Znečišťující látky: Co jsou zač, proč je omezujeme, kde se vyskytují a jak je řešíme?

Znečišťující látky ovzduší, které se také běžně označují jako nebezpečné látky znečišťující ovzduší, HAP a látky toxické pro ovzduší, jsou znečišťující látky, o nichž je známo, že způsobují vážné zdravotní dopady nebo nepříznivé účinky na životní prostředí. Zákon o čistotě ovzduší vyžaduje, aby agentura EPA regulovala toxické látky znečišťující ovzduší z kategorií průmyslových zařízení. To se děje ve dvou fázích, přičemž první je technologická, kdy se vytvářejí normy pro kontrolu emisí toxických látek do ovzduší z průmyslu. Vrchol těchto norem se označuje jako BACT, nejlepší dostupné technologie omezování, a právě zde společnost GCES vyniká jako poskytovatel řešení pro omezování znečištění.

S agenturou EPA, která se zaměřuje na snížení 187 toxických látek znečišťujících ovzduší z vypouštění, existuje nekonečný seznam nebezpečných látek znečišťujících ovzduší, které máme za úkol snižovat pro naše zákazníky, životní prostředí a budoucnost. V našem seriálu o látkách znečišťujících ovzduší si přiblížíme, co jsou to látky znečišťující ovzduší, proč je snižujeme, kde se vyskytují a jak je likvidujeme.

Díl 1 o snižování nebezpečných látek znečišťujících ovzduší: BTEX

BTEX: BTEX je zkratka, která znamená benzen, toluen, etylbenzen a xyleny. Tyto sloučeniny jsou těkavé organické látky (VOC), které se vyskytují v ropě a ropných produktech, jako je například benzín. Pojďme si rozebrat jednotlivé těkavé organické sloučeniny a prozkoumat, proč je snižujeme.

Co je to benzen? Benzen, C6H6, je považován za jednu ze základních petrochemických látek s molekulovou kombinací šesti atomů uhlíku a jednoho atomu vodíku. Protože jeho obsahem jsou pouze atomy uhlíku a vodíku, je klasifikován jako uhlovodík. Benzen je bezbarvý, vysoce hořlavý a má nasládlý zápach.

Kde se benzen nachází? Benzen se primárně používá při výrobě dalších chemických látek, včetně ethylbenzenu, kumenu, cyklohexanu, nitrobenzenu a alkylbenzenu, přičemž ethylbenzen je nejběžnější. Ethylbenzen se používá k výrobě polymerů a plastů, jako je polystyren a EPS. Benzen lze nalézt také ve fenolu, acetonech pro pryskyřice a lepidla, nylonu, gumách, mazivech, barvivech, detergentech lécích, výbušninách a pesticidech. Při všech těchto použitích musíme dále zkoumat potřebu snižování emisí.

Proč snižujeme emise benzenu? Benzen ničíme před jeho vypouštěním do ovzduší, protože i přes jeho četná použití je pro člověka karcinogenní. Karcinogeny jsou definovány jako všechny látky, které se přímo podílejí na vzniku rakoviny. Benzen je také spojován se selháním kostní dřeně, aplastickou anémií, akutní leukémií, myelodysplastickým syndromem, akutní lymfoblastickou leukémií a chronickou myeloidní leukémií. V roce 1948 Americký ropný institut uvedl, že „obecně se má za to, že jediná absolutně bezpečná koncentrace benzenu je nula“. Protože se benzen nachází v benzinu a uhlovodíkových palivech, které se používají prakticky všude, stala se expozice tomuto benzenu celosvětovým zdravotním problémem a my v GCES se snažíme být součástí řešení.

Dále mezi BTEX patří toluen. Toluen, známý také jako toluol, je těkavá organická látka, která patří do kategorie aromatických uhlovodíků.

Co je to toluen? Toluen, CH3, je ve vodě nerozpustná kapalina, která je bezbarvá a má zápach, který je spojován se zápachem ředidla. Jedná se o monosubstituovaný derivát benzenu, jehož celosvětový prodej přesahuje 25 miliard amerických dolarů.

Kde se toluen nachází? Široce používaný jako průmyslová surovina i rozpouštědlo Toluen je vysoce hořlavá chemická látka. Toluen se přirozeně vyskytuje v nízkém množství v ropě a je vedlejším produktem při výrobě benzinu a také při výrobě koksu z uhlí. Čištění se provádí při konečné separaci jakoukoli destilací nebo extrakcí rozpouštědlem, která se používá pro aromatické látky BTEX. Toluen, který se používá při výrobě polyuretanové pěny, trinitrontoluenu alias TNT a řady syntetických léčiv, je výchozí surovinou pro toluendiisokyanát a prekurzorem dalších chemických látek. Používá se také jako rozpouštědlo pro barvy, ředidla barev, silikonové tmely, pryž, tiskařské barvy, lepidla, laky, koželužské výrobky a dezinfekční prostředky. Jako palivo se toluen používá jako oktanový posilovač v benzínu pro spalovací motory, jako palivo pro dvoutaktní a čtyřtaktní motory, směsi náhražek leteckého paliva a asi nejznámější je ve vozech Formule 1 společnosti Honda. Alternativní aplikace sahají od rozbíjení červených krvinek za účelem extrakce hemoglobinu při biochemických pokusech a jako tmel v polystyrenových stavebnicích, protože jej lze přesně nanášet štětcem bez použití objemných lepidel, abychom jmenovali alespoň některé.

Proč toluen snižujeme? Toluen při vdechování způsobuje únavu, slabost, zmatenost, ztrátu paměti, ztrátu chuti k jídlu, nevolnost, ztrátu sluchu, ztrátu zraku včetně barevného a chování a jednání podobné opilosti. Po ukončení expozice tyto příznaky často vymizí, i když vysoké hladiny vdechování způsobují závratě, nevolnost, ospalost, bezvědomí a dokonce smrt. Expozice může být rekreační jako inhalační prostředek a je známo, že způsobuje vážné neurologické poškození a od roku 2007 je jeho používání, držení a distribuce pro takové účely ve 24 státech nelegální. Na rozdíl od podobných těkavých organických látek, jako je benzen, EPA uvádí, že karcinogenní potenciál toluenu nelze vyhodnotit z důvodu nedostatečných informací.

Etylbenzen, třetí část BTEX, je známý také jako fenylethan a methyltoluen. Je to vysoce hořlavá kapalina, která je bezbarvá a má zápach podobný benzinu, který je často popisován jako mírně nasládlý.

Kde se ethylbenzen nachází? Ethylbenzen je důležitou součástí petrochemického průmyslu, je meziproduktem při výrobě styrenu, jednoho z nejběžnějších plastů. Ačkoli se 99 % ethylbenzenu používá při výrobě plastů, existují i další využití tohoto monocyklického aromatického uhlovodíku C6H5CH2CH3, včetně paliva, rozpouštědla v inkoustu, gumovém lepidle, laku a barvách. Mezi další použití patří použití jako antidetonačního činidla v benzinu ke snížení klepání motoru a zvýšení oktanového čísla.

Proč snižujeme obsah ethylbenzenu? Abychom mohli odpovědět na tuto otázku, musíme se zabývat jak účinky na lidské zdraví, tak na životní prostředí. Začněme lidským zdravím a skončeme ochranou životního prostředí, pro kterou mají odborníci GCES navržená řešení. Ačkoli se neočekává, že by dlouhodobá expozice měla nepříznivý vliv, americký Úřad pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (OSHA) omezuje expozici pracovníků na průměrnou hodnotu 100 ppm při osmihodinovém pracovním dni a čtyřicetihodinovém pracovním týdnu. Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny klasifikovala etylbenzen jako možný karcinogen. Některé studie zjistily, že expozice etylbenzenu u potkanů a myší vedla ke zvýšenému výskytu nádorů. Krátkodobé účinky u lidí zahrnují citlivost hrdla a očí a závratě.

V životním prostředí se ethylbenzen snadno dostává z vody do půdy a ve vzduchu se většinou vyskytuje jako pára. Ethylbenzen se často uvolňuje do ovzduší při spalování uhlí, plynu a ropy, reaguje na sluneční světlo a napomáhá vzniku smogu. Protože se neochotně váže na půdu, rychle přechází do podzemních vod a často se vyskytuje ve studnách, které jsou v blízkosti skládek odpadů nebo podzemních nádrží na skladování pohonných hmot, u nichž byly zjištěny úniky, a na skládkách.

Co je to xylen? Xylen, pravděpodobně nejbezpečnější ze čtyř částí BTEX, je petrochemická látka vyráběná katalytickým reformingem a také karbonizací uhlí při výrobě paliva, konkrétně koksovatelného paliva. Xylen se nachází v malém množství v benzínu a leteckých palivech a vyrábí se v množství několika milionů tun ročně, přičemž největší výrobní zařízení se nachází v Singapuru.

Kde se xylen nachází? Xylen je hlavní zásobárnou kyseliny tereftalové a dimethyltereftalátu, což jsou monomery používané při výrobě plastových lahví z polyethylentereftalátu a polyesterových oděvů. 98 % výroby xylenu je určeno pro výše uvedené výrobky, další využití je jako rozpouštědlo v tiskařském, gumárenském a kožedělném průmyslu. Xylen se často používá jako součást inkoustů, pryže, lepidel, ředidel barev, laků, jako čisticí prostředek a dokonce jako prostředek k ošetření kořenových kanálků v zubním lékařství nebo jako účinná látka v přípravcích používaných k čištění ušního mazu. Historicky se xylen používal jako prekurzor chemické sloučeniny pro slzný plyn používaný v první světové válce.

Proč se xylen snižuje? Xylen má sice akutní toxicitu, ale jedním z jeho znepokojivějších faktorů je, že je vysoce hořlavý. Hlavním fyzikálním účinkem expozice parám xylenu je jeho vliv na centrální nervový systém. Mezi krátkodobé příznaky patří bolesti hlavy, závratě, nevolnost, zvracení, slabost, podrážděnost a zkrácení reakční doby. Expozice v nízkých koncentracích je vratná a není známo, že by způsobovala trvalé poškození. Dlouhodobá expozice nízkým koncentracím xylenu však vedla ke snížení rovnováhy, koordinace a reakční doby. Dlouhodobá expozice může také vést k bolestem hlavy, podrážděnosti, nespavosti, agitovanosti, depresi, únavě, zhoršené koncentraci, třesu a dokonce ke ztrátě krátkodobé paměti. Je také známo, že působí na kůži jako dráždidlo, které zbavuje kůži olejů, a proto se doporučuje, aby osoby vystavené pracovní expozici xylenu nosily kromě masek také rukavice. Když se xylen dostane do životního prostředí, je to obvykle odpařováním, které často uniká do půdy, povrchových a podzemních vod.

Jak společnost Gulf Coast Environmental Systems odstraňuje BTEX? Vzhledem k tomu, že strukturu sloučenin BTEX tvoří pouze atomy uhlíku a vodíku, dochází k abrazi sloučenin BTEX jednoduchou spalovací reakcí. Termická oxidace je hlavní metodou, kterou společnost GCES doporučí ke snižování obsahu BTEX. Pokud je třeba dosáhnout vyšší účinnosti destrukce a nižších nákladů na vlastnictví, může být volbou pro snižování emisí také regenerativní termická oxidace. Mezi další možnosti může patřit systém skruberu.

Teorie provozu

Termická oxidace

Způsob redukce těkavých organických látek (VOC) v termálním oxidačním zařízení se točí kolem tepelné destrukce. Chemický proces termické oxidace je poměrně jednoduchý; teplota proudu výfukových plynů se zvýší na takovou úroveň, že dojde k rozbití chemických vazeb, které drží molekuly pohromadě. Vysokou teplotou ve spalovací komoře se těkavé organické látky v proudu výfukových plynů přemění na různé kombinace oxidu uhličitého (CO2), vody (H2O) a tepelné energie. Standardní termický oxidátor s přímým ohněm je účinný ve scénářích s vysokou destrukcí.

V situacích vyžadujících nižší účinnost destrukce a nižší náklady na vlastnictví může být volbou pro snižování emisí také regenerativní termická oxidace. V této situaci je metodou destrukce stále termická oxidace, ale u regenerativního termického oxidačního zařízení (RTO) jsou součástí systému dva kanystry pro rekuperaci energie, které se používají jako pouzdra pro keramická média pro rekuperaci tepla. Keramické médium pro zpětné získávání tepla funguje jako výměník tepla pro systém. Oba kanystry pracují na principu absorpce „swing bed“: což je princip přenosu přes dvě vrstvy pomocí reverzace proudění. Při použití tohoto principu s keramickou kameninou se proces nazývá regenerace.

Další články ze série GCES „Snižování nebezpečných látek znečišťujících ovzduší“ zahrnují:

Část 1: BTEX je zkratka, která znamená benzen, toluen, etylbenzen a xyleny.

Část 2: Snížení obsahu chloru

Část 3: NOx je skupina chemických sloučenin znečišťujících ovzduší, oxidů dusíku.

Část 4: Olovo je také známé (nesprávně) jako rtuť, protože se často vyskytují společně

Část 5: Průmyslové čističky vzduchu pro úpravu čpavku

Část 6: Olovo a rtuť: SOx, sloučeniny molekul síry a kyslíku, včetně oxidu siřičitého, oxidu siřičitého a oxidu siřičitého

Část 7: Uhlovodíky – metan, etan, propan, butan, pentan, hexan

Část 8: Methylmerkaptan – Methylmerkaptan, známý také jako methanethiol

Část 9: H2S – Vysoce korozivní sirovodík

Část 10: Dimethylsulfid – methylthiomethan

Část 11: kyselina sírová – H2SO4

Část 12: ethylenoxid – EtO

Část 13: PFAS jako nově vznikající kontaminanty