Výroba a výskum alternatívnych sorbentov na báze prírodných látok a

Výroba a výskum alternatívnych sorbentov na báze prírodných látok a surovín získaných z biologických surovín DESERTÁRIA schválená Fakultou strojného, ​​procesného a energetického inžinierstva Technickej univerzity Bergakademie Freiberg na získanie akademického titulu doktorský inžinier Dr.-Ing. predniesol: Dipl.-Ing. Ulrike Straßburger narodená: 10. januára 1972 v: Gotha Recenzent: Prof. Dr.-Ing. habil. W. Naundorf prof. Dr.-Ing. habil. W. Heschel prof. Dr. rer. nat. habil. Deň obrany O. Wienhausa: 23. januára 2004

sorbentov

Obsah Obsah 1. ÚVOD. 5 2. TEORETICKÉ ZÁKLADY. 7 2.1. Chemická štruktúra a vlastnosti prírodných látok a biologicky získaných surovín 7 2.1.1. Drevo 7 2.1.2. Tráva a slama 11 2.1.3. Hnedé uhlie 14 2.1.4. Lignit xylit 20 2.2. Základy aktivácie 23 2.2.1. Reaktivita a aktivácia 23 2.2.2. Možnosti aktivácie pevných látok 24 2.2.3. Mechanická aktivácia tuhých látok 26 2.2.4. Skladovanie reaktívnych látok v nosnej matrici 29 2.3. Základy sorpčnej teórie 31 2.3.1. Charakter a základné podmienky adsorpcie 31 2.3.2. Adsorpčná kapacita 32 2.3.3. Adsorpčné entalpie 34 2.3.4. Transportné procesy počas adsorpcie 34 2.3.5. Adsorpcia na sypký materiál 35 2.3.6. Zmiešané adsorpčné a separačné účinky 38 2.3.7. Adsorpčné vlastnosti súvisiace s procesom 38 2.3.8. Technické adsorbenty 39 2.3.9. Technická implementácia adsorpcie 47 2.3.10. Oblasti použitia a príklady použitia adsorpčnej technológie 50 2.3.11. Základné podmienky absorpcie 51 2.3.12. Odsírenie spalín 52 3. ÚLOHA. 57 1

Obsah Zoznam použitých symbolov a skratiek Bibliografia Zoznam obrázkov Zoznam tabuliek Zoznam tabuliek Prílohy Prílohy 4

2. TEORETICKÉ ZÁKLADY 2.1. Chemická štruktúra a vlastnosti prírodných látok a biologicky získaných surovín 2. TEORETICKÉ ZÁKLADY 2.1. Chemická štruktúra a vlastnosti prírodných látok a biologicky získaných surovín 2.1.1. Drevo Surovina dreva je zložená surovina pozostávajúca z rôznych organických zlúčenín s týmto elementárnym zložením: 45,52% uhlíka, 41,46% kyslíka, 5,6% vodíka, 30%). [3], [11] Dá sa očakávať, že obsah popola a zloženie rôznych hnedých uhlí bude hrať dôležitú úlohu pri použití aktivovaného hnedého uhlia ako sorbentov 18

2. TEORETICKÉ ZÁKLADY 2.1. Chemická štruktúra a vlastnosti prírodných látok a biologicky získaných surovín Je známe, že výskyt dlhovláknitých až hrudkovitých xylitov spôsobuje ťažkosti pri extrakcii a ďalšom spracovaní hnedého uhlia. Pevnosť xylitolových vlákien spôsobuje zlé vlastnosti drvenia a zvyčajne spôsobuje poruchy v jednotkách na spracovanie uhlia. Pri výrobe palivového prachu alebo kvalitných lignitových brikiet by sa preto mal lignitový xylit oddeľovať od základnej uhoľnej hmoty drvením a preosievaním. So zvyšujúcim sa podielom xylitolu v extrahovanom lignite rastie potreba preskúmať nové a ekonomicky výhodné oblasti použitia vláknitého xylitolu. [14] 22

6. GRANULÁTY Z HNEDÉHO UHLIA A POVRCHOVANÉHO VÁPNA AKO SORPČNÉ LÁTKY 6.1 Ciele prostredníctvom spojivových fólií, zvýšená tvorba pevných mostov a tým zvýšená tendencia k inkrustácii vo vlhkom prostredí hovoria proti granulácii samotného haseného vápna. Uvedené nevýhody treba odstrániť skladovaním haseného vápna v pevnej matrici bohatej na póry a odolnej proti vode. Ako nosný materiál by sa malo použiť mäkké hnedé uhlie. Kombináciou surovín lignit a hasené vápno sa majú vyrábať granule, ktoré vyhovujú nasledujúcim požiadavkám: vysoká mechanická a tepelná odolnosť, vysoká stabilita zrna pri pôsobení vody alebo pary, rýchle a úplné oddelenie škodlivých plynov, úplné využitie haseného vápna na viazanie škodlivých plynov, Žiadne zanášanie granúl v dôsledku pevných mostíkov, vírenie prachu, jednoduchá a ekologická likvidácia alebo ďalšie použitie naplnených granúl, nízke výrobné náklady. [64] 127

6. GRANULÁTY Z HNEDÉHO UHLIA A POVRCHOVÉ VÁPNO AKO SORPČNÉ LÁTKY 6.2 Výroba lignitových hasených vápenných granúl Obr. 6.2: Intenzívny mixér od EIRICH, Hartheim Hasené vápno je možné pridávať do surového uhlia, ako už bolo spomenuté, vo forme prášku alebo vo forme suspenzií. Pridanie suspenzií haseného vápna má výhodu v tom, že hasené vápno je už jemne distribuované a dá sa lepšie homogénne dispergovať v lignite. Okrem toho existuje vyššia reaktivita hydrogélu, ktorá vzniká pridaním vody a vstupom energie. Nehomogenity v distribúcii haseného vápna sú pravdepodobnejšie pri použití suchého haseného vápna. Ak sa má do lignitovej matrice zaliať obzvlášť veľké množstvo haseného vápna, je to možné iba pridaním práškového haseného vápna, pretože sa do granulačného procesu so suspenziami privádza príliš veľké množstvo vody, čo vedie k tvorbe veľmi hrubých granúl. 131

6. GRANULÁTY VYROBENÉ Z HNEDÉHO UHLIA A ZAPRACOVANÉHO VÁPNA AKO SORPČNÉ LÁTKY 6.3 Vlastnosti lignitového haseného vápna Granule Vonkajšia štruktúra granúl Materiály vyrobené prezentovaným granulačným procesom sa vyznačujú voľnou zrnitou štruktúrou, ktorá nemá tendenciu zhutňovať sa alebo tuhnúť. Obrázok 6.3 zobrazuje vonkajšiu štruktúru granúl obsahujúcich hasené vápno, ktorých mierne svetlejšia farba v porovnaní s lignitovými granulami je jedinou vonkajšou charakteristikou haseného vápna, ktoré obsahuje. Granuláty s vysokým podielom haseného vápna až do LK = 40 hmotnostných% majú tiež homogénny vonkajší povrch. 100 hm.% Surového hnedého uhlia 0 1 mm 93 hm.% Surového hnedého uhlia + 7 hm.% Haseného vápna 0 1 mm 80 hm.% Surového hnedého uhlia + 20 hm.% Haseného vápna 0 1 mm Obr. 6.3: Vonkajšia štruktúra haseného hnedého uhlia Granule 136

6. GRANULÁTY Z HNEDÉHO UHLIA A HUSTÉ VÁPNO AKO SORPČNÉ LÁTKY 6.3 Vlastnosti lignitových hasených vápenných granulátov Distribučný súčet Q 3 (x) v% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Počiatočný stav 10 Skúška pádovým potrubím (100 otáčok) Skúška tlakovej nádoby 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Veľkosť častíc v µm Obr. 6.7: Distribúcia veľkosti zrna haseného vápenného haseného vápenného granulátu s LK = 20% hmot. V závislosti od druhu napätia (G 20, použité surové uhlie: frakcia surového uhlia 0 až 1 mm, Predná fréza šľahača d A = 0,3 mm) Súčet rozdelenia Q 3 (x) v% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Počiatočný stav 10 Skúška odklonu (100 otáčok) Skúška tlakovej nádoby 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Veľkosť častíc v µm Obr. 6.8: Distribúcia veľkosti zrna haseného vápenného haseného vápenného granulátu s LK = 20% hmot. V závislosti od druhu napätia (G 6, použité surové uhlie: surové uhlie 0 až 5 mm, Schlagna senmühle d A = 0,5 mm) Ak porovnáme pevnosť tohto granulátu s granulátom (G6), ktorý obsahuje aj 20 hmotnostných% haseného vápna, ale z celého surového uhlia s d = 0 až 5 mm a s hrubším odtokovým sitom Vytvoril sa kladivový mlyn 0,5 mm, teda 141