgų: tarpmolekulinės jėgos, kitaip dar žinomos kaip van der waalso ir dėl cheminės jėgos, kuri yra atsakinga už elektronų apsikeitimą tarp kietųjų medžiagų ir dujų. Jeigu vyraujančios jėgos adsorbcijos procese yra tarpmolekulinės (van der waalso) tuomet adsorbcija vadinsime fizikine, o kai vyraujančios jėgos cheminės chemosorbcija, kur homeopolinės ir heteropolinės jėgos sukelia teršalų sąveika su aktyvųjį paviršių turinčią medžiagą. 7 lentelė. Susidarantis šilumos kiekis vykstant fizinei bei cheminei adsorbcijai. [14] Sistema Fizinė adsorbcija, kj/kg Chemosorbcija, kj/kg Azoto adsorbavimas ant geležies katalizatoriaus esant kambario Deguonies adsorbcija ant esant 150 C temperatūrai, esant 400 medžio anglies C Vandenilio adsorbavimas ant cinko oksido 8000 esant 0 C esant C Pagrindiniai skirtumai tarp fizikinės adsorbcijos ir cheminės adsorbcijos: Fizikinė adsorbcija gali vykti esant tinkamam slėgiui ir temperatūrai bet kurioje dujos-kieta medžiaga sistemoje, o chemosorbcija tik su dujomis kurios gali reaguoti su adsorbento paviršiumi; Fizikinės adsorbcijos metu gali susidaryti daugiamolekuliniai sluoksniai, o chemosorbcijos metu tik vienamolekuliniai sluoksniai; Tiek chemosorbcija, tiek fizikinė adsorbcija vyksta iš karto susilietus dujų molekulėms su adsorbento paviršiumi, tačiau chemosorbcijos atvėju reikalinga aktyvacijos energiją, o fizikinė adsorbcija vyksta ne taip greitai kaip chemosorbcija, kadangi vyksta dujų difuzija į gilesnius adsorbento sluoksnius. [14] 29

31 Projektuojant adsorberius yra išskiriami pagrindiniai skaičiuotini parametrai: Adsorbento granulių skersmuo ir porėtumas; Adsorbento įkrovos aukštis; Įtekančių valomų dujų greitis. Šio parametro reikšmės dažniausiai mažos, tarp 0,3 1 m/s, siekiant sumažinti slėgio kritimą adsorberyje. Valomų dujų ir adsorbento temperatūra; Valomų dujų slėgis; Adsorbato koncentracija; Adsorbato ir adsorbento drėgmė; Reikalingas išvalymo laipsnis; Adsorbento paviršiaus plotas; Adsorbcijos geba; Adsorbcijos greitis. Adsorbcijoje vienas iš svarbiausių parametrų yra dviejų fazių lietimosi plotas bei tame paviršiuje esančių aktyviųjų centrų skaičius. Didelis paviršiaus plotas yra pasiekiamas sukuriant dujas adsorbuojančioje medžiagoje mikrokapiliarų tinklą. Komerciniuose adsorbentuose, tokiuose kaip anglis, silikagelis, molžemis paviršiaus plotas didinamas tuo pačiu būdu. Adsorbcija yra akimirksninis procesas, vos tik įvykus dviejų fazių sąlyčiui, tačiau esama ir atvėjų, kai adsorbcija truko net iki poros dienų, kol buvo pasiekta pusiausvyra tarp adsorbcijos ir desorbcijos. 8 lentelė. Kai kurių adsorbentų privalumai ir trūkumai. [7] Adsorbentas Adsorbuojamos medžiagos Aktyvintas aliuminio Aktyvinta anglis oksidas Silikagelis Kvapai Taip Ne Ne Nafta Taip Taip Taip Angliavandeniliai Taip Taip Ne Fluorangliavandeniliai Taip Ne Taip Chlorinti angliavandeniliai Taip Ne Taip Organinės rūgštys Ne Ne Ne Dregmė Taip Taip Taip Tirpikliai Taip Ne Ne 30

32 Adsorbcijos geba, % Sąveika, tarp dujinės teršalų fazės ir kietos adsorbento fazės, gali vykti dviem būdais. Vienu atvėjų vyksta nuolatinė adsorbcija kol yra pasikiemas ekvilibriumas (pusiausvyra tarp adsorbuojamų ir desorbuojamų teršalų). Kitu atvėju, adsorbuojama dinamiškai t.y. sorbcija vyksta ne iki kol pasiekiama adsorbcijos pusiausvyra (adsorbcinė geba). Praktiškai labiausiai naudojamas dinaminis būdas. Adsorbcijos pusiausvyra (adsorbcinė geba) pasiekiama tuo metu, kai adsorbento paviršių pasiekiančių molekulių skaičius tampa lygus adsorbento paviršių paliekančių molekulių skaičiui. Kitaip tariant, tai riba, iki kurios gali vykti efektyvi oro teršalų adsorbcija. Detaliai adsorbcijos procesą realiomis sąlygomis nusako izotermės. Adsorbcijos izotermės padeda nuspėti laiką, reikalingą adsorbuoti tam tikras dujas. Taip pat apibūdina adsorbtyvo ir adsorbato koncentracijų tarpusavio priklausomybę nusistovėjusios pusiausvyros ir pastovių temperatūrų rėžime. Parcialinis slėgis, PSIA 9 pav. Heksano izoterma esant aktyvuotos anglies adsorbentui. [7] Izotermėje yra pateikta heksano adsorbcija esant skirtingoms adsorbcijos temperatūroms. Adsorbcija yra išreiškiama ordinačių ašyje svorio procentais, o abscisių ašyje parcialiniu adsorbato slėgiu dujose, kuris matuojamas PSI. Didėjant temperatūrai adsorbcija mažėja. Iš heksano izotermės galima apskaičiuoti koki kiekį heksano gali adsorbuoti 100 lbs (45 kg) aktyvintos anglies, pvz.: esant heksano temperatūrai 100 F (37,7 C) ir daliniam slėgiui esant 1 PSI (6,89 kpa) iš heksano izotermos parenkama, kad apie 35 % heksano adsorbuosis ant adsorbento. Tai bendra adsorbuota heksano masė 100 lbs (45 kg) aktyvintos anglies bus 100 lbs 0,35 = 35 lbs (15,75 kg). 31

33 Pagrindiniai adsorbentai: 1) Aliumosilikatai; 2) Ceolitai; 3) Aktyvinta anglis; 4) Medžio anglis; 5) Silikagelis. Aliumosilikatai, ceolitai, medžio anglis bei silikageliai geriau adsorbuoja iš polinių molekulių sudarytas medžiagas pvz.: vandens garus, nei organinius teršalus. Organinius teršalus t.y. nepolines molekules geriau adsorbuoja aktyvinta anglis. 9 lentelė. Adsorbentų parametrai. [15] Adsorbentas Vidinis Paviršiaus Porų tūris, Tankis, Vidutinis porų poringumas, % plotas, m 2 /g cm 3 g/cm 3 skersmuo, nm Aktyvuota anglis ,8 1,2 0,35 0, Aliumosilikatas ,29 0,37 0,90 1, Ceolitas ,27 0,38 0, Silikagelis ,40 0, Mikroporos - tai angos adsorbente, kurių spindulys <200 nm. Poros, kurios spindulys didesnis nei 2000 nm, vadinamos makroporomis, o poros tarp nm - tarpinėmis. Daugumos dujinių oro teršalų molekulių dydis yra tarp nm. Efektyviausiai oro teršalų molekulės adsorbuoja poros, kurių spindulys didesnis ne daugiau kaip 2 kartus didesnis už oro teršalų molekules, kadangi didesnėse porose veikia mažesnės adsorbcinės jėgos. Adsorbcija skirstoma į regeneruojamą arba į neregeneruojamą. Neregeneruojamos adsorbcijos sistemose adsorbento įkrovos nėra desorbuojamos. Pasiekusios prisotinimo momentą jos yra pakeičiamos naujomis. Per adsorbento įkrova valomų dujų srautas praeina 6 18 m/min greičiu. Adsorbento įkrova dažniausiai būna 1,25 10 cm pločio, kadangi adsorberiuose siekiama, kad būtu kuo mažesnis slėgio kritimas. Neregeneruojamos sistemos dažniausiai naudojamos valant mažo debito orą iš biurų, laboratorijų. Šių plonasluoksnių įkrovų adsorberiai gali būti plokščios, cilindrinės formos bei klostyti. Cilindrinės formos neregeneruojami adsorberiai yra maži įrenginiai, skirti apie 0,12 m 3 /s valomų dujų debitams. Klostyti įkrovos adsorberiai yra didesni už cilindrinius, dažniausiai 0,6 m 2 pločio su 0,2 0,6 m aukščio aktyvintos anglies įkrova, skirti 4,7 m 3 /s valomų dujų debitams. [45] Regeneruojamos adsorbcijos sistemose, pasiekus išlakų adsorbcijos ir desorbcijos pusiausvyrą, adsorbento įkrova nėra keičiama nauja, kaip neregeneruojamoje sistemoje, bet vykdoma pilna išlakų 32

34 ant adsorberio desorbcija. Tai dažniausiai apima sistemą sudarytą iš dviejų adsorberių, kai vienas adsorbuoja išlakas, kitas yra regeneruojamas. Regeneruojami adsorberiai skirstomi į: stacionarios įkrovos adsorberius, adsorberius su judančia įkrova bei į periodinio veikimo adsorberius. Adsorberių rūšys: 1) Stacionarios įkrovos adsorberiuose patenkantis užterštas oras yra adsorbuojams ant įkrovos, tačiau bėgant laikui įkrova prisisotina ir teršalų koncentracija išvalytame ore pradeda augti iki tol kol prilygsta teršalų koncentracijai prieš dujų valymą. Šis momentas vadinamas prisotinimo momentu. Pasiekus prisotinimo momentą adsorberiui reikalinga įkrovos regeneracija. Tuomet valomų dujų srautas nukreipiamas į kitą adsorberį, o per panaudotą adsorbento įkrovą pradedami leisti karšti garai arba dujos. Valomos dujos Kondensatorius Išvalytas oras Desorbcijos garas 10 pav. Periodinio veikimo adsorberis. [15] 2) Periodinio veikimo adsorberiais valomos dujinės išlakos, kurių koncentracija siekia 3 g/m 3. Periodinio veikimo adsorberiai yra sudaryti iš mažiausiai dviejų adsorberių sistemos. Kai vienas adsorberis adsorbuoja išlakas, kitame tuo metu vyksta desorbcija ir jis yra regeneruojamas. Desorbcija vyksta leidžiant pro įkrovą karšus garus, vyksta endoterminė reakcija. Desorbcijos pabaigoje garai ir desorbuoti teršalai patenka į antrinius valymo įrenginius (absorberius). Jeigu garai ir valomos dujos netirpsta vandenyje, jos yra kondensuojamos ir dekantuojamos, o jei maišosi vandenyje - gali būti reikalinga distiliacija. Atlikus desorbcija, papildomai atliekamas ir įkrovos atšaldymas ir išdžiovinimas, dėl galimai likusių desorbcijos garų. Šių adsorberių storis dažniausiai būna tarp 0,3 1,8 m; valomų dujų greitis 6 30 m/min, maksimalus leistinas greitis 27 m/min; slėgis nukrenta dažniausiai tarp Pa, priklausomai nuo valomų dujų greičio ir įkrovos aukščio. Išskiriama keletas periodinių adsorberių rūšių: vertikalūs, horizontalūs, žiediniai. 3) Vertikalusis adsorberis. Šiame adsorberyje tiek adsorbento įkrova, tiek ir valomos išlakos užima vertikalią poziciją. Išlakos teka vertikaliai žemyn iš viršaus į apačia, paskui, per įkrovą kyla į viršų. Išvalytos dujos išteka pro viršuje esančią angą. 33

35 11 pav. Vertikalus adsorberis. [10] 4) Horizontalieji adsorberiai yra naudojami dideliems valomų išlakų debitams, didesniems nei 4,7 m 3 /s. Horizontalios įkrovos adsorberiuose patenkantis užterštas oras yra adsorbuojamas ant įkrovos, tačiau bėgant laikui įkrova prisisotina ir teršalų koncentracija išvalytame ore pradeda augti iki tol, kol prilygsta teršalų koncentracijai prieš dujų valymą. Šis momentas vadinamas prisotinimo momentu. Pasiekus prisotinimo momentą adsorberiui reikalinga įkrovos regeneracija. Tuomet valomų dujų srautas nukreipiamas į kitą adsorberį, o per panaudotą adsorbento įkrovą pradedami leisti karšti garai arba dujos. Valomos dujos Desorbuoti teršalai Įkrova Desorbcijos garas Išvalytas oras 12 pav. Adsorberis su horizontalia įkrovą. [15] 34