Z

1
Zöld kémia és környezeti katalízis

• BME Kémiai Technológia Tanszék
• Dr Tungler Antal egyetemi tanár
• 2005

2
Az eloadások témakörei

• Bevezeto, E faktor, atomszelektivitás
• Zöld kémia alapelvei
• Szénhidrogénipar környezeti hatásai
• Szilárd savas katalízis
• Tüzeloanyagcellák
• A szervetlen vegyipar és a szerves hulladékok
  ártalmatlanítása
• Zöld kémiai eljárások
• BAT
• Légszennyezok katalitikus ártalmatlanítása
• WAO és CWAO

3
A vegyipar 30 üzletága
A vegyipar nyersanyagai
Intermedierek Monomerek
Formulázott Gyártottt Formatervezett vegyitermékek
Polimerek Vegyi végtermékek
Vég-termékek
Alapvetõ petrolkémiai termékek S, só Foszfát
ásvány Ásványok Egyebek
Szerves Vegyipari termékek Ipari
gázok Szervetlen termékek Ammónia
Muanyagok, Gyanták Elasztomerek Szintetikus
szálak Szinezékek Pigmentek Felületaktív anyagok
Gyógyszerek Szappanok Mosószerek Kozmetikumok Fest
ékek, lakkok Tinták Ragasztók Növényvédõ- szerek
Mûtrágyák Fogyasztási és ipari speciális
termékek
Textíliák Gumitermékek Fotóvegyszerek Víz és
hulladékkezelés Illatanyagok Folyékony
hatóanyagok Széntermékek Robbanószerek Mûanyag
termékek
4
Tények

• A kémia és a vegyi termékek a gazdaság egyik
  alapját jelentik az iparilag fejlett országokban.
• Bizonyos vegyi anyagok eloállítása, feldolgozása,
  használata és lerakása jelentos kárt okoztak az
  emberi egészségben és a környezetben.
• Az elmúlt idoben több mint 1012 dollárt költöttek
  a környezetvédelemre.
• Jelenleg a kémikusok birtokában vannak annak a
  tudásnak, amivel a vegyianyagokat és eljárásokat
  olyan módon alakíthatják, hogy ne vagy alig
  jelentsenek veszélyt az egészségre és a
  környezetre.
• A zöld kémiai kutatások eredményeként lehetoség
  van a vegyi anyagok, szintézisek, eljárások
  kialakítására oly módon, hogy környezetbarátak és
  gazdaságosak is legyenek egyben.

5
Zöld kémiai megoldások

• Megújuló nyersanyagok
• Alternatív reagensek
• Katalízis, biokatalízis
• Atomszelektív szintézis
• Környezetbarát oldószerek

6
Az E faktor
Iparágazat Termékvolumen tonna/év kg melléktermék/kg termék
alapanyagok 104-106 lt 1?5
finomkémiai termékek 102-104 5? gt50
gyógyszerek 10-103 25? gt100
EQ environmental quotient-környezeti tényezõ az
E faktort megszorozzuk egy önkényesen
megválasztott károssági Q faktorral. Például a
NaCl Q értéke legyen 1, a nehézfém króm sóinak Q
értéke pedig a mérgezõ hatástól függõen 100 és
1000 közötti. Ezek vitatható értékek, de
összehasonlításra alkalmasak.
7
Atomszelektivitás atomszelektivitás vagy
atomhasznosítási tényezõ ( a kívánt termék
molekulatömege osztva a reakcióegyenletben
szereplõ összes termék molekulatömegének
összegével) az atomszelektivitás az adott reakció
vagy eljárás környezetbarát illetve
környezetszennyezõ voltáról ad tájékoztatást
8
A zöld kémia célja a termékekhez és eljárásokhoz
kapcsolódó veszélyek csökkentése az életminoség
ipari termelés által szolgáltatott színvonalának
javításával együtt. A következokben ennek 12
alapelvét adjuk meg.

• Jobb megakadályozni a hulladék keletkezését, mint
  kezelni vagy eltakarítani keletkezése után.
• A szintetikus módszereket úgy kell kialakítani,
  hogy maximalizálják a végtermékbe beépülo anyagok
  mennyiségét, amelyeket a folyamatban használnak.
• Ahol lehetséges, a szintetikus módszereket úgy
  kell megtervezni, hogy ne használjanak vagy
  termeljenek az egészségre vagy a környezetre
  káros anyagokat.
• A kémiai termékeket úgy kell tervezni, hogy
  funkciójuk megorzése mellett csökkenjen
  toxicitásuk.
• A használt adalékok (oldószerek, elválasztást
  segíto anyagok) ha lehet, kiküszöbölendok,
  amennyiben használják oket, legyenek
  ártalmatlanok.
• Az energia igények, környezeti hatásukat
  felismerve, csökkentendok, a szintetikus
  módszerek a szobahomérséklethez közeliek és minél
  kisebb nyomáson alkalmazhatóak legyenek.

• Ahol gazdasági és muszaki szempontból lehet,
  használjanak megújuló nyersanyagokat.
• Szükségtelen származék képzést lehetoleg kerüljék
  el.
• A katalitikus reakciók (a legjobb
  szelektivitásúak) jobbak, mint a nem-katalitikus
  reakciók.
• A vegyi termékeket úgy tervezzék, hogy
  alkalmazásuk végeztével ne kerüljenek ki a
  környezetbe és bomoljanak le káros anyagokká.
• Az analitikai módszerek továbbfejlesztésével
  biztosítani kell az azonnali elemzés és folyamat
  ellenorzés lehetoségét, hogy elkerüljék a
  veszélyes anyagok keletkezését.
• A kémiai folyamatokban használt anyagokat és
  formájukat úgy kell kiválasztani, hogy
  minimalizálják a kémiai balesetek, kibocsátások,
  robbanások, tüzek lehetoségét.

9
Koolaj és földgáz keletkezése és elofordulása

• Tengerben élt egysejtuek elhalása nyomán
  keletkezett iszap (szapropél) anaerob(légmentes)
  bomlása révén.
• A koolaj és a földgáz gyakran együtt fordulnak
  elo. Tengeri eredetu üledékes kozetekben
  találhatók, parthoz közeli tengerek alatt.
• Jellegzetes telepek gázenergiával és
  vízenergiával.

10
Koolaj és földgáz elofordulások

• Európa Északi Tenger (UK, Norv.) Románia
• Amerika Texas, Alaszka, Mexico, Venezuela
• Ázsia Oroszo., Kaukázus, Aral tó, Kína, Vietnam,
  Irak, Irán, Szaud-Arábia, Arab Emirátusok, Kuvait
• Afrika Nigéria, Líbia, Algéria
• Ausztrália, Indonézia
• Koolaj világtermelés
• 3109 tonna/év 22 Gigabarrel/év
• (1 Barrel 159 liter)

11
Koolaj logisztikája

• Kutatás geológiai, fúrás
• Feltárás fúrás (rotary, turbinás)
• Termelés elsodleges (saját nyomás hozza
  felszínre), másodlagos (visszasajtolt gáz vagy
  víz hozza fel)
• Elokészítés víz és gáz elválasztás
• Tárolás fix vagy úszó fedelu tartályokban,
  kisebb, föld alatti tartályok (benzin kutaknál)
• Szállítás csovezetéken, tartályhajókon, vasúti
  tartálykocsikban, tankautókon

12
Földgáz logisztikája

• Kutatás geológiai, fúrás
• Feltárás fúrás (rotary, turbinás)
• Termelés elsodleges (saját nyomás hozza
  felszínre)
• Elokészítés víz és magasabb forrpontú
  komponensek elválasztása
• Tárolás föld alatti, kimerült gázmezokbe
  visszasajtolva
• Szállítás csovezetéken, tartályhajókon
  mélyhutéssel

13
Koolaj és földgáz kémiai összetétele

• Koolaj
• Paraffinos
• Közbülso
• Nafténes (aszfaltos)
• Kéntartalom szerinti osztályozás
• Technikai szempontú frakciók
• Benzin, petróleum, kerozin, gázolaj (fehérárúk)
• Kenoolajok
• Paraffin
• Aszfalt, bitumen

• Földgáz
• CH4, E, PB, H2S, CO2, H2O, He
• Metános, széndioxidos, nedves gázok

14
Koolajfeldolgozás

• Desztilláció atmoszférikus, vákuum
• Forrpont szerinti elválasztás
• benzin 50-200oC
• petróleum 150-250oC
• gázolaj 200-360oC
• Futo és kenoolajok, szilárd termékek, paraffin,
  bitumen

Hajtóanyagok felhasználása Otto motor, benzin
(oktánszám, aromás tartalom, illékonyság) Gázturb
ina, kerozin (kéntartalom) Diesel motor,
gázolaj (cetánszám, kéntartalom, dermedéspont)
15
Desztillált koolajfrakciók továbbfeldolgozása

• Kénmentesítés katalitikus!
• Krakkolás katalitikus!
• Hidrokrakkolás katalitikus!
• Reformálás katalitikus!
• Maradékfeldolgozás termikus
• Kevero komponens gyártás katalitikus!

16
Feldolgozási technológiák kémiai alapjai
17
Integrált finomítói struktúrák
Hydroskimming
18
Integrált finomítói struktúrák
Catalytic cracking--visbreaking
19
Integrált finomítói struktúrák
Hydrocrackingcatalytic cracking
20
Integrált finomítói struktúrák
Hydrocracking--coking
21
Hozamadatok különbözo finomítói struktúrákra
könnyu arab olaj feldolgozásánál
22
Környezetvédelem az olaj és gáziparban

• Kibocsátások légkörbe, talajvízbe, talajba,
  tengerbe
• Kibocsátások kutatás, termelés, feldolgozás,
  tárolás és szállítás során (hatalmas szállítási
  távolságok és mennyiségek !!!)

23
Finomítói légszennyezések
Szennyezok Források
CO2 Process furnaces, boilers, gas turbines, FCC regenerators, CO boilers, flare systems, incinerators
CO Process furnaces, boilers, FCC regenerators, CO boilers, flare systems, incinerators, sulfur recovery units
NOx Process furnaces, boilers, gas turbines, FCC regenerators, CO boilers, flare systems, incinerators, coke calciners
Részecskék, fémek is Process furnaces, boilers, gas turbines, FCC regenerators, CO boilers, cke plants, incinerators
Sulfur oxides Process furnaces, boilers, gas turbines, FCC regenerators, CO boilers, flare systems, incinerators, sulfur recovery units
VOCs Storage and handling facilities, flare systems, gas separation units, oil/water separation units, fugitive emissions (valves, flanges)
24
(No Transcript)
25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
27
Energy consumption in refineries
28
Sav-bázis katalízis
Lewis savak, Brönsted savak, felületi savas
helyek, zeolitok
Bázisok Oxid katalizátorok alkálifém vagy
alkálifémoxid, alkáliföldfémoxid tartalommal
29
Savas katalizátorok aktivitássorrendje
Savas katalizátorok a növekvo aktivitás sorrendjében n-C5 izomerizáció Pt hordozó Reakció homérséklet oC-ban Propilén polimerizáció 200oC-on Konverzió n-heptán krakkolása, a 10 konverzió eléréséhez szükséges homérséklet
?-alumíniumoxid inaktív 0 inaktív
szilíciumdioxid inaktív 0 inaktív
ZrO2 inaktív 0 inaktív
TiO2 inaktív 0 inaktív
Kis felületu ?-Al2O3 500oC lt 1 inaktív
Nagy felületu ?-Al2O3 450oC 0-5 490oC
Klórozott ?-Al2O3 430oC 10-20 475oC
Magnézium-szilikát 400oC 20-30 460oC
Heteropolisavak nem stabil 70-80 nem stabil
Fluorozott ?-Al2O3 380oC gt 80 420oC
Alumíniumszilikát 360oC gt 90 410oC
Ioncserélt zeolitok 260oC gt 95 350oC
Szilárd foszforsavak - 90-95 nem stabil
AlCl3, HCl/Al2O3 120oC 100 100oC
30
Zeolitok
A zeolitok olyan kristályos szerkezetû
aluminoszilikátok, amelyek szabályos szerkezetû
molekuláris méretû üregeket és ezeket összekötõ
csatornákat, az alumínium negatív töltését
kiegyenlítõ kationokat és szerkezetileg kötött
vizet tartalmaznak.
31
Zeolitok kristályszerkezete és pórusszerkezete
32
Az alakszelektivitás érvényesülése
33
Zeolitok fontosabb jellemzõi Si-Al arány,
kristályforma, beépült kation. Katalitikus
alkalmazásuk a következõ reakciókban
lehetséges izomerizálás krakkolás alk
ilezés polimerizálás dehidratálás oxid
áció ciklizálás
Zeolitok katalizátorként való alkalmazásánál
három fõ szempont van geometriai-sztérikus
molekulaszurõ hatás, anyagtranszport a
pórusokban - alak-szelektivitás, felületi aktív
centrumok - savas helyek.
Mesterséges zeolitok elõállítására az un.
hidrotermális kristályosítást használják. Eközben
sor kerülhet az un. templátok alkalmazására
kvaterner ammónium vegyületeket vagy tercier
aminokat adnak a reakcióelegyhez, amiben a
zeolitokat szintetizálják.
34
Szilárd savas katalizátorok
35
Megújuló üzemanyagforrások

• Biodízel
• repceolajmetanol?zsírsavmetilészter
• Drága, nem hatékony
• Bioetanol
• ott, ahol sok a szénhidrát tartalmú hulladék
• Biogáz
• helyben történo felhasználásra

36
Tüzeloanyagcellák Fuel cells
A tüzeloanyagcella két elektródból és a köztük
lévo elektrolitból áll. Az egyik elektródhoz
oxigént, a másikhoz hidrogént vezetve
elektromos áramot, hot és vizet termel. A
hidrogént vezetjük az anódhoz, az oxigént a
katódhoz. Az elektródok katalitikusan aktív
anyagot tartalmaznak, ezen a hidrogén protonná
és elektronná alakul. A proton áthalad az
elektroliton és a katódon az oxigénnel és az
áramkörön át megérkezo elektronnal vízzé alakul.
37
Tüzeloanyag cellák kapcsolási vázlata a.
hidrogén /széndioxid gázkeverékreb. metanolra,
dimetiléterre
38
A tüzeloanyagcella és a hagyományos Carnot ciklus
hatásfoka a homérséklet függvényében
39
Tüzeloanyagcella hatásfoka
Termodinamikai hatásfok efftd ?G/?H ?G -
nFE ahol n az elektronszáma a folymatnak, F a
Faraday konstans (96500 As) E az elméleti
cellapotenciál. Ebbol levezetheto az
elektrokémiai hatásfok effel V/E ahol V a
cellafeszültség. A hidrogén-oxigén cellára
25oC-on a megfelelo értékek ?H -287 kJ/mol, ?G
-238 kJ/mol, ?S -164 JK-1mol-1, n 2 Ezekbol
az értékekbol számolva efftd 0,83, E
1,23V Terhelés alatt (100mA/cm2) a cella
feszültség kb. 0,85V lehet. Ebbol az
elektrokémiai hatásfok effel Vterh/E
0,85/1,23 0,69 A termikus hatásfokot úgy
kapjuk, hogy kiszámoljuk a hidrogén-oxigén
reakció entalpiájából a vonatkozó feszültséget
(287 kJ/mol)/(296,5 kAs) 1,5V 0,85/1,5 0,57
40
Alkálikus elektrolittal a következo reakciók
játszódnak le A katódon O2 2 H2O 4 e- ? 4
OH- Az anódon 2 H2 4 OH- ? 4 H2O 4 e- A
bruttó reakció 2 H2 O2 ? 2 H2O
Savas elektrolittal a következo reakciók
játszódnak le A katódon ½ O2 2 H 2 e- ?
H2O Az anódon H2 ? 2 H 2 e- A bruttó
reakció H2 ½ O2 ? H2O
41
Az energia átalakítás hatásfoka az eromu
nagyságától függoen összehasonlítva polimer savas
elektrolitos és szilárd oxidos tüzeloanyagcellákév
al
42
Proton cserélo membrán cella Nafion membrán,
elektrokatalizátor, porózus karbon elektródon.
43
TEM-kép a 20 t. Pt3Sn/Vulcan E-TEK katalizátorról
44
A tüzeloanyag cellák osztályozása Direkt Indi
rekt Közvetlenül oxidálják az üzemanyagot Elozetes
üzemanyag átalakítással muködnek, ez
csökkenti a hatásfokot Muködési homérséklet
szerint Nagy közepes alacsony Muködési nyomás
szerint Nagy közepes alacsony Az üzemanyag és
az oxidálószer szerint Gázalakú reaktánsok
(hidrogén, ammónia, levego, oxigén) Folyadék
üzemanyagok (alkoholok, hidrazin,
szénhidrogének) Szilárd üzemanyagok (szén,
hidridek) Elektrolit szerint Lúgos cellák
(AFC). Foszforsavas cellák (PAFC). Karbonát
olvadékos cellák (MCFC). Szilárd oxid cellák
(SOFC). Protoncserélo membrános cellák (PEMFC).
Az elektrolit lehet folyadék halmazállapotú, ezek
a mobil elektrolitos rendszerek, ha az elektrolit
szilárd mátrixba van felitatva, akkor ezeket
immobil vagy mátrix rendszereknek hívják. AFC
KOH oldat elektrolit, CO2 mentes üzemanyagot és
levegot igényel. Az elektródok lehetnek nikkel,
vagy platina fémmel készültek, a katód szénbol és
muanyagból.
45
MCFC anód porózus nikkel, oxidokkal keverve, a
katód lítium tartalmú szinterelt nikkel-oxid. Az
elektrolit Li-K karbonát, lítium-aluminát
mátrixban, a cellák bipoláris konfigurációjúak.
Muködési homérséklet kb. 700oC. Tipikus elektród
reakciók Anódon H2 CO32- ? H2O CO2 2
e- Katódon ½ O2 CO2 2 e- ? CO32- PAFC
elektrolit foszforsav szilíciumkarbid mátrixban,
elektródok Pt/C/PTFE, bipoláris lemezek
grafit-muanyag kompozitokból készülnek. Ezek a
cellák átalakított üzemanyaggal is muködnek, mert
a széndioxid és a szénmonoxid nem
zavarnak. PEMFC elektrolit lemez szulfonált
politetrafluoretilén. SOFC elektrolit Y2O3 és
ZrO2 keveréke, muködési homérséklet 1000oC.
Anódos reakciók H2 O2- ? H2O 2 e- CO O2-?
CO2 2 e- Katódos reakció ½ O2 2 e- ?
O2- Anód anyaga Ni/ZrO2, katód anyaga LaMnO3.
46
Siemens PEMFC egység
Teljesítmény 40 kW
Feszültség 109 V
Elektromotoros ero 160 V
Áramleadás 350 A
Cellaméret 41  41  56 cm3
Térfogat 94 L
Tömeg 280 kg
Cellák száma 160
Integrált H2 nedvesíto

47
Stabil beépítésu tüzeloanyagcella rendszer
részeigáz kompresszorok, reformer, katalitikus
égeto, áramátalakító.
48
Elonyök Hátrányok
Fosszilis tüzeloanyag megtakarítás a jobb hatásfok révén Nagy bekerülési költség
Kis szennyezés A gázalakú üzemanyag tárolók nagy tömege és térfogata
Ivóvíz minoségu vizet termelnek A hidrogén cseppfolyósítás energiaigénye mintegy 30-a a tárolt energiának
Kevés mozgó alkatrész A tiszta hidrogén jelenleg túl drága. Nem versenyképes
Kis zajszint A hidrogén elosztó infrastruktúra jelenleg hiányzik
Kis karbantartás igény A cellák élettartama nem ismert pontosan (40e óra savas, 10e óra lúgos, 5e óra nagy homérsékletu cellákkal az eddig elért üzemido laborban)
Gyors beindítás A lúgos cellákban elbomlik a széndioxid, emiatt a hidrogénbol és a levegobol el kell távolítani
A regeneratív hidrogén-oxigén rendszer energiatárolást tesz lehetové A szénhidrogének direkt oxidációjával muködo cellák húsz év kutatás után is laboratóriumi szinten vannak
Olcsó futoanyagok használhatóak a nagy homérsékletu rendszerekben
Az együttes hotermelés javítja a nagy homérsékletu rendszerek hatásfokát
A tüzeloanyag cellák alkalmasak a jövobeli nukleáris-szoláris-hidrogén folyamatokban
A tüzeloanyagcellás autó battériák az elektromos jármuveket hatékonyabbá és újratölthetové teszik
Hidrogén és oxigén elektródokat más rendszerekben is használnak (Ni-H2, Zn-levego, Al-levego)
49
Különbözo tüzeloanyagcellákban használt anyagok
50
Különbözo tüzeloanyag-cellák muködési paraméterei
51
Necar III elektromos autó a Daimler-Benz
fejlesztésében
52
Szervetlen vegyipar ágazatai

• Kénsav és származékai H2SO4, H3PO4, Al-szulfát
• Ipari gázok nitrogén, oxigén, széndioxid,
  szintézis gázok
• Nitrogén vegyületek ammónia, salétromsav,
  ammónium nitrát és szulfát
• Mészko termékek mész, szóda, kalciumklorid,
  nátriumszilikát (vízüveg)
• Kosó termékek nátriumhidroxid, klór, hidrogén,
  sósav
• Egyebek titándioxid, káliumhidroxid, korom

53
Szilikátiparok

• Kerámiai iparok fogyasztói építoipar,
  hiradástechnika, kohászat, fémmegmunkálás
• Aluminoszilikátok, több komponensu rendszerek
• Durva- (tégla, cserép), finomkerámia (porcelán),
  oxidkerámia (félvezetok, ferritek), fémkerámia
• Építoipari kötoanyagok
• Mész, cement, beton
• Üvegipar zománcipar
• Síküveg, öblösüveg, hoálló üveg, vegyipari
  készülékek

54
Építoipari kötoanyagok

• A kötoanyagok kémiai és fizikai folyamatokban
  pépes vagy folyékony állapotból szilárd
  állapotúvá válnak és a beléjük kevert szilárd
  anyagokat összeragasztják.
• Természetes (agyag, bitumen) vagy mesterséges
  (mész, gipsz, cement) eredetuek.
• Hidraulikus (cement) és nem hidraulikus (mész,
  gipsz) kötoanyagok.
• Két fázis kötési és szilárdulási szakasz.
• Mész
• égetés CaCO3 ? CaO CO2
• oltás CaO H2O ? Ca(OH)2
• kötés Ca(OH)2 CO2 ? CaCO3 H2O
• Gipsz
• CaSO4 2 H2O ? CaSO4 anhidrit 2 H2O 180-200oC
• Cement
• Alapanyag agyag és mészko Muveletek orlés és
  égetés
• 1100-1450oC
• Szilárdulás, kötés hidrolízis és hidratáció
• Beton cementkavicsacél nagynyomószilárdság jó
  húzószilárdság

55
Vegyipari hulladékok cementgyári ártalmatlanítása

• Hulladékok megnevezése
• hidraulikus olajok, klórmentes szigetelo olajok
• kenoolajok
• fa hulladékok
• szennyvíziszapok
• gumi hulladék
• papír, karton
• petrolkoksz
• papíriszap
• muanyagok
• kohászati hulladékok
• útfenntartási hulladékok
• ón visszaforgatási hulladékok
• talajok, építési törmelékek szerves anyag
  tartalommal

56
Halogénezett aromás szénhidrogének
ártalmatlanítása

• A halogénezett aromás vegyületek égetése vagy
  klinker kemencében való megsemmisítés (dioxin
  képzodést ki kell zárni)

• Katalitikus hidrodehalogénezés, recycling

57
Titán-szilikalit katalizátorok alkalmazásai
szelektív oxidációkban

• Nincs káros melléktermék, csak víz
• A hidrogénperoxid nem olcsó, de ezt ellensúlyozza
  a reakciók jó szelektivitása

58
Sztereoszelektív reakciók a nem kívánt izomer
csökkentésére

• A hidrogénezés közti terméke ciklohexanon
  származék, lúgos közegben az ekvatoriális alkohol
  képzodik feleslegben.

59
Katalitikus aszimmetrikus szintézisekMinden
100 szelektivitású lépés megfelezi a kiindulási
anyag szükségletet !

• Homogén, átmenetifém katalizált reakciók, királis
  ligandumok használatával

• Heterogén katalitikus reakciók, királis szintonok
  vagy módosítók alkalmazásával, elsosorban
  folyadék fázisú hidrogénezések

60
Biomimetikus katalizátorokFotokémiai,
elektrokémiai átalakítások

• Enzimeket utánzó komplex katalizátorok Jacobsen
  katalizátor oxidációban
• Ship in the bottle katalizátorok
• Fénnyel iniciált, TiO2-dal katalizált oxidációk
• Elektrokémiai redukciók és oxidációk

61
Alternatív nyersanyagok
62
Az IPPC Direktíva

• Integrated Pollution Prevention and Control
• Ez az ipari üzemek bizonyos kategóriáit érinto
  engedélyezo rendszer, amivel, mind az üzemet
  muködtetok, mind a hatóságok áttekintést
  szerezhetnek az üzem szennyezo és felhasználói
  potenciáljáról. Az ilyen integrált megközelítés
  általános célja az, hogy javítsa az ipari
  folyamatok menedzselését és ellenorzését, s ez
  által is biztosítsa a környezet egészének magas
  szintu védelmét.

63
Mi a BAT?

• Best Avaliable Technique a hozzáférheto legjobb
  technika
• A tevékenység fejlesztés leghatékonyabb és
  legfejlettebb módszerei, a muködtetés azon módja,
  ami szerint az egyes technikák gyakorlati
  alkalmazásával lehet bizonyos emissziós szinteket
  biztosítani. Ezek a technikák az emisszió és a
  környezet terhelésének megakadályozását, vagy ha
  ez nem lehetséges, a csökkentését eredményezik.

64
A BAT értelmezése

• Technikán értjük a használatos technológiát,
  továbbá az üzem tervezésének, építésének,
  fenntartásának, muködtetésének és leszerelésének
  módját,
• Hozzáférheto technikák azok, amelyeket
  megfelelo léptékben kifejlesztettek, s ily módon
  alkalmazhatóak az adott ipari ágazatban,
  gazdaságosan és muszakilag életképesen,
  figyelembe veszik a költségeket, az elonyöket,
  továbbá, hogy a kérdéses tagállamban alkalmazzák
  vagy létrehozzák-e ezt a technikát, ameddig ez a
  muködtetonek észszeruen hozzáférheto,
• A legjobb azt jelenti, hogy a leghatásosabb a
  környezet leheto legjobb védelmének
  megvalósítására.

65
A BAT alkalmazása

• Az környezetvédelmi engedély köteles
  létesítményeknek meg kell felelniük többek között
  az elérheto legjobb technikákra (BAT) vonatkozó
  eloírásoknak is.
• Környezethasználati engedélyt kiadó hatóságnak
  kell meghatározni az adott esetre alkalmazható
  BAT-ot, ehhez nyújtanak segítséget a BAT
  referencia dokumentumok, rövidítéssel BREF-ek.

66
EU által már publikált BREF-ek

• Papír és rost eloállítás
• Vas és acélgyártás
• Cement és mész eloállítás
• Hutorendszerek
• Klór-alkáli eloállítás
• Vastartalmú fém eloállítás
• Színesfém eloállítás
• Üveggyártás
• Szormék és borök cserzése
• Kommunális szennyvíz és hulladék gáz kezelés,
  vegyipari kezelési rendszerek
• Finomítók
• Nagy volumenu szerves vegyianyagok

67
BREF dokumentumok célja

• Megbízható viszonyítási alap szolgáltatása,
  aminek alapján jól meghatározhatók a legjobb
  eljárások, technikák.
• Hangsúlyozzák, hogy figyelembe kell venni a
  következo tényezoket
• Speciális helyi, üzemi körülmények
• Muködo üzemeknél a korszerusítés gazdaságossága
• A teljes környezet leghatékonyabb védelmét
  szolgáló legjobb megoldás megtalálása.

68
BREF dokumentumok felépítése

• Összefoglaló
• Bevezetés
• 1. Általános információk
• 2. Az iparágban használt eljárások
• 3. A kibocsátási és felhasználási adatok
• 4. BAT-ként használható kibocsátás csökkentési
  eljárások
• 5. A legjobb elérheto technikák (BAT)
• 6. Új technológiák
• 7. Összefoglaló megjegyzések
• Függelék

69
Nagy volumenu szerves vegyianyagok (NVSV) BREF
felépítése

• 1 általános háttér információkat ad az NVSV
  folyamatok gazdasági és logisztikai
  vonatkozásairól.
• 2 összefoglalja a közös tevékenységeket
  (alapfolyamatok és alapmuveletek), amik több NVSV
  folyamatban elofordulnak.
• 3 megadja a fobb NVSV termékek eloállításának
  rövid leírását és áttekinti azokat a speciális
  technikákat, amiket a környezeti problémák
  megoldására alkalmaznak.
• 4 megadja a levego, víz és hulladék emissziók
  általános eredetét és lehetséges összetételüket.
• 5 általános formában leírja az emisszió
  csökkentési és más technikákat, amelyek a
  legfontosabbak a BAT és a BAT alapú engedélyezési
  feltételek meghatározásánál. Ezek az információk
  tartalmaznak elérendo emissziós szinteket,
  költségbecsléseket.
• 6 adja meg a technikákat és emissziós/fogyasztási
  szinteket, amiket BAT-ként lehet tekinteni az
  NVSV ágazatban.
• 7-13 áttekintik részletesen a bemutató
  folyamatokat, amelyek hivatottak értelmezni a BAT
  alkalmazását a NVSV ágazatban.

70
NVSV folyamatok jellemzoi

• a termék ritkán közvetlen fogyasztásra szánt
  anyag, de nagy volumenben használt vegyület, amit
  nagy mennyiségben használnak más anyagok
  eloállítására
• a termelés folytonos üzemmódban történik
• a terméket nem formulált vagy kevert formában
  állítják elo
• a termék viszonylag kis hozzáadott értéku
• a termék specifikációt úgy adják meg, hogy széles
  köru alkalmazást tesz lehetové ( a finom
  kemikáliákkal összehasonlításban például).

71
NVSV folyamatok részletezése
ALÁGAZAT BEMUTATÓ FOLYAMAT
Kisebb olefinek Pirolízis
Aromások BTX
Oxigéntartalmú vegyületek Etilénoxid?etilénglikol, Formaldehid
Nitrogéntartalmú vegyületek Akrilnitril, Toluoldiizocianát
Halogénezett vegyületek Etiléndiklorid(EDC)?Vinilklorid (VCM)
Kénvegyületek -
Foszfor vegyületek -
Fémorganikus vegyületek -
72
A dokumentum felosztása
Felosztás Tényleges BREF fejezetek
A rész Általános technikák Fejezet 2 Általános NVSV termelési eljárások
B rész Ipari alágazatok Fejezet 3 Alkalmazott folyamatok és technikák Fejezet 4 Általános emissziók Fejezet 5 A BAT meghatározáshoz alkalmazott technikák Fejezet 6 Általános BAT
C rész Bemutató folyamatok Fejezet 7 Kisebb olefinek Fejezet 8 Aromások Fejezet 9 Etilénoxid/etilénglikolok Fejezet 10 Formaldehid Fejezet 11 Akrilnitril Fejezet 9 EDC/VCM Fejezet 10 TDI
73
Általános BAT

• Egy adott NVSV folyamat BAT meghatározható a
  következo sorrendben alkalmazva a forrásokat
• Bemutató folyamat BAT (ha van)
• NVSV általános BAT
• Vonatkozó horizontális BAT, különös tekintettel a
  BREF a szennyvíz, véggáz kezelés, tárolás,
  szállítás, hutés és monitorozás területérol.
• Az általános BAT részei
• menedzsment rendszerek,
• szennyezés megelozés/minimalizálás,
• légszennyezés ellenorzés,
• víz szennyezés ellenorzés,
• hulladék/maradék ellenorzés.

74
Miben segít a BREF dokumentum?

• Eligazít abban, hogy az engedélyezési folyamat
  során hogyan járjunk el a BAT meghatározási
  folyamatában
• Útmutatást ad, hogy milyen elvek alapján
  határozzuk meg az adott esetben a BAT-ot
• Tájékoztat EU országok gyakorlatáról, emissziós
  határértékekrol.

75
Konklúzió

• Az EU a BAT meghatározásnál nem mondja meg, hogy
  mit csináljunk, milyen feltételeket szabjunk.
• Az EU megmondja, hogy hogyan végezzük el a
  feltételek kialakítását az adott körülményeknek
  megfeleloen.

76
A légszennyezodés forrásai ipari muveletek,
vegyipartüzelés, eromuvek, robbanómotoros
jármuvek.Fontosabb szennyezo anyagok CO, NO,
SO2, szénhidrogének, fluorozott és klórozott
szénhidrogének.

• Szennyezõ anyagok termikus és katalitikus
  eltávolítási módszerei
• Diesel füst oxidáció
• Szénhidrogének oxidáció
• CO oxidáció
• Mérgezo szerves anyagok oxidáció és termikus
  bontás 1200oC felett
• NO redukció
• Klórozott szénhidrogének veszély a dioxin
  képzodés.
• Ipari szagtalanítás
• Zsírok enyv, hal, kávé, PVC, poliuretán
  feldolgozás, gépkocsi fényezés.

77
Légszennyezok katalitikus oxidációja
szennyezett levego
hocserélo
katalizátorágy
tisztított levego
láng
tüzeloanyag
78
NOx kibocsátás salétromsavgyártásnál, ipari
tüzeloberendezéseknél
Véggázok 0.08-0.03 Nox 2-3 O2
tartalmúak. Redukálószerek H2,
szénhidrogének, NH3. H2 NO2? NO H2O 2H2
2NO ? 2H2O N2 A hidrogén redukálószer esetén
a katalizátor monolit hordozós platina. A
szükséges minimális belépési hõmérséklet
hidrogénnel 470K, metánnal 750K, propán-butánnal
520K. Az oxigén eltávolítás, mivel gyorsabban
reagál, mint a nitrogénoxidok, növeli a
redukálószer igényt és a hõmérsékletet. Az
ammónia használatának az az elõnye, hogy
szelektíven csak a nitrogénoxidokkal reagál.
Ilymódon kevesebb kell belõle, viszont drágább,
mint a szénhidrogének. 6NO2 8NH3 ? 7N2 12H2O
6NO 4NH3 ? 5N2 6H2O Katalizátorok Pt,
Ru/ Al2O3, Cu-zeoliton, V2O5 /Al2O3, TiO2.
79
A gépkocsi kipufogó gázok tisztítása

• Kezdetek California 1960-as évek, Los Angeles
  nyári szmog
• Törvények az emissziós limitekrol
• Kisebb, hatékonyabb motorok
• Katalitikus konverter
• Fejlesztések a nagy autógyártóknál és a
  katalizátorgyártóknál

80
A motorban és a katalitikus konverterben
végbemeno reakciók és ezek termékei
81
A katalitikus konverterben lejátszódó reakciók és
termékeik
82
(No Transcript)
83
Katalizátor nagyított képe
                                              
                   Washcoats on automotive
catalyst can have different surface structures
as shown with SEM micrographs.
84
Tipikus kipuffogó katalitikus konverter felépítése
85
Gépjármu katalizátorok jellemzoi

• A katalitikus rendszerek igazán hatásosan csak
  befecskendezos motorokkal dolgoznak.
• Korszerû rendszerek két katalizátorággyal muködo
  illetve a többfunkciós katalizátorral dolgozó.
  Elobbinél a NO redukció történik az elsõben és az
  oxidációs folyamatok a másodikban, levegõ
  betáplálással. A többfunkciós katalizátor
  vezérelt motorral dolgozik, azaz oxigénszonda
  méri a kipufogógázok oxigéntartalmát, és ennek
  megfeleloen változtatja a keverék összetételét. A
  redukáló összetételnél a katalizátorágyban lévo
  oxigénleadó komponensek (például
  ritkaföldfémoxidok) teszik tökéletessé az
  oxidációt.
• A katalizátorok fo komponensei nemesfémek Pt/Pd,
  Pt/Rh, Fe, Ce oxidok, Ag vanadát. A katalizátor
  aktív komponenseit alumíniumoxiddal bevont
  kerámia monolitra viszik fel.

86
Gépkocsi kipufogó katalizátorok fejlesztési
állomásai
87
Hidegindítás hatását csökkento megoldások
1. Motorhoz közel elhelyezett katalizátor 2.
Elektromosan futheto fém monolit 3. Szénhidrogén
csapda 4. Kémiailag futött katalizátor 5.
Kipuffogó gáz égetés 6. Elomelegíto égok 7.
Hidegindítás gyújtás késleltetéssel vagy
kipuffogó utáni égetés 8. Égotér változtatható
szeleppel 9. Duplafalú kipuffogó cso.
88
Szénhidrogén csapda
89
Az elektromos futésu katalizátor muködése
90
Honda ULEV autók megoldásai
91
Oxigén tárolás a háromutas katalizátorban
92
Új oxigén tároló anyag ACZalumíniumoxid a
cérium és cirkónium oxidok között
Az ACZ és a CZ összehasonlítása a diffúziós gát
alapján (a) ACZ a CZ szinterelodését gátolják
az Al2O3 részecskék amelyek a CZ részecskék
között vannak diszpergálva (b) CZ könnyen
szinterelodik diszpergens híjján.
93
A háromutas katalizátor nem hatásos a NOx
redukciójában,ha a motor sovány keverékkel üzemel
(? gt 1).
Sovány üzem
Benzinben gazdag keverék Csak lt1 s idore
94
A NOx tárolás és redukció mechanizmusa
95
A kénmérgezodés csökkentése
A TiO2 és a ? -Al2O3 keveréke minimalizálja a
SOx lerakódást, hexagonális cella monolit hordozó
növeli a szulfát eltávozást, Rh/ZrO2-hozzáadás
ával a katalizátor aktív lesz a hidrogén
fejlesztésében vízgoz konverzióval.
A bevonatok fényképe a négyzetes és a hatszögletu
celláknál a monolit szerkezetben
96
Katalizátorok a Diesel motorokhoz
Nem kívánatos reakció
A katalitikus reakciók
97
Diesel részecske csapda égetovel
98
Katalitikus részecske csapda
99
Fokozottan szennyezett vizek tisztítása

• Tömény kommunális szennyvizek
• Mezogazdasági, állattartásból származó
  szennyvizek
• Ipari szennyvizek
• Szénhidrogének
• Fémvegyületek
• Vegyianyagok
• Élelmiszeripari szennyvizek

100
Biológiai tisztításhoz elokészítés

• KOI (kémiai oxigén igény) csökkentése
• Mérgezo anyagok eltávolítása vagy elbontása
• WAO-wet air oxidation- nedves levegos oxidáció,
  emelt homérsékleten és nyomáson (gt250oC és gt100
  bar)

101
(No Transcript)
102
(No Transcript)
103
Oxidációs reakciók WAO közben
104
Eastman Fine Chemicals (Newcastle, UK)
A KOI értéke 70 és 80 kg m-3, nagy mennyiségu
szulfit tartalom. US Filter/Zimpro buborékoszlop
reaktort készített, belso titán borítással. A
muködési homérséklet 265C, A nyomás 110 bar
(levegot használnak) a névleges áramlási sebesség
0.7m3h-1, ami 2.5 h tartózkodási idonek felel
meg. Az oxidáció mértéke 97.
Monthey Switzerland and Grenzach Germany
2 buborékoszlop reaktor sorba kötve, mindketto
titánnal bélelt. Átméro 1 m, a magasság 25 m.
Névleges paraméterek KOI 110 kg m-3,
homérséklet 295C, nyomás 160 bar, Áramlási
sebesség 10 m3 h-1, azaz kb. 20 tonna KOI/nap, a
tartózkodási ido nagyobb, mint 3 h. Hordozó
nélküli réz katalizátort használnak,
amit szuréssel választanak el és visszaforgatják.
Az ammóniát sztrippelik, A véggázt utóégeto
reaktorban oxidálják a CO eltávolítására.
105
Wet air oxidation. A KOI függése az oxidáló ágens
arányától T280C nyomás110 bar.
106
A nedves oxidáció hatékonyabb változatai

• CWAO katalizátorok alkalmazása az oxidáció
  gyorsítására és így a homérséklet csökkentésére,
  nehézség a katalizátorok élettartamának
  biztosítása.
• SWAO szuperkritikus körülmények között végzett
  oxidáció, a vízben (374oC és 2.21107 Pa 221
  bar), mint szuperkritikus állapotú oldószerben.
  Ilyen körülmények között minden szerves anyag
  széndioxiddá és vízzé alakul.