Korkealämpötilakemia

Samankaltaiset tiedostot
Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

CABB Oy polttolaitos. 1. Prosessin toiminta

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

CABB Oy polttolaitoksen toiminta Prosessin toiminta

SUURTEN POLTTOLAITOSTEN BREF PALJONKO PÄÄSTÖJEN VÄHENTÄMINEN MAKSAA? ENERGIATEOLLISUUDEN YMPÄRISTÖTUTKIMUSSEMINAARI Kirsi Koivunen, Pöyry

Lahti Energia. Kokemuksia termisestä kaasutuksesta Matti Kivelä Puh

energiatehottomista komponenteista tai turhasta käyntiajasta

Uusi ejektoripohjainen hiilidioksidin talteenotto-menetelmä. BioCO 2 -projektin loppuseminaari elokuuta 2018, Jyväskylä.

Hevosenlannan mahdollisuudet ja haasteet poltossa ja pyrolyysissä

KALKKIA SAVUKAASUJEN PUHDISTUKSEEN

Korkealämpötilakemia

Hevosenlannan mahdollisuudet ja haasteet poltossa ja pyrolyysissä

Työpaketti TP2.1. polton ja termisen kaasutuksen demonstraatiot Kimmo Puolamäki, Jyväskylän ammattikorkeakoulu

Liikenteen ympäristövaikutuksia

Poltto ja palaminen. Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 6 - Luento 1

2. Prosessikaavioiden yksityiskohtainen tarkastelu

Liikennepolttoaineet nyt ja tulevaisuudessa

Liikenteen ympäristövaikutuksia

Kemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I

Jätteen rinnakkaispolton vuosiraportti

VTT:n kaasutustekniikan erikoismittaukset. Sanna Tuomi, Matti Reinikainen , PIKOKAASU-seminaari VTT Technical Research Centre of Finland

Termisen energiahyötykäytön ilmapäästöt

Pellettien pienpolton haasteet TUOTEPÄÄLLIKKÖ HEIKKI ORAVAINEN VTT EXPERT SERVICES OY

MIKKELIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka T8415SJ Energiatekniikka. Hannu Sarvelainen HÖYRYKATTILAN SUUNNITTELU

N:o Uusien polttolaitosten ja kaasuturbiinien, joiden polttoaineteho on suurempi tai yhtä suuri kuin 50 megawattia päästöraja-arvot

Ohjeita opetukseen ja odotettavissa olevat tulokset

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä

ATOMIN JA IONIN KOKO

FI Moninaisuudessaan yhtenäinen FI B8-0156/28. Tarkistus. Anja Hazekamp, Younous Omarjee GUE/NGL-ryhmän puolesta

Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta

Kaasumittaukset jatkuvatoimiset menetelmät 1. Näytteenotto 1 Näytteenottolinja

Jätehierarkian toteuttaminen YTV-alueella

Fossiiliset polttoaineet ja turve. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Korkealämpötilakemia

Esimerkiksi ammoniakin valmistus typestä ja vedystä on tyypillinen teollinen tasapainoreaktio.

Liite 1A UUDET PÄÄSTÖRAJA-ARVOT

JÄTTEENPOLTON TYPENOKSIDIPÄÄSTÖJEN VÄHENTÄMINEN

JÄRVIMALMIN JALOSTUS PUUPOLTTOAINEITA KÄYTTÄVISSÄ LÄMPÖLAITOKSISSA Hajautetut biojalostamot: tulosfoorumi Tomi Onttonen Karelia-AMK

HEVOSENLANNAN PIENPOLTTOHANKKEEN TULOKSIA. Erikoistutkija Tuula Pellikka

Lahti Energian uusi voimalaitos KYMIJÄRVI II. Jaana Lehtovirta Viestintäjohtaja Lahti Energia Oy

Hiilen ja vedyn reaktioita (1)

12. Amiinit. Ammoniakki 1 amiini 2 amiini 3 amiini kvarternäärinen ammoniumioni

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus:

Lukion kemia 3, Reaktiot ja energia. Leena Piiroinen Luento

Ei ole olemassa jätteitä, on vain helposti ja hieman hankalammin uudelleen käytettäviä materiaaleja

Typen oksidipäästöjen vähentäminen ilman vaiheistuksella Hanasaari B kivihiililaitoksella

Poltto- ja kattilatekniikan perusteet

KOMISSION TÄYTÄNTÖÖNPANOPÄÄTÖS,

BiKa-hanke Viitasaaren työpaja Uusiutuvan energian direktiivi REDII ehdotus

Myös normaali sadevesi on hieman hapanta (ph n.5,6) johtuen ilman hiilidioksidista, joka liuetessaan veteen muodostaa hiilihappoa.

Tulistimien kloorikorroosion estäminen lisäainein Corraway. Tutkimuslaitosprojekti VTT, Åbo Akademi

Reaktioyhtälö. Sähköisen oppimisen edelläkävijä Empiirinen kaava, molekyylikaava, rakennekaava, viivakaava

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

Kosteusmittausten haasteet

Tulisijoilla lämpöä tulevaisuudessakin

SAVUKAASUPESUREIDEN LUVITUSKÄYTÄNNÖT JA JÄTEVESIEN JA LIETTEIDEN YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET Energiateollisuuden ympäristötutkimusseminaari Kirsi Koivunen

Erilaisia entalpian muutoksia

Lupahakemuksen täydennys

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin.

Luku 15 KEMIALLISET REAKTIOT

KALKKIA VEDENPUHDISTUKSEEN

8. Alkoholit, fenolit ja eetterit

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

Helsingin Energia Tuotannon tukipalvelut Julkinen Leena Rantanen (6)

Helsingin Energia Tuotannon tukipalvelut Julkinen Anna Häyrinen (6)

Puupelletit. Biopolttoainepelletin määritelmä (CEN/TS 14588, termi 4.18)

Osio 1. Laskutehtävät

POP-yhdisteitä koskevan Tukholman yleissopimuksen velvoitteiden kansallinen täytäntöönpanosuunnitelma (NIP) - tilaisuus , SYKE, Helsinki

Helsingin Energia Tuotannon tukipalvelut Julkinen Leena Rantanen (7)

Maapallon kehitystrendejä (1972=100)

KIINTEÄN POLTTOAINEIDEN KATTILOIDEN PÄÄSTÖMITTAUKSIA

BIOENERGIAN KÄYTÖN LISÄÄNTYMISEN VAIKUTUS YHTEISKUNTAAN JA YMPÄRISTÖÖN VUOTEEN 2025 MENNESSÄ

LIITTEET. ehdotukseen EUROOPAN PARLAMENTIN JA NEUVOSTON DIREKTIIVI

Liite X. Energia- ja ilmastostrategian skenaarioiden energiataseet

Energiatutkimuskeskuksen palvelut kiertotalouden näkökulmasta Kiertotalous seminaari Teknologia- ja ympäristöala, Varkaus Jukka Huttunen

Kaasualan neuvottelupäivät Päästöt kuriin nykyaikaisilla kaasupolttimilla. Tero Tulokas Varatoimitusjohtaja Oilon Group Oy

Päätösmallin käyttö lietteenkäsittelymenetelmän valinnassa

Suomen kaatopaikat kasvihuonekaasujen lähteinä. Tuomas Laurila Ilmatieteen laitos

Öljyalan Palvelukeskus Oy Laskelma lämmityksen päästöistä. Loppuraportti 60K Q D

Näiden aihekokonaisuuksien opetussuunnitelmat ovat luvussa 8.

Pellettikoe. Kosteuden vaikutus savukaasuihin Koetestaukset, Energon Jussi Kuusela

c) Tasapainota seuraava happamassa liuoksessa tapahtuva hapetus-pelkistysreaktio:

Korkealämpötilakemia

YMPÄRISTÖMINISTERIÖ Neuvotteleva virkamies Anneli Karjalainen

Biokaasun tuotanto tuo työpaikkoja Suomeen

TULEVIEN BAT-PÄÄTELMIEN VAIKUTUKSET SUURILLA POLTTOLAITOKSILLA PÄÄSTÖJEN JA VAIKUTUSTEN TARKKAILUT JOHTAMIS- JÄRJESTELMÄT JA -STRATEGIAT

1. Malmista metalliksi

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

Nikkeliraaka-aineiden epäpuhtausprofiilin määritys

KOTKAN ENERGIA OY:N HYÖTYVOIMALAITOKSEN YHTEENVETORAPORTTI 2018

Isojen ja pienten polttolaitosten päästövaatimukset

Kurkistus soodakattilan liekkeihin

Maailman hiilidioksidipäästöt fossiilisista polttoaineista ja ennuste vuoteen 2020 (miljardia tonnia)

POHJANVAHVISTUSPÄIVÄ 2016 PÄÄKAUPUNKISEUDUN ENERGIANTUOTANNON TUHKIEN KORROOSIOVAIKUTUS

Dibentso-p-dioksiinien ja dibentsofuraanien ekvivalenttikertoimet

Ekotehokas jätteenpoltto

Talvivaaran jätevesipäästön alapuolisten järvien veden laatu Tarkkailutulosten mukaan

Transkriptio:

Korkealämpötilakemia Palamisen päästöt Ti 19.12.2017 klo 8-10 SÄ114 Tavoite Oppia tuntemaan keskeisimmät palamisessa syntyvät päästöt sekä keinot päästöihin vaikuttamiseksi - Hiilidioksidi - Rikin oksidit - - Muut päästöt Tutustua polttoprosessien päästörajoihin Kuva: Kaisa Heikkinen. 1

Sisältö Palamisen päästöt ja niiden mittaaminen Hiilidioksidipäästöt Rikin oksidit - Rikki polttoaineissa - Rikin oksidien muodostuminen - Päästöjen vähentäminen - Muodostumismekanismit erilaisilla polttotekniikoilla - Päästöjen vähentäminen Muut päästöt - PAH, dioksiinit, furaanit, raskasmetallit, vetyhalogeenit Päästörajoitukset Palamisen päästöt Palamisen tavoitteena polttoaineeseen sitoutuneen energian vapauttaminen hyödylliseen käyttöön Energian tuotanto - Joissain tapauksissa haitallisten aineiden hajottaminen Lisäksi syntyy päästöjä - Hiilivetyjä poltettaessa vapautuu aina CO 2 ja H 2 O - Näiden lisäksi keskeisiä - Rikin oksidit - - Reagoimattomat hiilivedyt - Aromaattiset yhdisteet (sis. PAH) - Klooriyhdisteet - Raskasmetallipäästöt - Osa päästöistä vaarattomia (esim. H 2 O), osa ympäristölle haitallisia (esim. CO 2 ), osa myrkyllisiä/terveydelle vaarallisia (esim. raskasmetallit) - Lisäksi tietyt palamistuotteet voivat lisätä tulipesän ja savukaasukanaviston materiaalien korroosiota (esim. HCl) - Haaste kaasumaisissa päästöissä on niiden leviäminen 2

Päästöjen mittaaminen Näytteenoton yleisenä periaatteena isokineettinen näytteenotto - Virtausnopeus savukaasukanavassa = Virtausnopeus näytteenottosondissa Kaasumaisten päästöjen mittauksessa käytetään yleensä ekstraktiivista (näytteenottoon perustuvaa) ja laimentavaa näytteenottoa Lisäksi on olemassa in situ mittauksia - Jatkuvatoiminen mittaus savukaasukanavaan pysyvästi sijoitetun sondin avulla Hiilidioksidipäästöt Polttoprosesseja hyödyntävä energiantuotanto on suurin kasvihuonekaasujen päästölähde Hiilidioksidipäästöjä ei voida välttää, jos poltetaan hiiltä sisältäviä polttoaineita - Toisin kuin muut palamisen päästöt, joihin voidaan vaikuttaa - polttoaineen valinnalla - polttotekniikalla - Ainoa vaikutusmahdollisuus on CO 2 :n talteenotto ja/tai kierrätys Lopullinen eroonpääsy CO 2 -päästöistä vain muita kuin hiiltä sisältäviä polttoaineita käyttämällä Lähde: CO 2 emissions from fuel combusion. International Energy Agency. 2017. 3

Hiilidioksidipäästöt Lähde: CO 2 emissions from fuel combusion. International Energy Agency. 2017. Hiilidioksidipäästöt Lähde: CO 2 emissions from fuel combusion. International Energy Agency. 2017. 4

Hiilidioksidipäästöt Lähde: CO 2 emissions from fuel combusion. International Energy Agency. 2017. Hiilidioksidipäästöt Lähde: CO 2 emissions from fuel combusion. International Energy Agency. 2017. 5

Rikin oksidit Esimerkki rikkipäästöjen vaikutuksesta ympäristöön: Harjavallan Miksi SO 2 tehdasalueen johdetaan rikkihapon ympäristö valmistukseen: vuonna 1951. Harjavallan tehdasalueen ympäristö 50 vuotta myöhemmin. Rikin oksidit (SO 2 ja SO 3 ) ovat haitallisia sekä ympäristölle että terveydelle - Terveyshaitat korostuvat olosuhteissa, joissa ilman hiukkaspitoisuus on myös korkea - Vaikea erottaa rikin ja hiukkasten terveysvaikutuksia - Happosateet yhdessä typen oksidien kanssa - Nopeuttavat metallien korroosiota ja kipsimateriaalien rapautumista Ihmisen toiminnan aiheuttamat SO x -päästöt - Suurin osa peräisin fossiilisten polttoaineiden poltosta - Muita lähteitä metallien valmistus sulfidisista raakaaineista sekä rikkihapon valmistus - Ensimmäinen kaasumainen yhdiste, jonka päästöjä voimalaitoksista on rajoitettu Valtaosa polton rikkipäästöistä on SO 2 :a - Hapettuu ilmakehässä rikkitrioksidiksi Kuvat: Jyrki Heino. Rikin oksidit Palamisessa vapautuvat rikin oksidit ovat peräisin polttoaineesta - Useimmat polttoaineet sisältävät rikkiä (0 5 %) - Sidottuna orgaanisiin yhdisteisiin tai epäorgaanisina yhdisteinä - Kivihiilen rikistä 50 80 % on epäorgaanisissa yhdisteissä (valtaosa pyriittinä, FeS 2 ) - Polttoöljyissä rikki lähes täysin orgaanisissa yhdisteissä - Maakaasussa voi esiintyä vähän rikkivetyä (H 2 S) - Biopolttoaineissa rikki on orgaanisissa yhdisteissä 6

Rikin oksidit Rikin oksidien muodostuminen poltossa - Suurin osa polttoaineen rikistä reagoi SO 2 :ksi - Pieni määrä voi sitoutua tuhkan alkaleihin ja maa-alkaleihin - Muutama prosentti hapettuneesta rikistä SO 3 :na - Ilman kaasunpuhdistusta olevassa poltossa on perusteltua olettaa, että kaikki polttoaineen rikki päätyy kaasuun SO 2 :na - Mekanismi, jolla rikki hapettuu ja vapautuu polttoaineesta kaasufaasiin, riippuu siitä, missä muodossa rikki polttoaineessa on - FeS 2 :sta vapautuu toinen rikkiatomi nopeasti jo alhaisissa lämpötiloissa (muodostuu FeS), mutta jälkimmäisen rikkiatomin irtoaminen on hitaampaa - Orgaaniset rikkiyhdisteet - Alifaattiset yhdisteet hajoavat kuumennettaessa nopeasti rikki vapautuu pyrolyysin aikana - Aromaattiset yhdisteet vaativat korkeita lämpötiloja - Monimutkaisemmat rikkiyhdisteet hajoavat ensin pienemmiksi molekyyleiksi (esim. H 2 S, COS), jotka reagoivat edelleen rikkidioksidiksi Rikin oksidit Rikin oksidien muodostuminen poltossa - Osa SO 2 :sta reagoi edelleen SO 3 :ksi - Termisesti (> 1100 C) tai katalyyttisesti (500-800 C) - Katalyytteinä esim. V 2 O 5 tai Fe 3 O 4 - Terminen mekanismi yleensä hallitseva, ellei polttoaineen tuhkassa vanadiinia ja rautaa katalysoivassa muodossa Päästöjen kannalta ei ole väliä, muodostuuko SO 2 vai SO 3 - SO 3 on kuitenkin korrodoivampi jo matalissa lämpötiloissa - SO 3 :n reaktio H 2 O:n kanssa muodostaen kaasumaista rikkihappoa, joka tiivistyy vesi-rikkihappoliuokseksi pinnoille, joiden lämpötila alittaa seoksen kastepisteen korroosio 7

Rikin oksidit SO x -päästöjä ei voida juurikaan vähentää polttoteknisin keinoin Menetelmät: - Polttoaineen rikkipitoisuuden alentaminen - Epäorgaaninen rikki (pyriitti, sulfaatit) voidaan poistaa kivihiilestä esim. vaahdottamalla, tiheyserotuksella tai magneettisesti - Erotustehokkuus riippuu partikkelikoosta - Orgaanisen rikin erotus taloudellisesti ei kannattavaa - Nestemäisistä polttoaineista rikkiä poistetaan hydrokrakkaamalla Rikki vapautuu H 2 S:nä - Onnistuu paremmin kevyistä kuin raskaista öljyistä - Rikinpoisto savukaasuista tulipesän jälkeen - Märkä- tai puolikuivapesurit - Jäähdytetyn kaasun SO x :t reagoivat lietteen kanssa - Reagoivana aineena yleensä CaCO 3 tai Ca(OH) 2 - Vaihtoehtoisesti Na 2 CO 3, merivesi, Mg(OH) 2,... - Etuna tehokkuus (> 95 %), haittana kalliit laitteistot - Puolikuivapesureissa liete sumutetaan pieninä pisaroina - Kuivuvat rikinpoistokammiossa Kuiva tuote - Regeneroivat menetelmät (märkämenetelmiä) - Käytetään reagenssia, joka voidaan regeneroida - Etuna jätteettömyys, haittana kalleus - Yhdistetyt SO x /NO x :n poistomenetelmät esim. Shell-prosessi - Reagensseina CuO ja NH 3 - regeneratiivinen Rikin oksidit SO x -päästöjä ei voida juurikaan vähentää polttoteknisin keinoin Menetelmät: - Rikinpoisto tulipesästä Kuivat rikinpoistomenetelmät - Perustuvat kalsiumyhdisteiden kykyyn sitoa rikkiä - Kalkkikiven tai muun kalsiumyhdisteen syöttäminen tulipesään hienojakoisena (2 10 m) - Leijupetipoltossa voidaan lisätä suoraan leijukerrokseen - CaCO 3, Ca(OH) 2, CaCO 3 MgCO 3 - Hienojakoinen materiaali kalsinoituu korkeissa lämpötiloissa - Muodostuu CaO, jonka moolitilavuus alhaisempi (syntyvä CaO on erittäin huokoista paljon reaktiopinta-alaa) - CaO reagoi SO x :n kanssa CaSO 4 - Hiukkaset savukaasun mukaan - Erotus lentotuhkan kanssa hiukkaserottimissa - Etuna edullisuus verrattuna savukaasuista tehtävään rikinpoistoon, jossa tarvitaan erilliset laitteet - Tehokkuudeltaan heikompi kuin savukaasuista tehtävä rikinpoisto - Paineistetuissa leijupetipoltoissa CO 2 :n osapaine niin korkea, ettei CaCO 3 kalsinoidu - Reaktio on alussa hidas (vähemmän huokosia) - Se ei kuitenkaan hidastu yhtä nopeasti kuin kalsinoituneen CaO:n tapauksessa, jossa huokosten tukkeutuminen hidastaa reaktiota nopeasti 8

Rikin oksidit SO x -päästöjä ei voida juurikaan vähentää polttoteknisin keinoin Menetelmät: - Rikinpoisto tulipesästä Kuivat rikinpoistomenetelmät Rikin oksidit Rikkiyhdisteet pelkistävissä olosuhteissa - Kaasutusprosessit, joissa polttoaineesta tuotetaan palavaa kaasua - Lievillä ali-ilmamäärillä(kin) SO 2 on hallitseva komponentti - Alemmilla ilmakertoimen arvoilla rikkiyhdisteistä noin 90 % on rikkivetynä (H 2 S) seuraavaksi eniten karbonyylisulfidia (COS) Rikinpoisto pelkistävissä olosuhteissa - Myös rikkivety ja karbonyylisulfidi reagoivat CaO:n kanssa - Syntyvän rikkisulfidin moolitilavuus pienempi kuin sulfaatilla - Ei synny tiivistä tuotekerrosta, joka hidastaa reaktiota - Nopeampi rikinpoisto kuin hapettavissa olosuhteissa - Rajoittavaksi tekijäksi tasapaino: tuotekaasuun jää aina merkittäviä määriä rikkivetyä 9

ovat ympäristölle haitallisia - Haitallisuuteen alettu kiinnittämän huomioita 1970-luvulta - NO x :ien haittavaikutuksia happosateet ja osallistuminen saastesumun muodostumiseen - Päästöjen NO reagoi NO 2 :ksi ympäristövaikutus miltei sama - N 2 O on kasvihuonekaasu ja aiheuttaa otsonituhoa Ihmisen toiminnasta aiheutuvat päästöt - Pääasiassa liikenteestä sekä lämpö- ja voimalaitosten polttoprosesseista - Poltossa syntyvistä NO x :sta suurin osa NO noin 5 % NO 2 - N 2 O syntyy lähinnä hiilen leijupoltossa sekä autojen pakokaasujen katalyyttisessä puhdistuksessa - Suuremmat päästöt maataloudesta ja vesien käsittelystä - Muita typen oksideja vain hyvin vähäisiä määriä NO:n muodostuminen/hajoaminen on hidasta - Palamislämpötilassa ei ehditä saavuttaa (korkeaa) tasapainopitoisuutta - Toisaalta matalaankiin lämpötilaan jää NO:a, vaikka tasapainopitoisuus on lähellä nollaa NO:n muodostuminen - Polttoilman typestä (N 2 ) kolmella mekanismilla - Terminen NO - Hidasta alle 1400 C:ssa, merkittävä yli 1600 C:ssa - ns. (laajennettu) Zeldovichin mekanismi - Typen ja hapen suora reaktio liian hidas - Reaktion käynnistävät O- ja OH-radikaalit - Nopeutta rajoittaa N 2 :n ja O:n reaktio, jolla erittäin korkea aktivaatioenergia (E a = 320 kj/mol) - Hiilipölyn poltossa termisen NO:n osuus noin 20 % - Leijupetipoltossa termistä NO:ta ei muodostu juuri lainkaan - Voidaan vähentää liekkien huippulämpötiloja laskemalla - Jäähtyneiden savukaasujen kierrätys polttovyöhykkeeseen, liekitön happipoltto - Nopea NO - Ali-ilmaisissa hiilivetyliekeissä - Mekanismin käynnistää N 2 :n ja CH-radikaalin reaktio - Vain polttovyöhykkeessä, jossa palaminen on kesken - Käytännössä näin syntyvät NO-päästöt alle 5 % kaikista - N 2 O:n kautta - Edellyttää N 2 O:n muodostumista - N 2 O:n muodostuminen ei merkittävää poltinpoltossa - Muodostunut N 2 O voi reagoida typeksi (N 2 ) tai NO:ksi - Tuotteena NO, jos ilmakerroin ja lämpötila ovat korkeita - Voi olla merkittävä, jos ilmakerroin on korkea 10

NO:n muodostuminen - Polttoaineessa orgaanisiin yhdisteisiin sitoutuneesta typestä - Polttoaineissa vähemmän, mutta reaktiivisempaa typpeä kuin polttoilmassa sidosenergia vaihtelee 150 750 kj/mol - Usein sitoutuneena rengasrakenteisiin tai aminoryhmiin - NO voi muodostua jo matalammissa lämpötiloissa - Hiilipölypoltossa 80 % NO-päästöistä polttoaineesta - Leijupetipoltossa lähes kaikki NO-päästöt polttoaineesta - Typpeä vapautuu polttoaineen pyrolyysin yhteydessä - Pienimolekyylisiä, kaasumaisia syano- ja syanidiyhdisteitä - Hapen läsnäollessa reaktiot edelleen NO:ksi ( Polttoaine-NO ) - Muodostuminen herkkä polttoilman ja palavan aineen suhteelle - Ei muodostu juurikaan ali-ilmaisissa olosuhteissa - NO:n sijasta syano- ja syanidiyhdisteet reagoivat N 2 :ksi - Polttoaine-NO:n muodostumista voidaan vähentää merkittävästi järjestämällä tulipesään polttoaineen pyrolyysin yhteyteen paikallisesti pelkistäviä alueita Ilmavaiheistus, jossa polttoaineeseen syötetään vain on polttoilmasta. Loppuilma syötetään liekin reunoille. - Alle 900 C:ssa HCN voi reagoida myös N 2 O:ksi - Merkittävämpi leijupeti- kuin poltinpoltossa - Haihtuvien lisäksi typpeä voi myös jäädä jäännöskoksiin - Jäännöskoksin typestä vaihteleva määrä reagoi NO:ksi - Ilmavaiheistuksella ei voida vaikuttaa koksi-no:n muodostumiseen NO:n hajoaminen - NO-päästöt vähenevät, jos NO pelkistyy N 2 :ksi - Jotkut polttoaineet (esim. maakaasu) ovat itsessään tehokkaita NO:n pelkistäjiä (sis. hiilivetyradikaaleja) - NO:n pelkistysmenetelmät - Polttoainevaiheistus - Pääpalamisvaihe, jossa primääripolttoaine poltetaan - Vaiheistusvaihe, johon syötetään esim. maakaasua: Aliilmaiset, pelkistävät olosuhteet NO:n pelkistys - Loppupalamisvaihe, jossa sekundääripolttoaine poltetaan loppuun - Haittana palamattomien määrän kasvu, uunin likaantuminen - Pelkistys koksijäännöksen avulla - Merkittävä poltossa, jossa jää enemmän koksijäännöstä esim. leijupoltossa - Selektiivinen ei-katalyyttinen pelkistys - SN(C)R-prosessi eli Thermal DeNO x -process - Ammoniakin lisäys savukaasuihin - Vaatii happea toimiakseen - Erittäin lämpötilaherkkä toimii vain 850 1000 C:ssa - Lisäaineilla T-aluetta voidaan siirtää jonkin verran - NO:n pelkistys ammoniakilla matalammissa lämpötiloissa vaatii katalyytin (SCR-prosessi) - Haittana nousseet N 2 O- ja CO-päästöt 11

Keinot NO-päästöjen vähentämiseksi NO 2 :n muodostuminen (NO:n hapettuminen) - Muodostuu NO:n hapettuessa - Tarvittava HO 2 -radikaali muodostuu vetyatomin ja hapen reagoidassa jonkin kolmanne kaasukomponentin (M) läsnäollessa (merkittävämpi lämpötilan laskiessa liekin kylmemmät alueet) NO 2 :n hajoaminen - Usein hyvin nopeaa - NO 2 :n päätyessä kuumempiin alueisiin, lähes kaikki hajoaa yleensä takaisin NO:ksi 12

N 2 O:n muodostuminen on merkittävää vain leijupetipoltossa - Matalampi lämpötila ja korkeampi ilmakerroin kuin poltinpoltossa - Noin 10 50 % polttoainetypen haihtuvista yhdisteistä hapettuu N 2 O:ksi - Herkkä lämpötilalle korkeammassa lämpötilassa syntyy NO - Koksijäännöksen typestä 1 20 % reagoi N 2 O:ksi N 2 O:n hajoaminen - Homogeeninen hajoaminen - Reaktio vetyatomin kanssa tai terminen hajoaminejn - Nopeutuu selvästi korkeissa lämpötiloissa - Heterogeeninen hajoaminen - Reaktiot koksin, CaO:n tai tuhkakomponenttien kanssa N 2 O-päästöjen vähentäminen - Lämpötilan nosto (voi kasvattaa NO- ja SO 2 -päästöjä) - Toinen tapa optimoida palotila NO- ja SO 2 -päästöjen kannalta ja hävittää N 2 O lisäämällä sykloniin ylimääräistä polttoainetta (esim. maakaasu), jolloin kohonnut lämpötila hajottaa N 2 O:a - Kalkin lisäys vähentää N 2 O-päästöjä, mutta lisää NOpäästöjä - CaO katalysoi ammoniakin hapettumista NO:ksi ja toisaalta N 2 O:n hajoamista? - Katalyyttinen hajottaminen erillisessä reaktorissa 13

Yhteenveto typen oksidien muodostumis- ja hajoamisreaktioista poltinpoltossa Yhteenveto typen oksidien muodostumis- ja hajoamisreaktioista leijupetipoltossa 14

Polttoparametrien vaikutus NO- ja N 2 O- päästöihin leijupetipoltossa - Päästökasvaa parametrin kasvaessa - Päästö vähenee parametrin kasvaessa - Parametrin kasvulla ei vaikutusta päästöihin NO x -päästöihin voidaan vaikuttaa primäärikeinoilla kehittämällä itse polttoprosessia - esim. ilmavaiheistus, polttoainevaiheistus, pelkistys koksijäännöksen avulla, lämpötilan optimointi, ilmakertoimen optimointi, savukaasujen kierrätys,... Typen oksidien poisto savukaasuista sekundaäärisin menetelmin - Selektiivinen katalyyttinen NO x -pelkistys (SCR-prosessi) - Ammoniakin lisäys savukaasuihin n. 250 500 C:ssa - Typen oksidien pelkistyminen N 2 :ksi - Tyypillisesti saavutetaan 90 % NO x -pelkistystehokkuus ilman, että ammoniakkipäästöt kohoavat liikaa (< 5 ppm) - Matalassa lämpötilassa vaatii katalyytin - V 2 O 5, WO 3 sidottuna TiO 2 -pohjaiseen kantajaan - Haittana se, että katalyytit katalysoivat myös SO 2 :n reaktiota SO 3 :ksi, mikä puolestaan lisää korroosiota - SCR-menetelmää ei suositella polttoprosesseille, joissa korkearikkinen polttoaine 15

Polyaromaattiset hiilivedyt (PAH) Hiilen ja vedyn rengasrakenteita - Rengasrakenteiden vetyatomit voivat korvautua yksittäisillä radikaaleilla - Rengasrakenteiden hiiliatomit voivat korvautua esim. hapella, typellä tai rikillä - Haitallisia terveydelle (osa karsinogeenejä) Polton yhteydessä - Analysoitu n. 30 PAH-yhdistettä - Poltossa yleisin PAH-yhdiste on naftaleeni (C 10 H 8 ) - Polton PAH-päästöjen alkuperä - Palamatta jääneet polttoaineen pyrolyysin PAH-yhdisteet - Palamisen yhteydessä kevyistä hiilivedyistä muodostuneet - Muodostumiseen vaikuttavat mm. polttoaine, lämpötila ja polttotekniikka/-tyyppi Dioksiinit ja furaanit Polyklooratut dibentso-p-dioksiinit (PCDD) ja polyklooratut dibentsofuraanit (PCDF) - Kaksi sarjaa trisyklisiä, aromaattisia yhdisteitä - Samankaltaiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet sekä biologiset vaikutukset - Tunnusomaista kloorin yhdistyminen hiilivety-yhdisteisiin - Klooriatomien määrä (x+y) vaihtelee välillä 1 8-75 PCDD- ja 135 PCDF-johdannaista - Suhteellisen stabiileja - Pyrkivät absorboitumaan rasvaan, heikosti veteen liukenevia Dioksiinit ja furaanit poltossa - Kiinteät polttoaineet (kivihiili, turve, puu) sisältävät vähän klooria, mutta huomioitava erityisesti jätteenpolttolaitoksissa - Jätepolttoaineen kloorimäärät voivat vaihdella merkittävästi - Alkuperä - Mukana polttoaineessa eivät reagoi polttoprosessin aikana - Muodostuvat pitkäketjuisista hiilivedyistä (esim. PVC), joissa on mukana klooria tai kloori reagoi pitkäketjuisen hiilivedyn kanssa - Muodostuvat yksinkertaisista orgaanisista yhdisteistä - Muodostuvat tulipesän jälkeen katalyyttisesti 16

Raskasmetallit Polttoaineet sisältävät paljon erilaisia mineraaleja sitoutuneena epäorgaaniseen osaan - Mineraalikoostumus riippuu polttoaineen syntytavasta ja paikasta suuria vaihtelua jopa samanlaisten polttoaineiden välillä Mineraalit voivat päätyä eri jätevirtoihin - Tulipesän pohjatuhka - Lämmönsiirtopinnoilta puhdisettu tuhka - Savukaasun puhdistimilta erotettu tuhka - Jakautumiseen vaikuttavat - Aineen sitoutumistapa polttoaineessa - Yhdisteen höyrystymislämpötila ja stabiilisuus - Muut systeemin alkuaineet - esim. klooriyhdisteet höyrystyvät herkästi - Polttoprosessi Vetyhalogeenit Halogeeneistä vain klooria esiintyy polttoaineissa siinä määrin, että se vaikuttaa polttoprosessiin - Erityisesti jätteenpolton yhteydessä (esim. PVC) - Lisäksi fluoripäästöjä voi syntyä jätteenpolton yhteydessä - esim. teflonista ((C 2 F 4 ) n ) ja freoneista (esim. CCl 2 F 2 ) - Bromia ja jodia ei esiinny polttoprosesseissa juuri lainkaan Käyttäytyminen polttoprosesseissa - Alkalikloridit voivat kondensoitua lämmönsiirtopinnoille ja aiheuttaa vakavia korroosiovaurioita - Polttoaineista vapautuva rikki kilpailee kloorin kanssa alkaleista - Alkaliklorideja ei muodostu (Na ja K sitoutuneet sulfaatteihin) - Kalkkikivilisäts vapauttaa alkalit reagoimaan kloorin kanssa - Kloorin esiintyessä vetykloridina pitäisi savukaasujen lämpötila pitää kastepisteen yläpuolella - Vetykloridia voidaan vähentää kalsiumyhdisteiden avulla - Vaikka ei esiintyisi korroosio-ongelmia, niin HCl on usein poistettava savukaasuista terveyssyistä - Etenkin jätteenpoltto 17

Palamisen päästöjen rajoitukset Polttoprosessien (kuten muunkin teollisen toiminnan) päästöjä on rajoitettu EUdirektiiveillä - Direktiivi 2010/75/EU teollisuuden päästöistä Päästörajat riippuvat laitostyypistä, laitoksen koosta, polttoaineesta ja mahdollisista aiemmin myönnetyistä luvista - Rikkidioksidi - - Hiukkaspäästöt - CO-päästöt Raja-arvojen (esim. mg/nm 3 ) lisäksi voidaan määrittää vähimmäispuhdistusasteet - esim. kuinka suuri osa polttoaineen rikistä on poistettava savukaasuista Palamisen päästöjen rajoitukset Esimerkkinä rikkidioksidipäästöt - Polttolaitokset, joille on myönnetty lupa ennen 7.1.2013, tai joiden lupahakemus on jätetty tätä ennen (edellyttäen että toiminta käynnistyy viimeistään 7.1.2014) Lähde: Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2010/75/EU, 24.11.2010, teollisuuden päästöistä. 18

Palamisen päästöjen rajoitukset Esimerkkinä NO x -päästöt - Polttolaitokset, joille on myönnetty lupa ennen 7.1.2013, tai joiden lupahakemus on jätetty tätä ennen (edellyttäen että toiminta käynnistyy viimeistään 7.1.2014) Lähde: Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2010/75/EU, 24.11.2010, teollisuuden päästöistä. Palamisen päästöjen rajoitukset Esimerkkinä NO x -päästöt - Polttolaitokset, joille on myönnetty lupa ennen 7.1.2013, tai joiden lupahakemus on jätetty tätä ennen (edellyttäen että toiminta käynnistyy viimeistään 7.1.2014) Lähde: Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2010/75/EU, 24.11.2010, teollisuuden päästöistä. 19

Palamisen päästöjen rajoitukset Esimerkkinä hiukkaspäästöt - Polttolaitokset, joille on myönnetty lupa ennen 7.1.2013, tai joiden lupahakemus on jätetty tätä ennen (edellyttäen että toiminta käynnistyy viimeistään 7.1.2014) Lähde: Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2010/75/EU, 24.11.2010, teollisuuden päästöistä. Palamisen päästöjen rajoitukset Jätteenpolttolaitoksilla on omat rajoitukset myös esim. dioksiineille ja furaaneille Lähde: Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2010/75/EU, 24.11.2010, teollisuuden päästöistä. 20

Palamisen päästöjen rajoitukset Jätteenpolttolaitoksilla on omat rajoitukset myös esim. raskasmetalleille Lähde: Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2010/75/EU, 24.11.2010, teollisuuden päästöistä. Palamisen päästöjen rajoitukset Rajoitukset voivat liittyä tietyn aikavälin keskiarvoihin Lähde: Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2010/75/EU, 24.11.2010, teollisuuden päästöistä. 21

Yhteenveto Hiiltä sisältävien polttoaineiden palamisessa syntyy aina CO 2 -päästöjä Muista päästöistä keskeisimpiä ovat - Rikin oksidit - Jätepolttoaineiden käyttö asettaa lisähaasteita palamisen päästöjen hallintaan - Klooriyhdisteet, raskasmetallit, jne. Päästörajoituksia on määritetty EU-tasoisin direktiivein Kuva: Kaisa Heikkinen. Hyvää Joulua ja vielä parempaa uutta vuotta 22