Nízkoteplotní tepelná desorpce - Low-temperature thermal desorption

tento článek poskytuje nedostatečný kontext pro ty, kteří danému tématu nejsou obeznámeni. Prosím pomozte vylepšit článek podle poskytuje čtenáři více kontextu. (Říjen 2009) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Nízkoteplotní tepelná desorpce (LTTD), také známý jako nízkoteplotní tepelná těkavost, tepelné odizolování, a pražení půdy, je ex-situ sanační technologie která využívá teplo k fyzickému oddělení ropných uhlovodíků od vytěžených zemin. Tepelné desorbéry jsou určeny k ohřevu půdy na teploty dostatečné k tomu, aby složky těkaly a desorbovaly (fyzicky se oddělily) od půdy. Ačkoli nejsou určeny k rozkladu organický Složky mohou tepelné desorbéry v závislosti na přítomných specifických organických látkách a teplotě desorpčního systému způsobit úplné nebo částečné úplné odstranění některých organických složek. rozložit. Odpařil se uhlovodíky jsou obecně ošetřovány v sekundární ošetřovací jednotce (např přídavné spalování, katalytická oxidační komora, kondenzátor nebo jednotka adsorpce uhlíku) před vypuštěním do atmosféry. Přídavné spalování a oxidační činidla ničí organické složky. Kondenzátory a jednotky adsorpce uhlíku zachycují organické sloučeniny pro následnou úpravu nebo likvidaci.

Při použití LTTD je nutná určitá předzpracování a následné zpracování půdy. Vytěžené půdy se nejdříve prosejí, aby se odstranily velké objekty (o průměru větším než 2 palce). Mohou být tříděny (např. Drceny nebo drceny) a poté zaváděny zpět do přiváděného materiálu. Po opuštění desorbéru se půdy ochladí, znovu zvlhčí, aby se odstranil prach, a stabilizuje se (je-li to nutné), aby se připravily k likvidaci nebo opětovnému použití. Ošetřenou půdu lze znovu uložit na místě a použít ji jako úkryt skládky, nebo zabudovaný do asfaltu.

aplikace

LTTD se ukázal jako velmi účinný při snižování koncentrací ropných produktů včetně benzín, trysková paliva, petrolej, nafta, topné oleje, a mazací oleje. LTTD se vztahuje na složky, které jsou těkavé při teplotách do 1 200 ° F. Většina desorbéry pracovat při teplotách mezi 300 ° F a 1 000 ° F. Desorbéry vyrobené ze speciálních slitin mohou pracovat při teplotách až do 1 200 ° F. Těkavější produkty (např. Benzín) lze desorbovat při nižším provozním rozsahu, zatímco těkavé produkty (např. Petrolej, motorová nafta) obvykle potřebují teploty přesahující 700 ° F a relativně netěkavé produkty (např. Topný olej, mazací oleje) potřebují ještě vyšší teploty. V zásadě jsou všechny typy půdy vhodné pro ošetření systémy LTTD. Různé půdy však mohou vyžadovat různé stupně a typy předúpravy. Například hrubozrnné půdy (např. štěrk a dlažební kostky ) může vyžadovat drcení; jemnozrnné půdy, které jsou nadměrně soudržné (např. jíl ) může vyžadovat skartaci.

Státní a místní předpisy upřesněte to ropa -kontaminovaný půdy musí být pilotně testováno, nějakou půdou ze stanoviště zpracovávaného systémem LTTD („zkušební vypalování“). Výsledky předběžného testování vzorků půdy by měly identifikovat příslušné vlastnosti složek a kontrola záznamů o výkonu stroje by měla ukázat, jak efektivní bude systém při ošetřování půdy. Prokázaná účinnost konkrétního systému pro konkrétní místo nebo odpad nezaručuje, že bude účinný na všech místech nebo že dosažená účinnost zpracování bude přijatelná na jiných místech. Pokud se provádí zkušební hoření, je důležité zajistit, aby testovaná půda byla reprezentativní pro průměrné podmínky a aby bylo před a po ošetření analyzováno dostatečné množství vzorků, aby bylo možné s jistotou určit, zda bude LTTD efektivní.

Provoz jednotek LTTD vyžaduje různá povolení a prokázání souladu s požadavky povolení. Požadavky na monitorování systémů LTTD se ze své podstaty liší od požadavků na monitorování vyžadovaných v místě UST. Monitorování toků odpadu systému LTTD (např. Koncentrace částice, těkavé látky, a kysličník uhelnatý v komínový plyn ) jsou vyžadovány agentura nebo agentury vydávající povolení pro provoz zařízení. Vlastník / provozovatel zařízení LTTD je odpovědný za dodržování limitů stanovených povoleními a za další provozní parametry systému LTTD (např. Teplota desorbéru, rychlost posypu půdy, teplota přídavného spalování).

Rozhodnutí, zda je LTTD praktickou alternativou nápravy, závisí na vlastnostech specifických pro danou lokalitu (např. Umístění a objem kontaminovaných půd, uspořádání lokality). Proveditelnost je také určena regulačními, logistické, a hospodářský úvahy. Ekonomika LTTD jako možnosti nápravy je vysoce specifická pro dané místo. Mezi ekonomické faktory patří: -

• Využití stránek (protože vykopávka a zpracování půdy v místě a maloobchodní web (např. čerpací stanice, Večerka ) s největší pravděpodobností zabrání podnikání z dlouhodobého provozu).
• Náklady na LTTD na jednotku objemu půdy ve srovnání s jinými možnostmi nápravy.
• Umístění nejbližšího příslušného systému LTTD (protože náklady na dopravu jsou funkcí vzdálenosti).

Principy činnosti

Systémy tepelné desorpce spadají do dvou obecných tříd - stacionární zařízení a mobilní jednotky. Kontaminované půdy jsou vyhloubeny a přepravovány do stacionárních zařízení; mobilní jednotky lze ovládat přímo na místě. Desorpční jednotky jsou k dispozici v různých procesních konfiguracích, včetně rotačních desorbérů, sušiček agregátů asfaltových závodů, tepelných šroubů a dopravník pece.

Plastickost půdy je měřítkem její schopnosti deformovat se bez střihu a je do určité míry funkcí obsahu vody. Plastové půdy mají tendenci se lepit na síta a další zařízení a aglomerovat do velkých shluků. Kromě zpomalení rychlosti posuvu se plastové půdy obtížně ošetřují. Ohřev plastových půd vyžaduje vyšší teploty kvůli malému poměru povrchové plochy k objemu a zvýšenému obsahu vlhkosti. Také proto, že plastové půdy bývají velmi jemnozrnné, organické sloučeniny mají tendenci být pevně sorbovaný. Tepelné zpracování vysoce plastických půd vyžaduje předběžnou úpravu, jako je drcení nebo smíchání s drobivějšími půdami nebo jiné úpravy (např. sádra ).

Materiál o průměru větším než 2 palce bude muset být rozdrcen nebo odstraněn. Drcený materiál se recykluje zpět do zpracovávaného krmiva. Hruběji zrnité půdy bývají sypké a neaglomerují do shluků. Obvykle nezachovávají nadměrnou vlhkost, proto jsou kontaminanty snadno desorbovány. Jemněji zrnité půdy mají tendenci zadržovat půdní vlhkost a aglomerovat do shluků. Po vysušení mohou po zachycení v zavazadlovém prostoru vyprodukovat velké množství částic, které mohou vyžadovat recyklaci.

Kapacita zpracování pevných látek v systému tepelné desorpce je nepřímo úměrná obsahu vlhkosti v přiváděném materiálu. Přítomnost vlhkosti ve vytěžených půdách, které mají být ošetřeny v jednotce LTTD, určí požadovanou dobu zdržení a požadavky na vytápění pro účinné odstranění kontaminujících látek. Aby došlo k desorpci ropných složek, musí se v desorbéru odpařit většina půdní vlhkosti. Tento proces může vyžadovat další významný tepelný vstup do desorptoru a nadměrnou dobu zdržení půdy v desorbéru. Obsah vlhkosti také ovlivňuje plasticitu, která ovlivňuje zacházení s půdou. Půdy s nadměrným obsahem vlhkosti (> 20%) musí být odvodněny. Typické metody odvodňování zahrnují sušení vzduchem (pokud je k dispozici skladovací prostor pro rozprostření půdy), míchání se suššími půdami nebo mechanické odvodnění.

Přítomnost kovů v půdě může mít dva důsledky:

• Omezení likvidace pevných odpadů vzniklých desorpcí.
• Věnujte pozornost předpisům o kontrole znečištění ovzduší, které omezují množství kovů, které mohou být uvolňovány do komínových emisí.

Při normálním LTTD provozní teploty „těžké kovy pravděpodobně nebudou významně odděleny od půdy.

Vysoké koncentrace ropných produktů v půdě mohou mít za následek vysoké hodnoty zahřívání půdy. Teplo uvolňované z půdy může mít za následek přehřátí a poškození desorbéru. Půdy s hodnotami ohřevu vyššími než 2 000 Btu / lb vyžadují smíchání s čistšími půdami, aby se zředila vysoká koncentrace uhlovodíků. Vysoké koncentrace uhlovodíků v odpadním plynu mohou překročit tepelnou kapacitu přídavného spalování a potenciálně vést k uvolňování nezpracovaných par do atmosféry. Nadměrné hladiny složek v půdě mohou také potenciálně vést k tvorbě par v desorptoru při koncentracích přesahujících spodní mez výbušnosti (LEL). Při překročení LEL existuje nebezpečí výbuchu.

Návrh systému

Termín „tepelný desorbér“ popisuje primární proces čištění, při kterém se ohřívají ropou kontaminované materiály a desorbuje organické materiály na proplachovací plyn. Vlastnosti mechanického návrhu a provozní podmínky procesu se mezi různými typy systémů LTTD značně liší. Desorpční jednotky jsou: dostupné ve čtyřech konfiguracích:

1. Rotační sušička
2. Sušička kameniva na asfaltová zařízení
3. Tepelný šroub
4. Dopravníková pec

Ačkoli všechny systémy LTTD používají teplo k oddělení (desorpci) organických kontaminantů z půdní matrice, každý systém má jinou konfiguraci s vlastní sadou výhod a nevýhod. Rozhodnutí o použití jednoho systému nad druhým závisí na povaze kontaminantů, dostupnosti zařízení, výkonu systému a ekonomických hlediscích. Výkon systému lze vyhodnotit na základě pilotních testů (např. Testovací popáleniny) nebo prověření historických záznamů o výkonu stroje. Pilotní testy k vývoji podmínek zpracování obecně nejsou nutné pro půdy kontaminované ropou.

Rotační sušička

Rotační sušicí systémy používají válcový kovový reaktor (buben), který je mírně nakloněn od horizontály. Hořák umístěný na jednom konci poskytuje teplo ke zvýšení teploty půdy dostatečně, aby desorboval organické kontaminanty. Tok půdy může být buď souběžný nebo protiproudý ke směru toku čisticího plynu. Jak se buben otáčí, půda je dopravována bubnem. Zvedače zvedají půdu a přenášejí ji do blízkosti horní části bubnu, než jí umožní propadnout zahřátým proplachovacím plynem. Míchání v rotační sušičce zvyšuje přenos tepla konvekcí a umožňuje rychlé zahřívání půdy. Rotační desorpční jednotky se vyrábějí pro širokou škálu zpracovatelských kapacit; tyto jednotky mohou být buď stacionární nebo mobilní.

Maximální teplota půdy, kterou lze dosáhnout v rotační sušičce, závisí na složení pláště sušičky. Teplota vypouštění půdy z bubnů z uhlíkové oceli je obvykle 300 až 600 stupňů F. K dispozici jsou slitinové sudy, které mohou zvýšit teplotu vypouštění z půdy na 1 200 stupňů F. Většina rotačních sušiček, které se používají k ošetření půdy kontaminované ropou, je vyrobena z uhlíkové oceli. Poté, co ošetřená půda opustí rotační sušičku, vstupuje do chladicího dopravníku, kde se na půdu stříká voda pro chlazení a kontrolu prachu. Přidávání vody může být prováděno buď šnekovým dopravníkem nebo pugmillem.

Kromě směru proudění proplachovacího plynu vzhledem ke směru přívodu půdy existuje jeden hlavní rozdíl v konfiguraci mezi protiproudými a souběžnými rotačními sušičkami. Proplachovací plyn z protiproudé rotační sušičky je obvykle pouze 350 ° F až 500 ° F a nevyžaduje chlazení před vstupem do vakuové komory, kde jsou zachycovány jemné částice. Nevýhodou je, že tyto částice nemusí být dekontaminovány a obvykle se recyklují do sušičky. Protiproudové sušičky mají oproti souběžným systémům několik výhod. Jsou efektivnější při přenosu tepla z čisticího plynu do kontaminované půdy a objem a teplota výstupního plynu jsou nižší, což umožňuje plynu přejít přímo do vaku, aniž by bylo nutné ho ochladit. Teplota výstupního plynu z chladiče a menší objem eliminuje potřebu chladicí jednotky, která umožňuje následné zpracování vybavení být menší. Protiproudové systémy jsou účinné na ropných produktech s molekulovou hmotností nižší než topný olej č. 2.

V souběžných systémech je proplachovací plyn o 50 ° F až 100 ° F teplejší než teplota na výstupu z půdy. Výsledkem je, že výstupní teplota proplachovacího plynu se může pohybovat od 400 ° F do 1 000 ° F a nemůže jít přímo do vaku. Čisticí plyn nejprve vstupuje do přídavného spalování, aby dekontaminoval jemné částice, a poté vstupuje do chladicí jednotky před zavedením do vaku. Kvůli vyšší teplotě a objemu proplachovacího plynu, baghouse a všem ostatním následné zpracování zařízení musí být větší než v protiproudém systému. Souběžné systémy mají oproti protiproudým systémům několik výhod: přídavné spalování je umístěno proti proudu od vaku, což zajišťuje dekontaminaci jemných částic; a protože ohřátý proplachovací plyn je přiváděn na stejný konec bubnu jako přiváděná půda, půda se zahřívá rychleji, což má za následek delší dobu zdržení. Vyšší teploty a delší doba zdržení znamenají, že k úpravě půdy kontaminované těžšími ropnými produkty lze použít souběžné systémy. Současné systémy jsou účinné pro lehké a těžké ropné produkty, včetně topného oleje č. 6, ropy, motorového oleje a mazacího oleje.

Sušička kameniva na asfaltové rostliny

Hot-asfaltové závody používají kamenivo, které bylo zpracováno v sušičce před smícháním s tekutým asfaltem. Použití zemin kontaminovaných ropou pro kamenivo je velmi rozšířené. Souhrnné sušičky mohou být buď stacionární nebo mobilní. Schopnosti zpracování půdy se pohybují od 25 do 150 tun za hodinu. Půda může být začleněna do asfaltu jako proces recyklace nebo ošetřená půda může být použita pro jiné účely.

Asfaltové rotační sušičky jsou obvykle konstruovány z uhlíkové oceli a mají teplotu vypouštění půdy 300 ° F až 600 ° F. Sušičky agregátů asfaltových rostlin jsou typicky identické s protiproudými rotačními desorbéry popsanými výše a jsou účinné na stejné typy kontaminantů. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že přídavné spalování není nutné pro zabudování čistého kameniva do asfaltové směsi. V některých oblastech může být vyžadováno, aby asfaltárny, které používají kamenivo kontaminovanou zeminu, byly vybaveny přídavným spalováním.

Tepelný šroub

Tepelný desorptor šroubů se obvykle skládá z řady 1-4 šneků. Systém šneku dopravuje, mísí a ohřívá kontaminované půdy, aby odpařil vlhkost a organické nečistoty do proudu proplachovacího plynu. Šneky lze uspořádat do série, aby se prodloužila doba zdržení půdy, nebo je lze konfigurovat paralelně, aby se zvýšila propustnost. Většina tepelných šroubových systémů cirkuluje horké teplonosný olej dutými výběžky šneku a vraťte horký olej hřídelem do systému ohřevu teplonosné kapaliny. Zahřátý olej cirkuluje také skrz plášťovou žlab, ve kterém se každý šnek otáčí. Tepelné šrouby lze také ohřívat párou. Systémy ohřívané olejem mohou dosáhnout teploty půdy až 500 ° F a systémy ohřívané párou mohou ohřát půdu na přibližně 350 ° F.

Většina plynu vznikajícího při ohřevu teplonosného oleje nepřichází do styku s odpadním materiálem a může být vypouštěna přímo do atmosféry bez regulace emisí. Zbývající část spalin udržuje výstupní teplotu proplachovacího plynu pomocí tepelného šneku nad 300 stupňů F. Tím je zajištěno, že těkavé organické látky a vlhkost nekondenzují. Kromě toho recyklovaný spalin má nízký obsah kyslíku (méně než 2% objemová), který minimalizuje oxidaci organických látek a snižuje nebezpečí výbuchu. Pokud analytická data předúpravy ukazují na vysoký obsah organických látek (více než 4 procenta), doporučuje se použít termální šroub. Poté, co ošetřená půda opustí tepelný šroub, nastříká se na ni voda pro ochlazení a kontrolu prachu. K dispozici jsou tepelné šneky s kapacitou zpracování půdy v rozmezí od 3 do 15 tun za hodinu.

Jelikož jsou tepelné šneky nepřímo ohřívány, je objem proplachovacího plynu z primární jednotky tepelného zpracování menší než polovina objemu z přímo ohřátého systému se stejnou kapacitou zpracování půdy. Systémy čištění odpadního plynu proto sestávají z relativně malých provozů jednotek, které jsou vhodné pro mobilní aplikace. Nepřímé topení také umožňuje tepelným šroubům zpracovávat materiály s vysokým obsahem organických látek, protože recyklované spaliny jsou inertní, čímž se snižuje nebezpečí výbuchu.

Dopravníková pec

Dopravní pec používá pružný kovový pás k přepravě půdy primární ohřívací komorou. Po pásu se rovnoměrně rozloží vrstva zeminy o hloubce jednoho palce. Jak se pás pohybuje systémem, míchače půdy zvedají pás a otáčejí půdu, aby se zlepšil přenos tepla a těkavost organických látek. Dopravníková pec může ohřívat půdy na teploty od 300 do 800 stupňů F. Při vyšším teplotním rozmezí je dopravní pec účinnější při zpracování některých těžších ropných uhlovodíků, než jsou tepelné šneky ohřívané olejem nebo párou, sušičky kameniva na asfaltové rostliny a rotační sušičky z uhlíkové oceli. Poté, co ošetřená půda opustí dopravníkovou pec, je postříkána vodou pro chlazení a kontrolu prachu. Od února 1993 se v současné době k sanaci ropně kontaminované půdy používal pouze jeden systém dopravníkové pece. Tento systém je mobilní a dokáže zpracovat 5 až 10 tun půdy za hodinu.

Úprava offgas

Systémy čištění odpadního plynu pro systémy LTTD jsou navrženy tak, aby řešily tři typy látek znečišťujících ovzduší: částice, organické páry a oxid uhelnatý. Částice jsou řízeny jak mokrými (např. Venturiho pračkami), tak suchými (např. Cyklóny, baghouse) provozem jednotky. Rotační sušičky a sušičky asfaltových agregátů nejčastěji používají operace jednotky na čištění suchého plynu. Cyklóny se používají k zachycení velkých částic a snížení zatížení částic do zavazadlového prostoru. Bagny se používají jako konečné zařízení pro kontrolu částic. Systémy tepelných šroubů obvykle používají jako primární kontrolu částic Venturiho pračku.

Kontrola organických par je dosažena ničením nebo sběrem. Afterburners se používají po proudu od rotačních sušiček a dopravních pecí k ničení organických nečistot a oxidaci oxidu uhelnatého. Konvenční přídavné spalování je navrženo tak, aby teplota výstupního plynu dosáhla 1400 ° F až 1600 ° F. Účinnost organického ničení se obvykle pohybuje od 95% do více než 99%.

Kondenzátory a aktivní uhlí lze také použít k úpravě odpadních plynů z tepelných šnekových systémů. Kondenzátory mohou být buď vodou chlazené nebo elektricky chlazené systémy pro snížení teploty odpadního plynu na 100 ° F až 140 ° F. Účinnost kondenzátorů pro odstraňování organických sloučenin se pohybuje od 50% do více než 95%. Nekondenzovatelné plyny vystupující z kondenzátoru se obvykle upravují systémem úpravy aktivním uhlím v plynné fázi. Účinnost adsorpčních systémů s aktivním uhlím pro odstraňování organických kontaminantů se pohybuje od 50% do 99%. Kondenzát z kondenzátoru se zpracovává fázovým separátorem, kde se odděluje organická složka nevodné fáze a likviduje se nebo recykluje. Zbývající voda se poté zpracuje pomocí aktivního uhlí a použije se k opětovnému zvlhčení ošetřené půdy.

Teplota zpracování je klíčovým parametrem ovlivňujícím stupeň zpracování organických složek. Požadovaná teplota zpracování závisí na konkrétních druzích kontaminace ropou v půdě. Skutečná teplota dosažená systémem LTTD je funkcí obsahu vlhkosti a tepelné kapacity půdy, velikosti půdních částic a vlastností přenosu tepla a směšování tepelného desorbéru.

Doba pobytu je klíčovým parametrem, který ovlivňuje míru dosažitelnosti dekontaminace. Doba setrvání závisí na konstrukci a provozu systému, charakteristikách kontaminujících látek a půdy a stupni požadovaného ošetření.

Reference