Combustibilii de focare si mediul - Componenti pentru formulare si caracteristicile lor

Combustibilii de focare si mediul - Componenti pentru formulare si caracteristicile lor

1. Componenti pentru formulare si caracteristicile lor

Combustibilii grei sunt. utilizati in doua tipuri de aplicatii si anume in focarele cuptoarelor industriale(centrale termo-electrice, rafinarii etc.)si pentru alimentare amotoarelor diesel lente si de mare putere ale navelor maritime. Standardele prevad diverse tipuri de combustibili grei care se diferentiaza in specialprinvascozitate.Alte proprietati importante ce caracterizeaza combustibilii grei sunt: densitatea,puterea calorifica,cifra de cocs,indicele cetanic pentru combustibilii grei utilizati in motoarele diesel,continutul de asfaltene,continutul de sulf.

Formularea combustibililor grei si problema protectiei mediulu In trecut, combustibilii grei erau constituiti in principal din reziduul de la distilarea atmosferica a titeiului.

In prezent, cea mai mare parte a pacurii este distilata sub vid, obtinandu-se produse ce alimenteaza alte procese precum cracarea catalitica, reducerea de viscozitate, cocsarea, etc. Acestea fabrica produse mai usoare dar si reziduuri foarte grele, viscoase, cu continut mare de sulf, metale si alte impuritati. Aceste reziduuri sunt apoi incorporate in combustibili grei. In tabelul 12 se dau cativa componenti utilizati in formularea combustibililor grei si caracteristicile lor tipice.

Tabelul 12.Caracteristici ale componentilor utilizati in formularea combustibililor grei

Pentru rafinarii,principalele constrangeri le reprezinta respectarea specificatiilor privind viscozitatea si continutul de sulf.Diluarea cu motorine si selectarea titeiurilor cu un continut redus de sulf este inca o solutie.In viitor, reglementari din ce in ce mai severe privind protectia mediului vor impune procese tehnologice sofisticate pentru obtinerea de performante acceptabile, in special pentru continutul de sulf si azot.

Continutul de sulf al combustibililor grei Pentru emisiile de SO₂ ale sistemelor de combustie industriale exista deja valori limita fixate prin reglementari europene

Acestea sunt de 1700 mg/Nm³ pentru instalatiile cu putere mai mica de 300 MW si de 400 mg/Nm³ pentru cele ce depasesc 500 MW. Pentru puteri intre 300 si 500 MW, nivelele cerute corespund unei evolutii liniare. Pentru a aprecia dificultatea de a satisface aceste reglementari, este suficient sa se arate ca utilizand un combustibil cu 4% sulf, emisiile de SO₂ ale unei instalatii clasice de ardere sunt de cea. 6900 mg/Nm³, necesitand o desulfurare de 75% pentru a atinge nivelul de 1700 mg/Nm³ de SO₂ si o desulfurare de 94% pentru a,atinge nivelul de 400 mg/Nm³ de SO₂.

Continutul de azot al combustibililor grei Azotul continut in combustibilii grei structuri heterociclice complexe precum si azotul din aerul de combustie, contrit formarea NO_x. Reziduurile de vid contin uzual intre 3000 si 5000 ppm azot. Normele'europene” impun in prezent pentru emisiile de NO_x ale instalatiilor industriale de combustie un nivel maximal de 450 mg/Nm³ de gaze de ardere. Cunoscand cantitatile aproximative de NO_x formate, aferente azotului continut de combustibil si azotului din aerul de combustie, se ajunge la concluzia ca se impune limitarea la valoarea de 3000 ppm a continutului de azot al combustibilului greu. De asemenea, o contributie importanta o poate aduce perfectionarea tehnicilor de combustie.

2. Poluarea produsa de sectorul energetic

Aceasta se refera la arderea directa in focare a combustibililor  fosili.Acesti combustibili sunt utilizati pentru: productia de energie electrica in procesele industriale de prelucrare; pentru incalzirea spatiilor de locuit prin termoficare sau direct, etc.

Combustibilii fosili sunt gazosi, lichizi sau solizi. La randul lor, acestia pot fi naturali sau sintetici.

Gazele naturale provin in principal din gaze de sonda sau sunt gaze asociate titeiului. Gazele sintetice sunt obtinute din gazeificarea carbunilor, a nisipurilor si a sisturilor bituminoase, a reziduurilor petroliere, a cocsului etc, precum si ca produse secundare ale diverselor procese industriale de prelucrare.

Combustibilii lichizi naturali de focare sunt fractiuni petroliere grele, distilate sau reziduale.

Combustibilii lichizi sintetici provin din conversia fractiunilor grele de petrol, a carbunilor, nisipurilor si sisturilor bituminoase sau a gazelor.                 

Prin arderea oricarui tip de combustibil apar emisii de agenti poluanti a caror intensitate depinde de continutul de impuritati al combustibilului si de tehnologiile de reglare a emisiilor poluante. In consecinta, pentru diminuarea, cantitatii de noxe emise in atmosfera prin arderea directa a combustibililor fosili, pot fi aplicate doua strategii:

a) purificarea combustibilului inainte de ardere;

b) purificarea gazelor de combustie dupa ardere sau in timpul procesului de combustie.

Ambele procedee sunt aplicate la scara industriala in multiple variante.

Arderea combustibililor grei si mediul inconjurator. Arderea conventionala a combustibililor petrolieri grei in cuptoarele tubulare ale diverselor procese de prelucrare sau ale centralelor termo-electrice, duc la poluarea mediului in special prin emisii de SO_x si NO_x. Pentru reducerea acestor emisii poluante se impun fie restrictii privind continutul de sulf al combustibilului greu, fie se limiteaza continutul de SO_x sau NO_x al gazelor de cos.

Continutul de S al combustibililor grei netratati este semnificativ mai mare decat al celorlalte fractiuni petroliere obtinute din acelasi titei, de aceea,desulfurarea acestor combustibili este de o importanta deosebita. De asemenea,problema reducerii SO₂ si NO_x din gazele de ardere este tot atat de importanta.

Metodele utilizate pentru solutionarea problemei sulfului continut de combustibilii petrolieri grei includ:

-procese de conversie, ca de exemplu hidrodesulfurarea, pentru a reduce continutul de S al combustibilului;

-desulfurarea gazelor arse dupa combustia conventionala;

-descarcarea gazelor arse prin cosuri suficient de inalte pentru asigurarea dispersiei poluantilor;

-arderea combustibilului si retinerea compusilor cu S in timpul combustiei;

Hidrodesulfurarea reziduurilor. Este metoda directa de obtinere a combustibililor reziduali: cu un continut redus de S(0,5 - 0,1%).Se supun hidrodesulfurarii pacura rezultata de la distilarea atmosferica a titeiului sau reziduu obtinut la distilarea in vacuum a pacurii. Hidrodesulfurarea reziduurilor este mai dificil de realizat decat hidrodesulfurarea distilatelor datorita: continutului ridicat in metale si asfaltene; proportia ridicata in derivati ai tiofenului, rezistenti la desulfurare; vascozitate ridicata care afecteaza difuzia in porii catalizatorilor.

Instalatiile industriale de hidrodesulfurare a reziduurilor,urmaresc reducerea
continutului de sulf sub 1%, valoarea adoptata influentand direct cheltuielile de investitii si de exploatare. Se reduce,de asemenea,continutul in metale grele al combustibilului.Dintre procedeele industriale, mai cunoscute se mentioneaza HDS,H-Oil,Chevron,RCD-Unibon,BP, IFP-BASF, etc.

Date caracteristice privind desulfurarea directa a reziduului de la distilarea atmosferica,a reziduului de vid si a distilatelor de vid, evidentiindu-se gradul de-desulfurare, randamentele in produse si consumul de hidrogen, sunt prezentate in tabelul 13, pentru o instalatie de tip Chevron.

Tabelul 13. Desulfurarea rezidiului de la D.A.

Fabricarea de combiistibili grei de focare in conditiile impunerii unor restrictii sporite privind continutul de sulf se poate realiza prin: prelucrarea unui titei mai putin sulfuros; hidrodesulfurarea combustibilului; amestecul reziduurilor cu fractiuni grele distilate,mai putin sulfuroase.

Desulfurarea gazelor de combustie. Este cel mai dezvoltat procedeu pentru reglarea emisiilor de SO₂ si multe focare industriale sunt in prezent in operare. Aceste instalatii sunt asociate in special cu arderea carbunilor pentru producerea de energie dar sunt introduse pe scara larga si pentru eliminarea SO₂ provenit din arderea combustibililor petrolieri grei.

Procesele de desulfurare a gazelor de combustie se pot imparti in doua categorii:

'umede' si 'uscate'.  

Procedeele umede Realizeaza absorbtia intr-un lichid a dioxidului de sulf din gazele de cos care parasesc preincalzitoarele de aer, economizoarele sau electrofiltrele.Lichidul absorbant folosit depinde de procedeul utilizat.Dintre aceste procedee se mentioneaza urmatoarele:
  -Procedeul Wellman-Lord, utilizeaza ca agent de absorbtie sulfitul de sodiu care cu SO₂ formeaza bisulfit de sodiu, din care, prin evaporarea solutiei se degaja SO₂ concentratutilizat la obtinerea de S.

Procedeul Bischoff, in care SO₂ este absorbit intr-o suspensie de hidroxid de Ca la 60-70°C. Se formeaza deseuri de sulfit-sulfat de Ca, a caror dispunere trebuie sa fie solutionata.

Procedeul Grillo-AGS, in care are Ioc absorbtia SO2 din gaze de spalare cu o suspensie de oxizi de magneziu, de mangan, la 60-70°C.

Procedeul Chizoda utilizeaza H2SO4 diluat ca agent de absorbtie. SO2 absorbit in solutie se oxideaza catalitic in faza omogena si se transforma in gips.

- Procedeele uscate. Realizeaza adsorbtia SO₂ pe particule solide de adsorbanti.

Procedeul Shell utilizeaza un strat fix de CuO ca masa activa care trece prin etape succesive de reactie (acceptare SO₂) si de regenerare. Reducerea continutului de SO₂ al gazelor de ardere poate varia intre 60-90%.

-Procedeul Bergbau-Forschung utilizeaza carbonul activ ca masa de adsorbtie a SO₂din gazele de combustie. In etapa de adsorbtie, la suprafata porilor de carbune, in prezenta O₂ din gaze si a vaporilor de apa, se formeaza H₂SO₄, care, in etapa de regenerare se descompune in SO₂ si H₂O.

Desulfurarea gazelor combustibile, naturale si sintetice.Procedeele de eliminare a H₂S din gazele naturale si sintetice se pot imparti in:

1)procedee umede,bazate pe contactul gaz-lichid, cu si fara reactie chimica;

2)procedee uscate,bazate pe contactul gaz-solid insotit de o reactie chimica.

Pe langa aspectul privind protectia mediului, separarea H₂S din gazele naturale prezinta si o importantae conomica deosebita prin producerea de sulf sau de acid sulfuric.

Procedeele de purificare a gazelor combustibile de H₂S, CO₂ si N₂ sunt numeroase, in cele ce urmeaza se mentioneaza doar cateva mai importante.    

Gazele asociate cu productia si prelucrarea titeiului se desulfiureaza prin absorbtia chimica reversibila a H₂S in unele amine precum: monoetanolamina

(MEA),dietanolamina(DEA) - procedeul Girbotol.

Un procedeu mai nou care este utilizat in acelasi scop este procedeul Sulfinal,folosind ca absorbant o solutie apoasa de alcanolamina si sulfolan care realizeaza simultan o absorbtie fizica si chimica a H₂S.

Procedeul Estasolvan poate fi utilizat pentru eliminarea H₂S din gazele naturale foarte sarace in hidrocarburi C₂+ sau pentru eliminarea H₂S simultan cu absorbtia si recuperarea de hidrocarburi C₂₊ din gazele naturale. Acest procedeu se bazeaza pe absorbtia fizica a H₂S si a hidrocarburilor in tributil fosfat.

Dintre procedeele uscate se mentioneaza: procedeul cu oxid de fier trivalent; procedeul cu hidroxid de fier trivalent; procedeul cu carbune activ; procedeul cu site moleculare.

3. Orientari ale strategiei energie - mediu

Sectorul energetic are o pondere majora in ceea ce priveste poluarea mediului in Romania. Cauzele poluarii in acest sector pot fi impartite astfel:  a) poluarea produsa de procesele de productie ale energiei primare: extractia carbunelui; extractia petrolului si a gazelor naturale; extractia uraniului, etc.b) poluarea produsa de procesele de transport, conversie si consum. La nivelul anului 1990, sectorului energetic i-a revenit 86% din totalul emisiilor de SO2,41% din totalul emisiilor de NO_x si 17% din totalul emisiilor de particule solide. In plus, in cazul productiei de lignit, terenul afectat este scos din uz, iar in procesele de conditionare a carbunelui, raurile sunt poluate cu apa de spalare uzata.