Természetes anyagok és alternatív szorbensek gyártása és vizsgálata
Természetes anyagokon és biológiai eredetű nyersanyagokon alapuló alternatív szorbensek előállítása és vizsgálata ÉRTEKEZÉS A Bergakademie Freiberg Műszaki Egyetem Gépészeti, Folyamat- és Energetikai Karán jóváhagyott doktori mérnök Dr.-Ing. előterjesztő: Dipl.-Ing. Ulrike Straßburger született: 1972. január 10-én: Gotha Lektor: Prof. Dr.-Ing. habil. W. Naundorf Prof. Dr.-Ing. habil. W. Heschel Prof. Dr. rer. nat. habil. O. Wienhaus védelmi napja: 2004. január 23
Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék 1. BEVEZETÉS. 5 2. ELMÉLETI ALAPOK. 7 2.1. A természetes anyagok és a biológiai eredetű nyersanyagok kémiai szerkezete és tulajdonságai 7 2.1.1. Fa 7 2.1.2. Fű és szalma 11 2.1.3. Lignit 14 2.1.4. Lignit-xilit 20 2.2. Aktiválás alapjai 23 2.2.1. Reakciókészség és aktiválás 23 2.2.2. A szilárd anyagok aktiválásának lehetőségei 24 2.2.3. Szilárd anyagok mechanikus aktiválása 26 2.2.4. Reaktív anyagok tárolása hordozómátrixban 29 2.3. A szorpciós elmélet alapjai 31 2.3.1. Az adszorpció jellege és alapvető feltételei 31 2.3.2. Adszorpciós kapacitás 32 2.3.3. Adszorpciós entalpia 34 2.3.4. Szállítási folyamatok az adszorpció során 34 2.3.5. Adszorpció ömlesztett anyagban 35 2.3.6. Vegyes adszorpciós és szeparációs hatások 38 2.3.7. Folyamat-releváns adszorpciós tulajdonságok 38 2.3.8. Műszaki adszorbensek 39 2.3.9. Az adszorpció technikai megvalósítása 47 2.3.10. Az adszorpciós technológia alkalmazási területei és alkalmazási példái 50 2.3.11. A felszívódás alapfeltételei 51 2.3.12. Füstgáz kéntelenítése 52 3. FELADAT. 57 1
Tartalomjegyzék Az alkalmazott szimbólumok és rövidítések felsorolása Irodalomjegyzék Ábrák felsorolása Táblázatok Táblázatok felsorolása Mellékletek 4. melléklet
2. ELMÉLETI ALAPOK 2.1. A természetes termékek és a biológiai eredetű nyersanyagok kémiai szerkezete és tulajdonságai 2. ELMÉLETI ALAPOK 2.1. A természetes anyagok és a biológiai eredetű nyersanyagok kémiai szerkezete és tulajdonságai 2.1.1. Fa A nyersanyagból származó fa összetett alapanyag, amely különböző szerves vegyületekből áll, és amelynek elemi összetétele a következő: 45. 52% szén, 41. 46% oxigén, 5. 6% hidrogén, 30%). [3], [11] Várható, hogy a hamutartalom és a különféle barnaszenek összetétele fontos szerepet játszik az aktivált barnaszenek szorbensként való alkalmazásában 18
2. ELMÉLETI ALAPOK 2.1. A természetes anyagok és a biológiai eredetű nyersanyagok kémiai szerkezete és tulajdonságai Ismeretes, hogy a hosszú rosttól a darabos xilitig terjedő nehézségeket okoz a lignit kivonása és feldolgozása. A xilit szálak szilárdsága gyenge aprítási tulajdonságokat okoz, és általában problémákat okoz a szénfeldolgozó egységekben. Üzemanyagpor vagy jó minőségű lignitbrikett előállításához ezért a lignit-xilitet aprítással és szitálással el kell választani az alapszéntömegtől. Mivel az extrahált lignitben egyre nagyobb a xilit aránya, egyre nagyobb az igény a rost xilit új és gazdaságilag előnyös alkalmazási területeinek feltárására. [14] 22-én
6. BARNA SZÉNBŐL ÉS FELÜLETES MÉSZBŐL SZERZŐDŐ ANYAGOKKAL SZERKEZETT GRANULÁTUMOK 6.1 A kötőanyag-fóliákon keresztüli célkitűzések, a szilárd hidak fokozottabb kialakulása és ezáltal a nedves környezetben való fokozott inkrustálódási hajlandóság az oltott mész egyedüli granulációja ellen szól. Az említett hátrányokat meg kell szüntetni az oltott mész szilárd, pórusokban gazdag és vízálló mátrixban történő tárolásával. Lágy barnaszenet kell használni hordozóanyagként. A lignit és az oltott mész alapanyagainak kombinálásával olyan granulátumokat kell előállítani, amelyek megfelelnek a következő követelményeknek: magas mechanikai és hőállóság, nagy szemstabilitás víz vagy gőz hatására, a káros gázok gyors és teljes elválasztása, az oltott mész teljes felhasználása a káros gázok megkötésére A szilárd hidak miatt a szemcsék nem burkolódnak, nem kavargik a por, egyszerű és környezetbarát ártalmatlanítás vagy a betöltött granulátumok további felhasználása, alacsony előállítási költségek. [64] 127. o
6. BARNA SZENNEK ÉS FELÜLETES MÉRNEK RÉSZLETEI SZORPCIÓS ANYAGOKKAL 6.2 Lignit oltott mészszemcsék előállítása 6.2 ábra: Intenzív keverőgép az EIRICH-tól, Hartheim-tól. Az oltott mészszuszpenziók hozzáadásának az az előnye, hogy az oltott mész már finoman eloszlik, és jobban homogén módon diszpergálható a barnaszénben. Ezenkívül a hidrogél nagyobb reakcióképessége a víz hozzáadásával és az energia bevitelével jön létre. Az oltott mészeloszlás inhomogenitása inkább száraz oltott mész használatakor valószínűbb. Ha különösen nagy mennyiségű oltott meszet akarnak beágyazni a lignitmátrixba, akkor ez csak porított oltott mész hozzáadásával lehetséges, mivel a szuszpenziókkal túl nagy mennyiségű vizet vezetnek be a granulálási folyamatba, ami nagyon durva szemcsék képződéséhez vezet. 131
6. BARNA SZÉNBŐL SZÁRMAZOTT GRANULÁTUMOK SZORPCIÓS ANYAGOKBAN 6.3 A lignit oltott mész tulajdonságai Granulátumok A granulátumok külső szerkezete A bemutatott granulálási eljárással előállított anyagokat laza, szemcsés szerkezet jellemzi, amely nem hajlamos tömörülni vagy megszilárdulni. A 6.3. Ábra mutatja az oltott mésztartalmú szemcsék külső szerkezetét, amelyeknek a lignitszemcsékhez képest kissé világosabb színe az egyetlen külső jellemzője a benne oltott mésznek. Az oltott mész nagy arányú, LK = 40 tömeg% -ig terjedő granulátumainak homogén külső felülete is van. 100 tömeg% nyers lignit 0 1 mm 93 tömeg% nyers lignit + 7 tömeg% oltott mész 0 1 mm 80 tömeg% nyers lignit + 20 tömeg% oltott mész 0 1 mm 6.3 ábra: Lignit oltott mész külső szerkezete Granulátum 136
6. BARNA SZENNYEZETT RÁNCTALANÍTÓ MOROK SZORPCIÓS ANYAGOKBAN 6.3 A lignit oltott mészgranulátum tulajdonságai Eloszlási összeg Q 3 (x)% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Kiindulási állapot 10 Eséscső teszt (100 fordulat) Nyomásos edény teszt 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Szemcseméret μm-ben, Beater orrmaró d A = 0,3 mm) Eloszlás összege Q 3 (x)% -ban 100 90 80 80 70 60 50 40 30 20 Kiindulási állapot 10 Camber teszt (100 fordulat) Nyomásmérő edény teszt 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Részecskeméret μm-ben senmühle d A = 0,5 mm) Ha összehasonlítjuk ennek a granulátumnak a szilárdságát a granulátummal (G6), amely szintén 20 tömeg% oltott mészt tartalmaz, de a teljes nyersszén d = 0 és 5 mm közötti, és durvább ürítőszitával rendelkezik 0,5 mm-es verőmalmot hoztak létre, így 141