Bilgiseller / Gemi makineleri ve enerji
Baca gazı kükürt arıtımı: alkalinite, kütle aktarımı ve yıkama suyu dengesi
SO2 absorpsiyonunu nötrleştirmeden ayırın, ideal alkali ihtiyacını hesaplayın; yıkama suyu dolaşımı, tamamlama ve tahliyeyi farklı bilançolarda izleyin.
Bu sayfada
Islak egzoz gazı yıkayıcısı, kükürt bileşiklerini gazdan sıvıya aktarır ve ortaya çıkan kimyayı yönetir. Mekanizma yalnız su debisi değildir. Gaz–sıvı teması SO2’nin ne hızda emilebildiğini; alkalinite ne kadar asidin nötrleştirilebildiğini; dolaşım, soğutma ve kontrollü çekiş ise sıvıda neyin biriktiğini belirler. Bunlar bağlı dengelerdir, fakat birbirinin yerine geçen performans göstergeleri değildir.
Absorpsiyon ile nötrleştirme ayrı adımlardır
SO2 önce gaz–sıvı ara yüzünü geçmelidir. Suda çözünmüş SO2, bisülfit ve sülfit dengelerine katılır; oksitlenme daha sonra sülfat oluşturabilir. Alkali, emilen kükürtle ilişkili asitliği tüketir ve absorpsiyonun itici farkını korumaya yardım eder. Yıkayıcıyı sıvı kimyası olmadan her SO2 molekülünü fiziksel tutan bir filtre gibi düşünmek yanıltıcıdır.
Wärtsilä açık çevrimde deniz suyu alkalinitesini, kapalı çevrimde eklenen alkaliden ayırır. Fiziksel ilke yararlıdır; fakat eski ürün açıklaması belirli yerde deşarjın zararsız veya izinli olduğunu kanıtlamaz. Egzoz temizliği ve alıcı suyun korunması ayrı değerlendirilmelidir.
İyi kimya kötü teması telafi edemez
Basit gaz tarafı aktarım anlatımında emilme hızı, KGa ve uygun ortalama konsantrasyon veya kısmi basınç farkıyla orantılıdır. KG toplam aktarım katsayısını, a birim hacimdeki etkili ara yüz alanını gösterir. Bu boyutlandırma bağıntısı değil kavramsal ilişkidir; tanımlar ve birimler seçilen modelle uyuşmalıdır.
Püskürtme dağılımı, damla boyutu, varsa dolgunun ıslanması, gaz kalış süresi ve sıcaklık teması etkiler. Taşma, kirlenme veya kısa devre akışı, hazne pH’ı uygun görünürken kullanılabilir alanı azaltabilir. EPA ıslak yıkayıcı rehberi gaz–sıvı temasını, sıvı debisini ve basınç farkını ilgili performans kanıtları arasında sayar. Gemide motor karşı basınç sınırı da vardır; su debisini artırmak genel çözüm değildir.
pH ile alkalinite aynı büyüklük değildir
pH, ölçüm koşulundaki hidrojen iyonu etkinliğini ifade eder. Alkalinite, belirli kimyasal/titrasyon temelinde asit nötrleştirme kapasitesidir. İki suyun pH’ı benzerken asit yüküne karşı pH değişmeden gösterebildiği kapasite farklı olabilir. Tuzluluk veya coğrafi konum bağlam verir; fakat tasarım koşulu için gereken su analizinin yerini tutmaz.
Alkalinite hesabında eşdeğer birimleri tutarlı kullanılmalıdır. Bir eşdeğer, bir mol hidrojen iyonu yükünü nötrleştirir. Sayısal olarak 1 meq/L,1 eq/m³ değerine eşittir. Pratik yıkayıcıda kullanılabilir sayılacak bölüm, istenen artık koşula ve sürece bağlıdır. Tam kullanım varsayımı uygulanabilir tasarım yerine iyimser kimyasal sınır olabilir.
Sayısal örnek: yakıt kükürdünden SO2’ye
Varsayımsal yakıt debisi 1.000 kg/h, kütlece kükürt %2,5 olsun. Eğitim hesabında bütün kükürt SO2’ye dönüşsün ve bunun %98’i yakalansın. SO3, küle bağlı kükürt ve diğer tepkimeler ihmal edilsin. Yuvarlatılmış mol kütleleri S = 32 kg/kmol ve SO2 = 64 kg/kmol kullanılsın.
Kükürt debisi 1.000 × 0,025 = 25 kg/h olur. Giren SO2, 25 × 64/32 = 50 kg/h; yakalanan 49 kg/h; kalan 1 kg/h bulunur. Hesap bütün egzozu değil kükürdü izler. Seçilen yakalama oranı, uygunluk sonucu değil varsayımdır.
İdeal kostik ihtiyacı varsayılan son ürüne bağlıdır
Tam nötrleştirilmiş ve oksitlenmiş sülfat son ürünü için SO2 + 2NaOH + ½O2 → Na2SO4 + H2O kullanılır. Yakalanan SO2, 49/64 = 0,765625 kmol/h olur. Mol başına iki alkali eşdeğeri 1,53125 kmol/h NaOH gerektirir. Yuvarlatılmış 40 kg/kmol mol kütlesiyle saf NaOH ihtiyacı 61,25 kg/h olur.
%50 NaOH çözeltisi ideal miktarı 61,25/0,50 = 122,5 kg/h çözelti debisiyle sağlar. Bu dozlama talimatı değildir. Gerçek ihtiyaç başlangıç alkalinitesine, seçilen kimyaya, artık alkaliniteye, diğer asitlerin emilmesine ve kayıplara bağlıdır. Bisülfitçe zengin sıvıyla tam sülfat nötrleştirmesinin anlık alkali ihtiyacı aynı değildir. Reaktif sayısı anlamlı olmadan önce kimyasal son durum belirtilmelidir.
Alfa Laval alkali dozlama, su temizleme ve kalıntı yönetimini ayrı kapalı çevrim tasarım işlevleri olarak ele alır. Yalnız stokiyometrik miktar; dozlama kontrolünü, güvenli kimyasal elleçlemeyi, tank hacmini veya arıtma kapasitesini belirlemez.
Deniz suyu alkalinite hesabı pompa seçimi değildir
Örneğin ideal sülfat nötrleştirme ihtiyacı saatte 1.531,25 mol yük eşdeğeridir. Gelen deniz suyu alkalinitesi 2,3 eq/m³ varsayılsın. Tamamını kullanılabilir saymak 1.531,25/2,3 = 665,76 m³/h gerektirir. Yalnız örnek olarak %70 kullanım kabul edilirse 951,09 m³/h bulunur.
Bunlar varsayılan girdilerle yalnız alkaliniteye dayanan debi tahminleridir. Kurulu debiyi belirlemez: ısı atımı, gaz–sıvı aktarımı, artık sıvı kimyası, deşarj ölçütleri, pompa kullanılabilirliği ve motor karşı basıncı başka sınırlar getirebilir. %70 katsayısı standart veya önerilen değer değildir; mevcut nötrleştirme kapasitesiyle hesaba katılan kapasite farkını görünür kılar.
Dolaşım su tüketimine eşit değildir
Kapalı çevrimde büyük iç debi, tüketilmeden yıkayıcı ve soğutucudan tekrar tekrar geçebilir. Sabit envanter için toplam net sıvı eklemesi; buharlaşma, kontrollü çekiş ve diğer gerçek kayıpları dengelemeli, varsa yoğuşma veya tepkime hacim değişimini içermelidir. İç dolaşım iki tarafta bulunduğundan birbirini götürür.
Ayrı basit hacim örneğinde dolaşım 500 m³/h, buharlaşma 1,5 m³/h ve çekiş 2,0 m³/h olsun. Yoğuşma, damla taşınması ve tepkime hacim değişimi ihmal edilsin. Net sıvı tamamlama 503,5 değil 3,5 m³/h olur. Burada tamamlama, reaktif çözeltisinin suyu dahil bütün sıvı eklemeleridir; doğrudan tatlı su sayacı okuması olmak zorunda değildir.
Kontrollü çekiş dolaşımdaki birikimi sınırlar; arıtma ise yalnız sürecinin ayırabildiği türleri giderir. Askıda parçacıkları ayırmak çözünmüş sülfatı mutlaka gidermez. Çekişi tutma tankına yönlendirmek hemen denize deşarjı önler, fakat tank kapasitesini tüketir; madde dengesini ortadan kaldırmaz.
Egzoz ve sıvı performansını bağımsız doğrulamak
Gaz tarafı için uygun giriş/çıkış temeli ve kalibre ölçümler gerekir; seyreltme veya değişen motor koşulu, iddia edilen kütle giderimi olmadan konsantrasyonu değiştirebilir. Sıvı tarafı, tanımlı ölçüm noktaları ve parametreleri gerektirir. Hazne pH’ı, deşarj pH’ı, alkalinite ve kirletici içeriği farklı soruları yanıtlar.
IMO EGCS kılavuzu egzoz sistemi doğrulamasına ek olarak deşarj suyu ölçütlerini içerir. Gerçek işletmede uygulanabilir değişiklik/düzeltmeler, geminin onaylı belgeleri ve yerel kısıtlar belirleyicidir. Tek pH değerini sağlamak bütün deşarj uygunluğunun veya deşarj izninin kanıtı değildir. Kalıntı ve depolanmış su da onaylı elleçleme yolunu gerektirir.
Yararlı teşhis üç dengeyi de kapatır
Koşul değişince yakıt kükürdü ve debisi, gaz yükü, yıkama suyu debi/sıcaklığı, giriş alkalinitesi, alkali eklemesi, dolaşım envanteri, çekiş/arıtma durumu ve gaz performansı karşılaştırılır. Düşen pH artan asit yüküne veya azalan kimyasal kapasiteye işaret edebilir; fakat tek başına pompa veya dozlama arızasını seçmez. Sabit pH kötü gaz dağılımıyla birlikte bulunabilir.
Kalıcı yöntem; kükürt, nötrleştirme eşdeğeri ve su envanteri dengelerini ayrı kapatıp gerçek ekipman üzerinden bağlamaktır. Böylece ek kostik, pompa debisi ve çekişin neden farklı sorunları çözdüğü anlaşılır. Kimyasal, valf veya koruma değişiklikleri kurulu sistemin onaylı işletme ve güvenlik yöntemini izlemelidir.