4 Typenoksidipäästöjen muodostuminen Typenoksideja muodostuu kolmella eri mekanismilla Terminen Nopea (prompt) Polttoainetyppi Lämpötilan vaikutus Eri muodostumismekanismien tuottama NO-määrä riippuu lämpötilasta Lämpötilan noustessa muodostuu tärkeimmäksi mekanismiksi terminen NO Kuva 6. NOx-muodostuminen lämpötilan funktiona. Lähde: Oksanen (1995). Muokattu. 7.4.2019 Aila Puttonen
Typenoksidipäästöjen muodostuminen Terminen NO muodostuu korkeassa lämpötilassa edellyttää riittävän pitkää viipymäaikaa palotilassa muodostuu ilman molekulaaritypestä Korkeassa lämpötilassa muodostuu happiradikaaleja, jotka reagoivat typen kanssa syntyy typpiradikaaleja, jotka jatkavat reaktiota O. + N2 NO + N. N. + O2 NO + O. reaktio jatkuu alusta Ali-ilmaisessa tilassa hapen sijasta hydroksyyliradikaalit (.OH) reagoivat typen kanssa muodostaen NO. Nopea NO muodostuu ali-ilmaisilla kuumilla (>1800 K) vyöhykkeillä hiilivetyradikaalit aiheuttavat reaktiot muodostuminen loppuu heti, kun hiilivetyradikaalien muodostuminen loppuu 7.4.2019 Aila Puttonen
Typenoksidipäästöjen muodostuminen Polttoaine NO - polttoaineen haihtumattoman osan typen reaktiot eivät riipu olosuhteista 40 % typestä muodostaa NO 60 % typestä muodostaa N2 - polttoaineen haihtuvan osan typpi reagoi hapettavissa olosuhteissa muodostuu NO pelkistävissä, ali-ilmaisissa oloissa muodostuu typpikaasua, N2 typpi lähinnä syaanivetynä (HCN) tai ammoniakkina (NH3) reaktiot monivaiheisia; lopuksi atomaarinen typpi reagoi hapettavat olosuhteet HCN NO NHi N. pelkistävät olosuhteet N2 NH3 Kuva 7. Polttoaineen haihtuvan osan typen reaktiot pelkistettynä 7.4.2019 Aila Puttonen
Typenoksidien vähentäminen Typenoksidien muodostumista voidaan vähentää merkittävästi alentamalla palamisen lämpötilaa vähentämällä happimäärää järjestämällä hyvä sekoittuminen – lämpötila tasoittuu palotilan eri osissa lyhentämällä viipymäaikaa palotilassa Vähentämismenetelmiä käytettäessä on huomioitava, ettei samalla aiheuteta epätäydellistä palamista, joka aiheutuu alhaisesta happipitoisuudesta alhaisesta lämpötilasta liian lyhyestä viipymäajasta palotilassa 7.4.2019 Aila Puttonen
Typenoksidien vähentäminen Vaiheistettu poltto lähinnä suurissa polttolaitoksissa käytetty menetelmä myös puun pienpolttoon sopivissa uuneissa pyritään vaiheistettuun ilman syöttöön aluksi palaminen ali-ilmaisissa olosuhteissa epätäydellistä syntyy häkää (CO) palamattomia hiilivetyjä (HC) rikin pelkistyneitä yhdisteitä (COS ja NH3) hiukkasia myöhemmin happea syötetään lisää palaminen täydelliseksi NO muodostuu jonkin verran epätäydellisen palamisen tuotteet palavat täydellisesti NH3 NO H2O N2 Savukaasuihin voidaan myös ruiskuttaa ammoniakkia (NH3) NO vähenee Kuva 8. Ammoniakin ja typenoksidien reaktio. Animaatio. 7.4.2019 Aila Puttonen
sekä päästöistä. Animaatio. NO H2O CO2 CH CO SO2 Hiukkasia PAH Höyrystyneitä metalleja Hg, As, Pb N2 Ilma: 21 til-% O2 79 til-% N2 Polttoaine: C, H, N, S, O, Cl, K, Ca, Mg Tuhka: metallioksideja epämetallioksideja Yläilma C2 Ammoniakin ruiskutus COS H2S Primääripoltto ali-ilmaisena - epätäydellistä palamista - muodostuu häkää ja palamattomia hiilivetyjä - vähän rikin yhdisteitä - ei muodostu NO Yläilman lisäys - lähes täydellinen palaminen muodostuu vähän NO Ammoniakin lisäys mahdollinen - vähentää NO-päästöjä Lopulliset päästöt - paljon CO2, H2O, N2 vähän NO, CH, SO2 hiukkasia erittäin vähän muita Kuva 9. Kaavamainen esitys vaiheistetusta poltosta ja ammoniakin ruiskutuksesta savukaasuihin sekä päästöistä. Animaatio. 7.4.2019 Aila Puttonen
Lähteitä Flagan, Richard ja Seinfeld John (1988). Fundamentals of Air Pollution Engineering.Prentice Hall Inc., New Jersey. Iisa Kristiina (1991). Rikki- ja typpiyhdisteiden muodostuminen poltossa. Åbo Akademi, Turku. Kilpinen Pia (1995). Typen oksidien muodostuminen ja hajoaminen. Teoksessa Raiko Risto (toim.), Poltto ja palaminen. Teknillisten tieteitten akatemia. Jyväskylä, 239-276 Oksanen Antti (1995). Kaasun ja öljyn palaminen. Teoksessa Raiko Risto (toim.), Poltto ja palaminen. Teknillisten tieteitten akatemia. Jyväskylä, 109-138 7.4.2019 Aila Puttonen