Injeksi karbon aktif: penyisihan merkuri dan dioksin sebelum bag filter

Injeksi karbon aktif untuk gas buang: apa yang disisihkannya

Saat gas telah didinginkan dan gas asamnya dinetralkan, yang tersisa hanyalah daftar pendek polutan yang tidak cukup larut untuk disisihkan melalui scrubbing dan tidak cukup padat untuk disaring sebagai debu. Merkuri keluar dari tungku sebagai uap dan tetap berupa uap pada suhu tempat filter kain beroperasi. Dioksin dan furan bertahan melewati ruang bakar dalam jumlah kecil, lalu terbentuk kembali pada fly ash saat gas mendingin. Keduanya tidak larut dalam cairan pencuci pada laju yang berguna, dan keduanya tidak mengendap sendiri dari gas.

Keduanya ditangkap pada karbon, dan injeksi karbon aktif adalah cara yang lazim untuk mempertemukan keduanya. Karbon bubuk didosiskan ke dalam saluran, dan gas membawanya ke depan menuju filter partikulat. Satu gram bubuk itu menyediakan permukaan internal yang diukur dalam ratusan meter persegi — sifat bahan, bukan angka desain — dan pada permukaan itulah molekul organik atau atom merkuri berhenti.

Hal itu juga menetapkan batas luar tugasnya. Karbon didosiskan untuk merkuri serta untuk dioksin dan furan. Karbon bukan jawaban untuk gas asam, yang sudah disisihkan oleh scrubber atau sorben kering di hulu, dan bukan jawaban untuk nitrogen oksida, yang tidak teradsorpsi pada karbon dalam jumlah yang berguna pada suhu-suhu ini.

• Merkuri — polutan yang paling sering menentukan apakah injeksi karbon aktif untuk gas buang dipasang sama sekali, dan polutan yang tidak dapat ditangkap sebagai debu.
• Dioksin dan furan — fraksi yang bertahan melewati ruang bakar bersama fraksi yang terbentuk kembali pada fly ash di hilir.
• Organik renik lainnya — aromatik terklorinasi dan senyawa sejenis, yang terikat pada permukaan yang sama tanpa tahap tersendiri.
• Logam berat selain merkuri — terbawa pada fly ash sebagai padatan, sehingga menjadi tugas kolektor debu, bukan tugas karbon.
• Gas asam dan nitrogen oksida — di luar tahap ini; keduanya ditangani di hulu atau di dalam tungku.

Penyisihan merkuri dari gas buang insinerator

Merkuri berperilaku berbeda dari setiap logam lain dalam gas, dan perbedaan itulah yang menjadikannya masalah adsorpsi. Logam lain meninggalkan tungku bersama fly ash, sehingga filter kain menyisihkannya bersama debu. Merkuri keluar sebagai uap, dan sebagiannya tetap berupa uap sepanjang rangkaian, tempat tidak ada filter yang dapat menangkapnya.

Merkuri juga datang dalam lebih dari satu bentuk. Merkuri teroksidasi larut dalam air dan scrubber basah menyisihkan sebagiannya; merkuri elemental hampir tidak larut dan melewati scrubber nyaris tanpa tersentuh. Perbandingan antara keduanya bergantung pada klorin dalam limbah, oksigen dalam gas, dan riwayat suhu gas, yang tidak satu pun tetap, sehingga fraksi yang harus ditangkap pada karbon juga bukan konstanta.

Dua sifat penangkapan itu penting di tahap desain berikutnya. Adsorpsi melemah saat gas makin panas, sehingga titik injeksi ditempatkan sejauh mungkin ke hilir sesuai yang diizinkan suhu. Dan merkuri yang telah teradsorpsi dapat terlepas kembali dari abu yang terkumpul bila abu itu dihangatkan, sehingga suhu masuk filter dan jalur penanganan abu termasuk dalam jawaban merkuri, bukan hanya jawaban dioksin.

Penyisihan dioksin dalam gas buang: tahap adsorpsi

Separuh bagian pembentukan dari topik ini dibahas di tempat lain. Artikel tentang mengapa insinerator beroperasi pada 850 °C selama dua detik membahas pemusnahan di dalam ruang bakar, dan artikel tentang sintesis de novo dan jendela pendinginan membahas apa yang terbentuk di hilir pada fly ash. Yang tersisa untuk karbon adalah bahan yang ada pada saluran masuk filter — senyawa yang tidak dimusnahkan ruang bakar dan tidak dapat dicegah oleh bagian pendinginan.

Adsorpsi lebih lemah saat gas panas dan lebih kuat saat gas dingin, sehingga titik injeksi sebaiknya ditempatkan di ujung dingin rangkaian. Adsorpsi juga bersifat reversibel. Dioksin yang terikat pada karbon sebelumnya dapat terlepas kembali ketika kondisi berubah: kenaikan suhu, perubahan beban, penghentian dan penyalaan ulang. Karena itu, suatu pabrik dapat mengemisikan lebih banyak setelah gangguan daripada yang diperkirakan angka kondisi tunaknya, dan jawabannya adalah membiarkan pendosisan karbon tetap berjalan sepanjang transien, bukan mematikannya bersama umpan limbah.

Bagaimana laju injeksi karbon untuk insinerator limbah ditetapkan

Tidak ada tabel yang memberikan lajunya. Kebutuhan karbon suatu gas bergantung pada konsentrasi merkuri dan dioksin di dalamnya, suhu dan kelembapan saat gas tiba, berapa lama bubuk harus tercampur dengannya sebelum filter, dan berapa banyak karbon yang sudah tertahan pada kantong — yang tidak satu pun merupakan sifat peralatan yang dibeli. Laju yang disalin dari pabrik yang membakar limbah berbeda hanyalah tebakan awal, bukan desain.

Yang ditetapkan adalah metodenya. Laju awal dipilih pada sisi konservatif, pabrik dijalankan pada laju itu, dan hasilnya dibaca dari cerobong: merkuri dan dioksin dari uji pengambilan sampel selama periode tertentu, serta parameter yang diukur secara kontinu dari sistem pemantauan. Laju itu kemudian disesuaikan sampai angka-angkanya bertahan dengan margin pada beban terendah yang dijalankan pabrik, tempat gas paling lambat dan kontaknya paling buruk, lalu diperiksa ulang setiap kali aliran limbah berubah secara berarti.

Laju itu sendiri biasanya dinyatakan sebagai massa karbon terhadap volume gas, atau sebagai proporsi terhadap abu yang dikumpulkan filter, dan kedua bentuk itu harus dikonversi menjadi kilogram per jam bubuk untuk peralatan pendosisan. Angka mana yang diterbitkan untuk suatu unit, dan titik awal yang cocok untuk limbah tertentu, dikonfirmasi dengan pabrik untuk komposisi limbah Anda.

• Beban merkuri dan dioksin pada gas mentah, yang mengikuti limbahnya, bukan pabriknya.
• Suhu gas pada titik injeksi, karena adsorpsi menurun saat gas makin panas.
• Kelembapan dan titik embun asam di sana, karena bubuk yang lembap menempel pada dinding saluran dan pada kantong.
• Panjang pencampuran antara pipa injeksi dan filter, yang menentukan seberapa banyak kontak yang diperoleh bubuk sebelum terkumpul.
• Siklus pembersihan filter, yang menentukan berapa banyak karbon yang tersisa pada kantong di antara pulsa.

Injeksi karbon aktif dan bag filter

Susunan ini bekerja karena apa yang terjadi pada kantong. Karbon tiba sebagai bubuk terdispersi dan kain menangkapnya; cake yang terbentuk pada kantong kemudian menjadi lapisan yang dilewati gas. Gas melewati karbon, bukan sekadar melintas di sisinya, dan waktu kontak yang tidak dapat disediakan pipa injeksi sendirian dipasok oleh filter. Itulah sebabnya titik injeksi berada di hulu kolektor debu, dan sebabnya pabrik yang mengalirkan gasnya langsung ke cerobong setelah injeksi sebenarnya tidak memasang tahap adsorpsi sama sekali.

Ada tiga konsekuensinya. Filter harus beroperasi di bawah batas suhu bahan kantongnya, yang menjaga cake tetap dingin dan adsorpsi tetap bekerja. Kantong yang rusak, atau kompartemen yang dialihkan alirannya, mengirim karbon — beserta apa pun yang telah ditangkapnya — ke cerobong. Dan abu yang terkumpul meninggalkan pabrik sambil membawa merkuri dan dioksin yang telah disisihkan dari gas, sehingga jalur pembuangannya merupakan bagian dari tugas yang sama, bukan detail hilir.

Alternatif injeksi adalah lapisan karbon tetap: gas dialirkan melalui bejana berisi karbon, dan karbon itu diganti atau diregenerasi menurut jadwal. Lapisan tetap lebih mudah dipantau dan lebih mudah dipertahankan pada laju yang stabil, tetapi memerlukan ruang lebih luas dan bejana yang lebih berat daripada pipa injeksi. Kedua susunan bergantung pada gas yang tiba dalam rentang suhu tempat adsorpsi bekerja, dan gas yang terlalu dingin membawa debu basah dan lengket ke dalam filter.

Kesalahan umum

• Menetapkan laju injeksi sebagai angka tetap tanpa menyebutkan limbah yang menjadi dasarnya. Laju mengikuti gas, dan gas mengikuti umpan.
• Menyuntikkan di hulu menara quench atau scrubber, tempat bubuk tercuci keluar dari gas sebelum mencapai filter dan tidak pernah membentuk lapisan.
• Mengoperasikan filter di atas batas suhu kantongnya untuk memperbaiki adsorpsi, yang memperpendek umur kantong dan mengembalikan abu yang terkumpul ke rentang tempat dioksin terbentuk kembali.
• Memperlakukan kolektor debu hanya sebagai kolektor debu, dan tidak memeriksa bahwa cake pada kantongnya merupakan lapisan kontak yang diasumsikan desain adsorpsi.
• Menghentikan umpan karbon selama penghentian atau perubahan beban, padahal bahan yang teradsorpsi dapat terlepas kembali dan pelepasan itulah yang terlihat di cerobong.
• Menganggap abu itu bersih karena gasnya bersih. Merkuri dan dioksin ada di dalam abu, dan abu itu memiliki jalur pembuangannya sendiri.

Pemeriksaan mandiri sebelum sistem injeksi ditetapkan

• Sudahkah konsentrasi merkuri dan dioksin dalam gas mentah diketahui, atau setidaknya karakteristik limbah yang menjadi asalnya?
• Apakah titik injeksi berada di hilir tahap pendinginan dan scrubbing, serta di hulu filter partikulat?
• Apakah suhu gas dinyatakan pada titik injeksi dan pada saluran masuk filter, dan apakah saluran masuk filter berada di bawah batas bahan kantong?
• Apakah laju karbon dinyatakan terhadap beban yang benar-benar dijalankan pabrik, dengan angka untuk beban terendah sekaligus untuk titik desain?
• Sudahkah abu dari filter dikarakterisasi untuk pembuangan, mengingat kandungannya sekarang?
• Apakah injeksi merupakan tugas kontinu, termasuk selama penyalaan, penghentian, dan perubahan beban?
• Apakah uji cerobong yang menutup loop dijadwalkan pada beban yang representatif dan periode pengambilan sampel yang dinyatakan?

Dari batas cerobong ke laju pendosisan karbon

Injeksi karbon aktif adalah tahap yang kecil dalam hal jejak ruang dan menentukan dalam hasil: tahap inilah yang menangani dua polutan yang tidak dapat dijangkau rangkaian selebihnya. Tahap-tahap di antara tempatnya berada diuraikan dalam artikel tentang pengolahan gas buang pada insinerator, dan batas yang harus dipenuhinya untuk merkuri, dioksin, dan partikulat ada pada bagan emisi insinerator. Laju injeksi, titik pendosisannya, dan tugas filter untuk pabrik Anda dikonfirmasi dengan pabrik untuk komposisi limbah Anda dan baku mutu emisi yang berlaku.