Impactul poluarii industriale asupra mediului inconjurator

Impactul poluarii industriale asupra mediului inconjurator

Prin poluare se intelege orice modificare a calitatii mediului ce rezulta din activitatea umana si care il face mai putin apt pentru asigurarea conditiilor necesare vietii. In anexa la legea protectiei mediului (nr. 137/1995) se regasesc urmatoarele definitii:

Poluat - orice substanta solida, lichida, sub forma gazoasa sau de vapori sau forma de energie( radiatie electromagnetica, ionizanta, termica, fonica sau vibratii) care, introdusa in mediu, modifica echilibrul constituentilor acestuia si al organismelor vii si aduce daune bunurilor materiale;

Mediu - ansamblul de conditii si elemente naturale ale Terrei: aerul, apa, solul si subsolul, toate straturile atmosferice, toate meteriile organice si anorganice, precum si fiintele vii, sistemele naturale in interactiune cuprinzand elementele enumerate anterior, inclusiv valorile materiale si spirituale.

Cea mai simpla clasificare defineste doua categorii de poluare:

Poluare naturala - care se datoreaza surselor de poluare naturala;

Poluare artificiala - care se datoreaza activitatii umane.

1. Poluarea aerului

Compozitia normala a aerului este urmatoarea: N₂ - 78-79%, O₂­­­­ - 20-21%,   CO₂ - 0,03 - 0.04%, Ar - 0.92%, He, Ne, CH₄, Kr, Xe, O₃, H_2, Rn - 0.01%.

Un om consuma circa 250 Kg de oxigen pe an, iar la un act respirator, in conditii normale, un om consuma aproximativ 500 mL de aer.

Aerul atmosferic este unul din factorii de mediu greu de controlat deoarece poluantii, odata ajunsi in atmosfera, se disipeaza rapid si nu mai pot fi practic captati pentru a fi epurati - tratati.

Prin poluarea aerului se intelege prezenta in atmosfera a unor substante straine de compozitie normala a aerului, care in functie de concentratie si/sau timpul de actiune provoaca tulburari ale sanatatii omului, creaza disconfort populatiei dintr-un teritoriu, afecteaza flora si fauna sau altereaza mediul de viata al omului.

Surse de poluare a aerului

Din punct de vedere al naturii lor, sursele de poluare pot fi naturale si artificiale.

Surse de poluare naturale pot fi:

Solul, care sub influenta diferentelor de temperatura, a ploilor, a curentilor de aer, sufera fenomene de eroziune cu eliberare de particule foarte fine; in anumite zone geologice, din sol se elimina direct in aerul atmosferic diferite gaze si vapori naturali;

Plantele si animalele care elimina in mediu polen, par, pene, fulgi, etc.;

Eruptiile vulcanice elibereaza in atmosfera gaze, vapori, particule solide;

Distrugerea meteoritilor in straturile superioare ale atmosferei produce praful cosmic, poluant natural.

Sursele de poluare artificiale se clasifica, la randul lor in surse stationare si mobile.

Sursele de poluare stationare cuprind:

Procesele de combustie casnice si industriale. In functie de combustibilul folosit si de cantitatea de oxigen utilizata la ardere, poluantii produsi de aceste surse pot fi:

pulberi ( fum ) - C, Si, oxizi de Fe, Zn, Cd, U, Ni, Se;

gaze - NO_x, SO₂, CO, H₂S, HF, CO₂;

Procesele industriale ( industria chimica, industria siderurgica, industria metalurgica - mai ales a metalelor neferoase - industria materialelor de constructii, industria energetica ). Poluantii rezultanti din aceste procese sunt atat de natura organica cat si anorganica, in toate cele trei stari de agregare ( hidrocarburi, oxizi de Fe, Mn, Cr, Ni, Zn, Pb, Cu, Cd, Si, F­₂ ).

Sursele de poluare mobile sunt mijloacele de transport rutiere, feroviare, maritime sau aeriene. Toate acestea elibereaza in aer poluanti gazosi ( CO, NO_x, hidrocarburi ) sau pulberi ( C si Pb ).

Dupa dimensiunea particulelor, poluantii atmosferici se impart in suspensii ( praf), aerosoli ( fumuri, ceturi ) si gaze, iar dupa natura lor pot fi organici sau anorganici. Analiza poluantilor din aer porneste de la stabilirea emisiilor poluante provenite din diverse surse. Cunoasterea surselor permite o apreciere calitativa si cantitativa a naturii noxelor si a cantitatii emise.

2. Efectele aerului poluat asupra sanatatii populatiei

Efectele asupra sanatatii dupa expunerea la poluantii iritanti sunt diferite functie de perioada de expunere si de natura poluantului. Astfel pot aparea efecte acute sau acutizari ale bolilor cronice, dupa expunere de scurta durata la nivelele de poluare iritativ moderata. Poluantii toxici sistemici de tipul metalelor grele, isi exercita actiunea asupra diferitelor organe si sisteme ale organismului uman, efectul fiind specific substantei in cauza. Poluantii cancerigeni organici si anorganici prezinta un mecanism de actiune insuficient descifrat. Exista insa suficiente elemente de certitudine pentru unii dintre ei pentru a-i considera substante cu pericol mare pentru sanatate, substante fara prag (care in orice cantitate constituie pericol cancerigen).

In cazul poluarii aerului, aparatul respirator este primul dar nu singurul care este afectat. Este de mentionat faptul ca morbiditatea prin afectiuni ale aparatului respirator la copii ridica in prezent o serie de aspecte epidemiologice particulare cu consecinte importante asupra capacitatilor biologice.

Influenta directa a plouarii aerului asupra sanatatii populatiei consta in modificarile ce apar in organismul persoanelor expuse, ca urmare a contacului lor cu diferiti poluanti atmosferici. De cele mai multe ori, actiunea directa a poluarii aerului este rzultanta interactiunii mai multor poluanti prezenti concomitent in atmosfera si numai arareori actiunea unui singur poluant (actiune complexa si nespecifica).

Cei mai reprezentativi poluanti din atmosfera sunt:

1.       poluanti cu actiune iritanta:

pulberi (sedimentabile su in suspensie) ce actioneaza la nivelul cailor respiratorii care, desi reprezinta mecanisme de protectie fata de efectele nocive ale poluantilor (mucus, epitelii ciliate, etc), pot fi afectate de inflamatii, rinite, faringite, larignite, brosnite sau alveolite. Daca actiunea poluantului este de lunga durata pot aparea afectiuni cronice ca broho - pneumopatie cronica nespecifica.

Oxizii sulfului, ce apar in aer prin arderea combustibililor fosili sau din diferite procese industriale, au un grad mare de solubilitate, produc iritatii ale cailor respiratorii ce se traduc prin salivatie, expectoratie, spame si dificultati in respiratie, care permanentizate duc la aparitia bronsitei cronice.

Oxizii azotului, rezulta la fel ca cei ai sulfului, produc la nivelul cailor respiratorii blocarea miscarilor cililor epiteliilor brohice si traheale. La nivelul sangvin, se combina cu hemoglobina rezultand methemoglobina care impiedica transportul gazelor respiratorii catre tesuturi.

Substante oxidante (ozonide) generate prin actiunea radiatiilor ultraviolete asupra unor produsi de ardere ai hidrocarburilor au efect iritant pentru caile respiratorii, ceea ce faciliteaza suprainfectiile cu germeni oportunisti.

2.      poluanti cu actiune asfixianta:

oxidul de carbon, rezultat din arderi incomplete se combina cu hemoglobina dand carboxihemoglobina si genereaza fenomene de lipse de oxigen cu consecinte dintre cele mai grave asupra respiratiei diferitelor tesuturi si celule, ce se manifesta prin dureri de cap, ameteli, somnolente, greata, aritmii, etc.

3.      poluanti cu actiune toxica sistemica:

plumbul, eliminat in atmosfera sub forma de vapori care se condenseaza relativ repede, poate patrunde in organismul uman atat pe cale respiratorie cat si pe cale digestiva (ficatul are o mare putere de detoxifiere a organismului). Actiunea nociva a plumbului se execita la nivelul sangelui determinand aparitia de anemii si la nivelul sistemului nervos, provocand ramanerea in urma a dezvoltarii intelectuale la copii.

4.    poluanti cu actiune fibrozanta:

pulberile, mai ales cele cu densitate mare, persista in plaman, determinand o scadere a elasticitatii pulmonare ca si o reactie la corp strain cu formare de tesut nou in jur, ce sta la baza aparitiei fibrozei.

5.    poluanti cu actiune cancerigena:

hidrocarburile policiclice aromatice sunt poluanti organici ce rezulta din arderea incompleta a combustibililor solizi si lichizi. Se concentreaza in organism in conditiile unei expuneri prelungite.

Arsenul, cromul, beriliul, cobaltul, seleniul, azbestul sunt poluanti anorganici, prezenti mai ales in mediile industriale.

6.    poluanti cu actiune alergizanta:

pulberile minerale sau organice ca si gazele (oxizi de azot, sulf, carbon ) sau substantele volatile din insecticide, astm sau manifestari oculare sau cutanate ( exeme, urticarii, etc ).

7.    poluanti cu actiune infectanta:

sunt reprezentati de diversi germeni patogeni din atmosfera. Desi majoritatea germenilor ce cauzeaza boli infectioase cu poarta de intrare respiratorie, ca difteria, scarlatina, tusea convulsiva, rujeola, rubeola, varicela, variola, gripa, guturaiul, etc, au o rezistenta scazuta in aer datorita unor factori ca uscaciunea, temperatura scazuta, radiatiile ultraviolete, contaminarea produsa prin aer este responsabila pentru un nr mare de boli.

3 Conditii de calitate pentru aer

Pentru limitarea emisiilor de poluanti cu efect de acidifiere si eutrofizare si de precurcsori ai ozonului, HG 1856/22.12.2005 stabileste ca elaborarea si validarea inventarelor nationale e emisie pentru SO₂, oxizi de azot, compusi de azot, compusi organici volatili si amoniac se realizeaza prin centrul de evaluare a calitatii aerului, infiintand in temeiul prevederilor art. 6 alin. (1) din Hotararea Guvernului nr. 586/2004 privind infiintarea si organizarea sistemului national de evaluare si gestionare integrata a calitatii aerului.

In tabelul 11 se prezinta valorile limita al emisiilor totale admisibile in Romania pentru principalii poluanti ai aerului, iar in tabelul 12 valorile pragurilor de alerta pentru poluantii emisi in instalatiile de incinerare a deseurilor.

Tabelul 1. Valorile limita ale emisiilor totale admisibile pentru principalii poluanti ai aerului

Valorile maxime admise de NOx in diferite tari:

Tabelul 2. Valorile maxime admise pentru NOx in 2007

4. Emisia de poluanti la instalatia "PIROLIZA"

Majoritatea poluantilor atmosferici emisi de instalatia piroliza sunt cei rezultati in urma combustiei in camera de ardere a cuptoarele de piroliza.

1. Combustia

Combustia are loc atunci cand, un combustibil reactioneaza cu oxigenul din aer producand energie termica.

Combustia completa se obtine prin realizaera unui amestec optim de aer si combustibil fiind aceea cand, in urma arderii se obtine cantitatea maxima de caldura, neramanand hidrocarburi nearse. In realitate raportul aer-combustibil este mai mare decat cel teoretic deoarece trebuie marita cantitatea de aer care se amesteca cu combustibilul pentru a atinge combustia totala. Introducerea unui exces de aer are ca efect scaderea cantitatii de CO, deoarece acesta permite reactia CO cu O₂ ducand la CO₂, deoarece CO contine o cantitate semnificativa de energie termica si de aceea trebuie complet ars. Deci, cu cat ramane mai putin CO cu atat arderea este mai completa.

In majoritatea procedeelor de ardere se formeaza ca si produsi de reactie: CO₂, H₂O, CO, NO, NO₂ , SO₂, negru de fum, cenusa.

Toti acesti compusi, mai putin apa, trebuie diminuati si masurati cu maxima atentie, dupa reguli si normative bine stabilite, deoarece acesti compusi enumerati mai sus au efecte nocive asupra mediului ( gaze cu efect de sera, ploi acide care duc la poluarea solului, etc ).

Combustibilii

Cei mai folositi combustibili la ora actuala sunt: carbune, pacura, motorina, benzina, gaz natural, propan, cocs, lemn;fiecare combustibil are proprietati chimice diferite incluzand raportul C/H₂ si puterea calorica, etc.

Cantitatea de aer introdusa, necesara arderii complete depinde de raportul C/H_2. In urma arderii gazului natural se obtine cu 30% mai putin CO₂ decat atunci cand se arde pacura si cu 45% mai putin CO₂ in cazul folosirii carbunelui.

Formula de calcul al excesului de aer:

Masurarea eficientei combustiei:

Fig. 1. Combustia metanului

Fig. 2. Reprezentarea schematica a combustiei metanului

4.2. Poluantii atmosferici

Oxizii de azot :

Oxizii de azot ( in special NO si NO₂), sau NO_x reprezinta termenul generic al unui grup de gaze foarte reactivi, care contin N₂ si O₂ in cantitati variabile si au formula moleculara specifica.

Majoritatea oxizilor de azot nu au miros si culoare. Cel mai comun poluat, NO₂ se intalneste cu alte particule formand straturi de smog de culoare brun-roscata si este intalnit in majoritatea oraselor si a zonelor intens populate.

Temeri cauzate de emisia oxizilor de azot:

Atunci cand oxizii de azot reactioneaza cu oxigenul din aer, efectele obtinute se resimt la nivelul solului, afecteaza sistemul respirator producand cancer pulmonar, avand efect negativ asupra culturilor agricole.

NO_x se poate transforma in NO₃­^- si acizi sub forma de aerosoli care cauzeaza probleme respiratorii. Acidul azotic format in urma reactiilor oxizilor de azot cu apa conduce la formarea de ploi acide. Gazele acide impreuna cu particulele din aer conduc la scaderea vizibilitatii si calitatii aerului.

Efecte ale oxizilor de azot asupra sanatatii umane

Deoarece monoxizii de azot sunt compusi gazosi, singura cale semnificativa de expunere este constituita de inhalare.

Dupa cum a fost indicat, bioxidul de azot NO₂ este de circa 4 ori mai toxic decat NO. Pentru acesta din urma, la concentratii normale masurate in mediul inconjurator, nu au fost niciodata descrise iritatii sau alte efecte de sanatate.

NO₂ absorbit poate fi 80 - 90 % din cel inhalat. Un procent semnificativ este in schimb concentrat in regiunea nazala si faringiana.

In urma expunerii la NO₂ au fost relevate in sange si urina, acid nitric (HNO₃), acid nitros (HNO₂) si sarurile lor.

Efectul major, in urma concentratiilor inalte de NO₂ este edemul pulmonar. Acesta este, la randul sau, responsabil fie de tulburarile la nivelul enzimatic, fie de cele ale continutului de lipide, care sunt deseori concentrate in plamani.

Tipuri de NO_x :

In general exista 3 surse primare de NO_x: NO_x termic, NO_x combustibil, NO_x instantaneu.

NO_x termic:se formeaza la aproximativ 1200sC, si se obtine prin oxidarea N₂ din aerul combustibil. Acest NO_x se formeaza in cantitate mare in timpul combustiei, iar cantitatea formata depinde de temperatura si timpul de stationare.

NO_x combustibil: se formeaza din oxidarea compusilor cu azot din combustibil cu oxigenul din aer.

NO_x instantaneu: se formeaza in etapa initiala a combustiei si rezulta in urma eractiei azotului atmosferic cu radicalul din aer, iar cantitatile produse sunt foarte mici.

Reducerea oxizilor de azot este importanta pentru a diminua cantitatea de noxe emise in atmosfera in timpul combustiei. Cand se realizeaza reducerea emisia NO_x este important sa se tina cont nu numai de NO cat si de NO₂ deoarece se schimba raportul NO/NO₂. Este important sa se masoare NO_x real ( NO + NO₂ ) atunci cnad se folosesc metode de reducere a NO_x-ului in scopul mentinerii integritatii masuratorilor.

Fig. 3. Mecanismul formarii tipurilor de NO

Metode de reducere a oxizilor de azot:

Cele mai adecvate procedee tehnice pentru controlul emisiilor de NOx sunt, in general: masurile primare, topirea cu combustibil imbogatit cu oxigen, reducerea chimica cu combustibil, reducerea catalitica selectiva si reducerea catalitica neselectiva.

Faza de combustie:

Aceasta metoda de reducere a oxizilor de azot consta in arderea in camera de combustie a unei singure portiuni de combustibil. In final tot combustibilul este ars, obtinand aceeasi cantitate de energie.

Convertoare catalitice:

Aceaste dispozitive sunt utilizate pentru a scadea toxicitatea noxelor in multe procedee de combustie. Convertoarele catalititce scindeaza oxizii de azot in azot si oxigen. Unele convertoare sunt folosite in acelasi timp in scopul reducerii cantitatilor de CO, asigurand astfel combustia completa.

Fig. 4. Emisia de CO₂ si NOx in lume intre 2000 si 2004

Recircularea gazului ars (FGR):

Recircularea gazului ars este o metoda de reducere a NOx prin scaderea temperaturii flacarii si astfel se reduce volumul de NOx termic. O portiune din gazul de combustie uscat este recirculat in procesul de ardere, racind astfel zona . Acest procedeu poate fi atat extern cat si si indus in functie de metoda folosita pentru a transporta gazul uscat. Deasemenea gazul ars recirculat scade cantitatea de CO in acelasi timp cu reducerea volumului de NOx.

Arderea cu combustibil imbogatit cu oxigen:

Arderea cu combustibil imbogatit cu oxigen presupune inlocuirea gazului de ardere cu oxigen. Eliminarea unei mari parti de azot din mediul de ardere reduce volumul gazelor de ardere cu aproximativ doua treimi. Prin urmare, economiile de energie sunt posibile deoarece nu este necesar sa se incalzeasca azotul din aer la temperatura flacarii. Formarea NOx -ului termic este redusa in mare parte, deoarece singurul azot prezent in mediul de ardere este azotul rezidual din oxigen/combustibil, azotul din descompunerea nitratului si cel provenit din aerul parazitic. Principiul arderii cu combustibil imbogatit cu oxigen este bine stabilit si in principiu poate fi considerat ca aplicabil industriei ca intreg. Cu toate acestea, procedeul tehnic este inca considerat de catre unele sectoare (in mod particular sectorul sticlei plane si al sticlei cu destinatie menajera), ca un procedeu tehnic in curs de dezvoltare cu un risc financiar potential destul de ridicat. S-a facut o munca considerabila de dezvoltare si procedeul tehnic devine acceptat in timp pe scara larga, pe masura ce creste numarul fabricilor. Problemele legate de acest procedeu tehnic sunt foarte complexe si sunt discutate in detaliu in Capitolul 4. Competitivitatea din punct de vedere economic a acestui procedeu tehnic depinde in mare masura de economiile de energie (si de costurile relative ale procedeelor tehnice alternative de risipire) comparate cu costul oxigenului. Atat viabilitatea din punct de vedere tehnic, cat si cea economica sunt strans dependente de problemele specifice ale fiecarei locatii in parte.

Reducerea volulmului de oxigen:

Prin reducerea cantitati de oxigen disponibile sa reactioneze cu azotul din aer, scade si cantitatea de NOx. Pentru a scadea volumul de oxigen se utilizeaza un analizor online care modifica automat raportul amestecului combustibil-aer. Aceasta metoda poate reduce cu pana la 10% cantitatea de NOx, dar creste in mod semnificativ emisia de CO.

Arzatoarele cu emisie scazuta de NOx:

Prin modificarea formei si a modului de formare al flacarii utilizand clapete de control al fluxului de aer se obtine o flacara alungita deasupra arzatorului. Temperatura scazuta datorita flacariii marite si suprafetei mari conduce la scaderea cantiatii de NOx. Dar cantitatea de CO creste in momentul utilizarii arzatoarelor cu emisii scazute de NOx. De aceea este important sa monitorizam cantitatea de CO si NOx-ul real pentru a avea un control mai bun asupra arzatoarelor cu emisii scazute de NOx.

Fig. 5. Arzator Low NOx

Injectia de apa / abur:

Injectia cu apa /abur reduce cantitatea de NOx care se formeaza prin scaderea temperaturi flacarii in timpul combustiei.

Reducerea catalitica selectiva (SCR):

SCR este un proces prin care se adauga un reducator in flux, cel mai adesea amoniac. In acest caz amoniacul gazos se amesteca cu gazele pierdute si amestecul se filtreaza printr-un convertor catalitic pentru a incheia reactia formand apa si azot. Acest proces are loc intre 260° - 650°C reducand astfel cantiatea de NOx ce se formeaza cu pana la 90%.

Reducerea necatalitica selectiva (SNCR):

SNCR este un procedeu care implica un reducator, de obicei uree, adaugat pe la varful cuptorului si are actiune reducatoare intre 760° - 870°C, reducandu-se astfel volumul de NOx cu aproximativ 70%.

Fig. 6. Reprezentarea schematica a reducerii catalitice si necatalitice selective

Spalarea NOx

Se aplica o anumita substanta gazelor de pierdere care oxideaza NO la NO₂, si care se absoarbe impreuna cu SO₂ in "turnurile de stropire".

Reacta de absorbtie a NO₂ este:

3NO₂ + H₂O 2HNO₃ + NO

Reducerea catalitica a CO si NOx

Acest procedeu utilizeaza un convertor catalitic care opereaza in doua cicluri: oxidare / absorbtie si regenerare. Convertorul catalitic lucreaza pentru oxidarea CO la CO₂, NO la NO₂ simultan si apoi absorbirea NO₂ la suprafata prin folosirea unui absorbant facut din carbonat de potasiu. Regenerarea convertorului catalitic se face prin trecerea amestecului de gaze de regenerare prin convertorul catalitic fara oxigen. Gazele de regenerare sunt aburul, hidrogenul si CO₂. Dupa acesta, nitratii sunt redusi la azot. Este necesar un strat suplimentar de catalizator pentru a reduce emisiile de SO₂.

NOx scazut este definit ca si cantitatea de NOx care este sub 500 ppm. De obicei are o valoare intre 9 - 300 ppm. NOx real reprezinta suma dintre cantitatea de NO si NO₂ emisi in atmosfera.

Monoxidul de carbon:

CO este un gaz foarte toxic care se formeaza in timpul arderii incomplete. Este un gaz incolor, inodor si cu efecte devastatoare asupra respiratiei; expunerea la concentratii mari poate conduce la moarte. In timpul combustiei majoritatea atomilor de carbon se transforma in CO₂, dar unii dintre acestia raman in stare intermediara de CO. Cantitatile in exces de CO sunt datorate combustiei incomplete, arzatoarelor proietate neconform, conditiilor proaste de ardere sau cuptoarelor neetanse.

In grafic este prezentata o corelatie intre emisiile de NOx si CO la diferite temperaturi relative de combustie.

Fig. 7. Emisia de NOx si CO la diferite temperaturi

Dioxidul de carbon:

Bioxidul de carbon cunoscut si ca anhidrida de carbon este un gaz compus dintr-un atom de carbon si doi de oxigen (CO₂). Sursele sale de producere sunt respiratia oamenilor si a animalelor, arderea de hidrocarburi in aer sau cu oxigen si fermentarea lichidelor.

Poate fi gasit in atmosfera intr-o cantitate scazuta, pentru ca plantele "purifica" aerul, convertind CO₂ in oxigen, zahar, proteine si lipide cu ajutorul luminii solare, saruruilor si apei.

CO₂ este un gaz fara culoare, cu un miros usor de mirodenii incinse, mai greu decat aerul. Nu este esential pentru viata si se solidifica la -78,5° C, rezultand zapada carbonica. Aflat in solutie apoasa, acesta creeaza acidul carbonic, care este prea instabil pentru a fi izolat cu usurinta.

Compusii cu sulf:

Dioxidul de sulf (SO₂) este compusul obtinut in proportie de 95% in urma combustiei, finnd principalul vinovat al formarii ploilor acide in urma reactiei sale cu apa.

Trioxidul de sulf (SO₃) nu rezulta in cantitati mari in urma combustiei, dar are efect coroziv asupra componentelor metalice (serpentinelor), de aceea trebuie eliminat.

Hidrogenul sulfurat (H₂S) - gaz incolor, inflamabi, toxic, urat mirositor, care se poate forma in urma combustiei. Gazele naturale pot contine pana la 28% H₂S.

Reducerea oxizilor de sulf

Folosirea de combustibililor cu continut scazut de sulfuri, lucru ce conduce la scaderea cantitatilor de SO₂ care se formeaza si este emis in atmosfera.

Desulfurarea combustibililor

Desulfurarea fluxului gazos (FGD) implica folosirea unor sicane de desulfurare in care substantele chimice reactioneaza cu SO₂ formand alti compusi. Aceastametoda este foarte eficienta si poate conduce la scaderea emisiei de SO₂ cu pana la 90%.

5. Arzatoare cu emisie scazuta si foarte scazuta de NOx

5.1. Arzatoare cu functionare pe gaz metan, cu emisii reduse de

noxe 'Low NOx'

Datorita Normelor de productie adoptate pe piata europeana de cativa ani, norme ce impun limite tot mai restrictive la emisiile poluante, statele mai avansate din punct de vedere tehnologic si-au impus reducerea poluarii ambientale si, in special, poluarea atmosferica.

Fig. 8. Arzatoare Low NOx

In domeniul combustiei de gaz metan si combustibil lichid, fie pentru incalzire casnica (a populatiei), fie pentru aplicatii industriale-sunt studiate aparate care imbina prestatii si randamente mereu in crestere cu emisii nocive de gaze toxice (CO, NOx, CxHy) din ce in ce mai reduse.

In concordanta cu procesul inovator impus de norme si de piata, firma BALTUR S.p.A. Italia, furnizorul nostru de echipamente, a proiectat si realizat o gama completa de arzatoare de gaz cu aer insuflat, denumita 'Linia LX', care urmareste obiectivul de a reduce drastic emisiile poluante, fara insa a se renunta la credibilitatea si prestatiile care din totdeauna au caracterizat produsele.

Linia 'LX', cuprinde modelele de arzatoare automatizate SPARKGAS 30 LX, BGN 40 LX, BGN 60 LX, BGN 120 LX, BGN 200 LX, BGN 300 LX, BGN 390 LX, BGN 540 LX, TBG 50 LX PN ME, TBG 80 LX PN ME, TBG 110 LX PN ME si TBG 140 LX PN ME, care acopera o gama de putere cuprinsa intre 60 kW si 6 MW si a fost conceputa pentru a garanta emisiile de oxizi de azot in atmosfera sub 100 mg/kWh, in orice conditii de functionare conform Normei Europene EN 676

Arzatoarele automatizate - BALTUR - cu emisii reduse de NOx

Linia SPARKGAZLX, BGNLX si TBGLX PN ME

Sunt arzatoare modulante, cu emisii reduse de noxe, fiind incadrate in clasa III de noxe. Elementele principale care caracterizeaza aceste game de arzatoare sunt:

• Emisii NOx scazute
• Emisii CO < 50mg/kWh garantate;
• Siguranta si stabilitate mare a flacarii;
• Robustete si intretinere usoara;
• Sistem de modulatie dinamic la interactiunea a trei semnale de presiune: aer, gaz, focar;
• Intervalul de modulatie: 1:7 (putere minima egala cu 15 % din incarcatura maxima)
• Nivelul de oxigen continut in gazele arse este constant in timp.

Arzatoarele sunt echipate cu:

• Fanta de aer cu un design special, cu presurizare mare, pentru a asigura o functionare sigura pe cazanele presurizate. Reglarea debitului de aer se face prin intermediul unei clapete actionate cu ajutorul unui servomotor.
• Flansa de cuplare pe capul de ardere culisanta, care permite instalatorului sa fixeze exact pozitia capului de ardere obtinandu-se astfel o conectare perfecta cu acesta.
• Cap de ardere cu recircularea gazelor arse, cu implicatii importante in reducerea noxelor, in special a NOX.
• Supape pneumatice cu deschidere proportionala a debitului de aer care implica deschiderea proportionala a gazului metan, lucru ce face ca raportul aer / gaz sa fie riguros constant pe intregul domeniu de putere a arzatorului.
• Rampa de gaz monobloc, ce include regulator de presiune cu filtru incorporat, electroventil de siguranta, electroventil de lucru, presostate presiune maxima/minima gaz, kit control etanseitate rampa de gaz (conform EN 676), racord antivibrant
• Echipament automat de comanda si control al arzatorului conform EN 298
• Arzatorul va fi echipat cu un dispozitiv fonoabsorbant, ce are rolul de a micsora nivelul de zgomot produs de acesta, sub valoarea de 65 dB.

Tabelul 3. Arzatoare utilizate de obicei in cuptoarele de piroliza

As = platforma cu injectie de aer

Fs = platforma cu injectie de combustibil

FGR int = Recircularea gazelor arse, intern

FGR ext = recircularea gazelor arse, extern

5.2. Arzatoare cu functionare pe gaz, cu emisii foarte scazute de noxe "Ultra Low NOx"

Arzatoarelor de tip "Stork"

Sunt arzatoare pe baza de combustibil gazos cu emisii de NO_X foarte scazute. Nivel de NO_X - Gaz natural = 10 ppm max.

Date tehnice:

-Cmbustibil:gaz

-Caldura degajata : 5 - 100 MW/h

-Raport : 1:5

Bazandu-se pe experienta acumulata din dezvoltarea arzatoarelor de tip Stork Double Register (Low NOx) si pe cunostintele in materie de procese de combustie si formarea de oxizi de azot, Stork au dezvoltat a treia generatie de arzatoare de tip "Impuls Gas Burner".

Principiul combustiei:

Principiul de baza al acestor arzatoare este acela ca in camera de combustie a cuptorului, injectia de combustibil si aer se face separat.

Prin aceasta metoda fluxul de gaze este aspirat in aer si apoi amestecul este transferat in combustibil.

Aspiratia fluxuli de gaze scade concentratia oxigenului si creste masa fluxului in flacara, amandoua limitand formarea de oxizi de azot in flacara.

O elice este instalata in centrul conductei de aer in scopul realizarii unei arderi uniforme a flacarii. Dupa aceasta elice o alta parte a gazului combustibil este injectata.

Arderea completa are loc in zona B in prezenta unei mici cantitati de aer si temperatura scazuta a flacarii.

Folosind aceasta tehnica de tip Stork s-a putut realiza o combustie foarte eficienta si o reducere maxima a oxizilor de azot.

Fig. 9. Arzatorul "Impulse Ultra Low" si principiul de functionare

Arzatoarele "DELTA"

Delta produce arzatoare pe baza de combustibil gazos.

Arazatoarele Delta fara recirculare a gazului ars prezinta o emisie de oxizi de azot de 50-80 ppm, cu FGR minim emisia este de 25-30 ppm, iar in cazul arzatoarele cu emisii foarte scazute de oxizi de azot se ajunge la 9 ppm in cazului gazului natural si 15 ppm in cazul gazului de rafinarie.

Fig. 10. Emisia de NOx (ppm) in cazul diferitelor arzatoare Delta

Arzatoarele Delta-ULNOx au o stabilitate mare de functionare chiar si in prezenta uniu cantitati mari de gaz recirculat, datorita variatiei raportului aer- combustibil in locuri strategice in arzatoare.

Aceste arzataoare au facut posibila obtinerea pentru prima data a unei cantitati maxime de energie si scaderea oxizilor de azot instantaneu utilizand difuzia flacarii.

Fig. 11. Arzatorul Delta "Ultra Low NOx"

Cerinte pe care trebuie sa le indeplineasca arzatoarele de tip "Ultra Low NOx"

• Emisie foarte scazuta de NOx;
• Siguranta: Arzatorul trebuie sa fie stabil in toate conditiile de operare, incluzand decocsare si pornirea unui cuptor rece;
• Flacara sa fie stabila si fara schimbari de pozitie;
• Sa nu reduca timpul de viata al cuptorului;
• Performantele cuptorului sanu fie reduse;
• Efect minim sau zero asupra eficientei camerei de ardere;
• Profilul de caldura degajat de flacara trebuie sa fie similar cu al arzatoarelor cu emisie scazuta de NOx (Low NOx);

Tabelul 4. Arzatoate de ultimul tip pentru cuptoarele de piroliza

As = platforma cu injectie de aer

Fs = platforma cu injectie de combustibil

FGR int = Recircularea gazelor arse, intern

FGR ext = recircularea gazelor arse, extern

Fig. 12. Potentialele probleme in privinta utilizarii arzatoarelor Ultra Low NOx

6 Prelevarea probelor

Probele de aer atmosferic contin specii variate:

Compusi anorganici sau organici;

Substante cu mase moleculare mici sau mari;

Specii gazoase pana la non-volatile;

Asorbite pe particule solide.

In functie de natura analitilor a caror concentratie se determina, prelevarea probelor se poate realiza prin:

Trecerea prin coloane sau filtre;

Reactia cu substraturi tratate;

Condensare in trape racitoare.

Astfel, recipientul de colectare a probei (figura 13.) este umplut fie prin vacuum, fie prin pompare folosind pompe cu diafragme de otel sau de teflon.

Fig. 13. Recipienti pentru colectare probe de aer

Interactia dintre componentii probei si peretii recipientului de colectare trebuie sa fie minima.

Vasele colectoare sunt limitate ca marime la cativa litri asa ca pomparea la o presiune superioara celei atmosferice sau racirea criogenica a containerului sunt folosite pentru cresterea marimii probei pentru analiza. Aceasta operatie poate deveni importanta in cazul prelevarii unor probe din medii de atmosfera neurbana in care concentratia compusilor organici poate fi de ordinul ppm, ppb, ppt.

Mai nou se folosesc recipienti de teflon sau de tip tedlar - care se umplu prin pompare si se transporta la laborator. Substantele aflate in stare gazoasa sau sub forma de aerosloli se preleveaza cu ajutorul coloanelor cu umplutura absorbanta care functioneaza ca o capcana pentru analiti - in cazul speciilor cu volatilitate redusa. Inlaturarea apei se poate realiza prin folosirea capcanelor, absorbantilor anorganici (carbonat de potasiu si perclorat de magneziu Mg(ClO₄)₂ ), a membranelor permeabile cum ar fi Nafion, etc.

Pentru a determina cantitativ concentratii mici de compusi moleculari in stare de vapori intr-o proba gazoasa cum ar fi o atmosfera poluata solutia cea mai uzuala consta in prinderea acestora trecand un volum determinat de proba intr-o mica coloana de unica folosinta sigilat (4x400 mm). (Fiura 14.)

Fig. 14. Coloana de colectare

Coloana contine site moleculare sau diverse materiale abdorbante cum ar fi: varietati de carbon activ cu structura grafitica sau polimeri organici cu functiuni. Aceasta tehnica este foarte eficace si rapida. O pompa debitmetrica asigura aspirarea unui volum de gaz reglat anterior in coloana.

Compusii absorbiti sunt recuperati fie prin extractia cu solventi (destul de des cu sulfura de carbon) fie prin desorbtie termica ce are avantajul de a nu dilua analitii si nici de a introduce impuritati. Aceasta ultima tehnica este adaptabila pentru determinarea prin cromatografie de gaze. Coloana este introdusa intr-un cuptor special in care se poate atinge o crestere a temperaturii pana la 350in cateva secunde. Compusii desorbiti sunt transferati direct in injectorul cromatografului. Ca alternativa la aceste cuptoare exista tuburi de extractie avand un diametru destul de mic care sa le permita introducerea directa intr-un injector modificat.

Prelevarea probelor de poluanti gazosi pe carbune activ si gel de silice

Carbunele activ si gelul de silice au proprietatea de a fixa vaporii a numerosi compusi organici. In anumite conditii cantitatea fixata pe un tub ce corespunde unui volum de aer determinat aspirat cu ajutorul unei pompe, permite sa se calculeze concentratia medie a vaporilor analitului in aer prelevat pe parcursul pomparii. Analitii sunt desorbiti din umplutura cu un solvent sau un amestec de solventi si sunt separati si determinati cantitativ prin cromatografie de gaze.

Filtre - un alt procedeu folosit la recoltarea probelor de aer continand poluanti aflati sub forma de ceturi, fumuri, pulberi sau praf se bazeaza pe trecerea aerului prin filtre cu porii de anumite marimi. Cantitatea de poluant retinuta se determina gravimetric si apoi se extrage de pe filtru cu un amestec potrivit de solventi.

Absorbtia - in principiu poluantul se absoarbe prin barbotarea lenta intr-un lichid intr-un absorber. Dispozitivele de absorbtie sunt de diferite forme si marimi, unele asemanandu-se cu vasele de barbotare. Ca absorbanti se folosesc amestecuri de solventi ce au capacitatea de a dizolva toate tipurile de poluanti din aer. Lichidele de absorbtie trebuie sa aiba volatilitatea scazuta si, pe cat posibil, sa fie capabile s aretna si vaporii de apa, ceturile si aerosolii aspirati odata cu aerul. Glicerina, etilen glicolul, dimetil sulfoxidul, alcoolul izopropilic pot fi utilizate ca lichide de absorbtie pentru poluantii organici.

7 Monitorizarea poluantilor atmosferici

Atmosfera este un sistem analitic deosebit de dificil datorita:

Concentratiilor foarte mici ale analitilor de determinat;

Variatiilor mari ale nivelurilor de poluanti in timp si spatiu;

Diferentelor de temperatura si umiditate;

Greutatilor intampinate pentru a ajunge la punctele de prelevare a probelor dorite.

Tehnicile ideale de analiza a atmosferei sunt acelea care nu necesita prelevarea probei, cum ar fi monitorizarea prin rezonanta laser la distanta. Pentru majoritatea analizelor insa sunt necesare diferite tehnici de prelevare a probelor. In unele sisteme de monitorizare foarte sofisticate, probele sunt recoltate si analizate automat si rezultatele sunt transmise unei statii centrale care stocheaza informatiile.

Pentru analiza poluantilor atmosferici exista un numar mare de tehnici analitice disponibile. In tabelul 13 sunt prezentate pe scurt principalele tehnici instrumentale pentru monitorizarea aerului.

Tabelul 5. Principalele tehnici folosite pentru analiza poluantilor din aer

CONCLUZII

Rompetrol este sinonim cu valorile modernitatii, succesului si spiritului independent.

Brandul Rompetrol a fost construit cu personalitate si viziune, reflectand in mod firesc spiritul oamenilor care s-au aflat la temelia sa. Pentru ca, mai mult decat produse si servicii din industria petroliera, Rompetrol reprezinta esenta spiritului inovator si a dorintei de perfectionare traduse prin activitatea dedicata a celor peste 8000 de angajati.

Independenta si pasiunea pentru calitate sunt cele doua valori fundamentale de la care grupul Rompetrol a initiat procesul de dezvoltare a unui business performant pe oricare dintre pietele internationale. 

Industria olefinelor continua sa isi extinda si adapteze capacitatile si echipamentul. Provocarile majore ale fabricilor de olefine sunt reprezentate in prezent de capacitatile fabricilor, costul investitiei, programul de furnizare al echipamentelor, graficul contructiei. Aceste lucruri reprezentau ingrijorari majore la inceputul anilor 1990, cand se contruiau cuptoare de piroliza mari, care foloseau ca materii prime etan si nafta, iar capacitatea maxima era de 1,5 MMt/an. In prezent, pretul si producatorii au condus la cresterea dimensiunilor fabricilor si legaturilor cu furnizorii/beneficiarii, iar provocarile se realizeaza in stransa legatura cu producatorii de echipamente. In prezent echipamentele cheie corespund unor capacitati nominale de cracare de 1,5 MMt/an pana la 2 MMt/an la viitoarele pirolize.

Compania s-a transformat in 2007 dintr-un producator de materie prima intr-un partener de afaceri care ofera solutii integrate, adaptate in functie de profilul clientilor. Avasand solutii eficiente si cu identitate proprie pentru fiecare metoda de prelucrare in parte, compania a facut un prim pas catre adaptarea si structurarea portofoliului de produse conform cerintelor pietei de profil.

Cresterea competitiei pe piata de etilena impune obtinerea etilenei cu cost de productie cat mai mic. Costurile de productie pentru instalatiile de etilena vechi sunt ridicate datorita consumurilor mari de materii prime, utilitati, costurilor cu mentenanta, acestia fiind factori in care cuptoarele de piroliza au o pondere semnificativa. In afara de factorii economici, foarte importanti sunt si factorii de mediu trendul global fiind de reducere a emisiilor si o folosire eficienta a materiilor prime si energiei.

In intampinarea acestor aspecte vin tehnologiile de modernizare a cuptoarelor de piroliza, acestea conducand la:

cresterea de capacitate;

cresterea selectivitatii, reducerea consumului de materii prime si utilitati pe tona de etilena;

cresterea flexibilitatii in materii prime;

reducerea mentenatei;

reducerea emisiilor poluante.

Pe baza tendintei de crestere a consumului de polimeri, implicit a pretului la nivel mondial se pune problema

In urma nefunctionarii in parametrii normali a echipamentelor instalatiei si a calitatii necorespunzatoare a materiei prime s-a decis stagnarea productiei cu trecerea in conservare. In anul 2005 Rompetrol si Linde Engineering semneaza un contract de colaborare cu scopul de a reporni instalatia de piroliza.

La incheierea studiului de fezabilitate s-a constatat ca instalatia are nevoie de o mare investitie financiara datorita gradului avansat de degradare a echipamentelor prezente, investitie ce ar putea fi amorsata in cativa ani.

Datorita pozitiei geografice, datorita posibilitatii de alimentare cu materii prime si capabilitatea de prelucrare a utilajelor propuse, NAFTA si LPG-ul vor fi principalele materii prime ce vor constitui alimentarea.

Un prim criteriu al alegerii mteriilor prime este masa moleculara a acestora. Se doreste utilizarea unor materii prime cu masa moleculara mica pentru ca astfel randamentul in produs finit creste.

Masa moleculara influenteaza desfasurarea procesului de cracare, o valoare mare conducand la producerea reactiilor secundare. Aceasta proprietate a materiilor prime influenteaza toti parametrii procesului.

Ca urmare variabilele ce influenteaza procesul de piroliza sunt: temperatura, presiunea, timpul de retentie, raportul abur/materie prima.

Procesul de cracare este favorizat de o temperatura ridicata,presiune joasa,timp de retentie scazut,iar raportul abur/materie prima folosit ca si agent de dilutie nu trebiue depasit deoarece conduce la scaderea randamenului ciptorului.

Ca si solutii pentru majorarea productiei instalatiei noastre enumeram:

materii prime cu masa moleculara cat mai mica;

marirea lungimii serpentinei;

micsorarea diametrului serpntinelor;

timp de retentie scazut;

aport de caldura mare;

utilizarea materialelor de conefectionare a serpentinelor cu o buna rezistenta termica;

celulele radiante pot fi decocsate in mod individual;

eliminarea apei din procesul de decocsare;

arzatoare cu emisie scazuta de NOX;

schimbatoare liniare individuale de tipul tub in tub legate direct la fiecare serpentina;

implemenatrea DCS-lor si a programelor shut-down;

introducerea tuburilor venturi;

controlul automat pe reglajul de gaze arse;

folosirea sitelor ceramice ca si materiale anticorozive;

inlocuirea zidariei cuptorului cu materiale ce permit o izolatie termica eficienta:

aranjarea serpentinelor in zonele de radiatie.

Industria petrochimica, prin produsele sale, prin imensele sale valori derulate, determina pulsul si puterea industriei unui stat dezvoltat.