Luftföroreningar: Vad är de, varför minskar vi dem, var finns de och hur tar vi itu med dem?

Luftföroreningar, som också brukar kallas farliga luftföroreningar, HAP och luftföroreningar, är föroreningar som är kända för att orsaka allvarliga hälsoeffekter eller negativa miljöeffekter. Enligt Clean Air Act ska EPA reglera giftiga luftföroreningar från olika kategorier av industrianläggningar. Detta sker i två faser, varav den första är teknikbaserad, där standarder för kontroll av utsläpp av luftföroreningar från industrin skapas. De högsta av dessa standarder kallas BACT, Best Available Control Technologies, och det är här som GCES utmärker sig som leverantör av lösningar för kontroll av föroreningar.

Med EPA:s fokus på att minska utsläppen av 187 giftiga luftföroreningar finns det en oändlig lista över farliga luftföroreningar som vi har till uppgift att minska för våra kunder, miljön och framtiden. I vår serie om luftföroreningar kommer vi att gå igenom vad luftföroreningar är, varför vi bekämpar dem, var de finns och hur de förstörs.

Del 1 av ”Att minska farliga luftföroreningar”: BTEX

BTEX: BTEX är en akronym som står för bensen, toluen, etylbensen och xylener. Dessa föreningar är flyktiga organiska föreningar (VOC) som finns i petroleum och petroleumprodukter som bensin. Låt oss dela upp var och en av dessa flyktiga organiska föreningar och undersöka varför vi minskar dem.

Vad är bensen? Bensen, C6H6, anses vara en av de elementära petrokemikalierna med en molekylkombination av sex kolatomer och en väteatom. Eftersom dess innehåll endast består av kol- och väteatomer klassificeras den som ett kolväte. Bensen är färglös och lättantändlig med en söt lukt.

Var finns bensen? Bensen används främst vid tillverkning av andra kemikalier, bland annat etylbensen, kumene, cyklohexan, nitrobensen och alkylbensen, där etylbensen är den vanligaste. Etylbensen används för att tillverka polymerer och plaster som polystyren och EPS. Bensen finns också i fenol, aceton för hartser och lim, nylon, gummi, smörjmedel, färgämnen, tvättmedel, läkemedel, sprängämnen och bekämpningsmedel. Med alla dessa användningsområden måste vi ytterligare undersöka behovet av rening.

Varför renar vi bensen? Vi förstör bensen innan vi släpper ut den i luften eftersom den trots sina många användningsområden är cancerframkallande för människor. Karcinogener definieras som alla ämnen som är ett agens som är direkt inblandat i att orsaka cancer. Bensen har också kopplats till benmärgssvikt, aplastisk anemi, akut leukemi, myelodysplastiskt syndrom, akut lymfoblastisk leukemi och kronisk myeloisk leukemi. År 1948 konstaterade American Petroleum Institute att ”det anses allmänt att den enda absolut säkra koncentrationen av bensen är noll”. Eftersom bensen finns i bensin och kolvätebränslen som används praktiskt taget överallt har exponering för bensen blivit ett globalt hälsoproblem och på GCES är vi fast beslutna att vara en del av lösningen.

Toluen ingår också i BTEX. Toluen, även känt som Toluol, är en VOC som tillhör kategorin aromatiska kolväten.

Vad är Toluen? Toluen, CH3, är en vattenolöslig vätska som är färglös och har en lukt som förknippas med färgförtunning. Ett monosubstituerat derivat av bensen som har en världsomfattande försäljning på över 25 miljarder US-dollar.

Var finns toluen? Toluen används ofta som en industriell råvara och som lösningsmedel och är en mycket brandfarlig kemikalie. Toluen finns naturligt i låga halter i råolja och är en biprodukt vid framställning av bensin samt vid framställning av koks från kol. Rening sker under en slutlig separation genom någon destillations- eller lösningsmedelsextraktionsprocess som används för BTEX-aromater. Toluen, som används vid tillverkning av polyuretanskum, trinitrontoluen (TNT) och ett antal syntetiska läkemedel, är en råvara för toluendiisocyanat och en prekursor till andra kemikalier. Används också som lösningsmedel för färger, färgförtunningsmedel, silikonförseglingar, gummi, tryckfärg, klister, lim, lack, lädergarvning och desinfektionsmedel. Som bränsle Toluen används som oktanförstärkare i bensin för förbränningsmotorer, som bränsle för två- och fyrtaktsmotorer, som surrogatblandning för flygbränsle och kanske mest känt i Hondas Formel 1-bilar. Alternativa användningsområden sträcker sig från att bryta upp röda blodkroppar för att utvinna hemoglobin i biokemiska experiment och som cement i polystyrenpaket eftersom det kan appliceras med precision med pensel utan att behöva använda lim, för att nämna några.

Varför minskar vi toluen? Vid inandning orsakar toluen trötthet, svaghet, förvirring, minnesförlust, aptitlöshet, illamående, hörselnedsättning, synförlust inklusive färgförlust och berusningsliknande beteende och handlingar. När exponeringen upphör försvinner dessa symtom ofta, även om höga inandningsnivåer orsakar yrsel, illamående, sömnighet, medvetslöshet och till och med döden. Exponering kan vara ett rekreativt inhalationsmedel och har varit känt för att orsaka allvarliga neurologiska skador och 2007 var det olagligt att använda, inneha och distribuera i 24 delstater för sådana ändamål. Till skillnad från liknande flyktiga organiska föreningar som bensen anger EPA att toluens cancerframkallande potential inte kan utvärderas på grund av otillräcklig information.

Etylbensen, den tredje delen av BTEX, är också känd som fenyletan och metyltoluen. Det är en lättantändlig vätska som är färglös och har en bensinliknande lukt som ofta beskrivs som något söt.

Var finns etylbensen? Etylbensen är en viktig komponent i den petrokemiska industrin och är en mellanprodukt vid tillverkningen av styren, ett av de vanligaste plastmaterialen. Även om 99 % av etylbensen används vid tillverkning av plast finns det andra användningsområden för det monocykliska aromatiska kolväte C6H5CH2CH3, bl.a. bränsle, lösningsmedel i bläck, gummiklister, lack och målarfärg. Andra användningsområden är bland annat som ett antiklokmedel i bensin för att minska motorns knackning och öka oktantalet.

Varför minskar vi etylbensen? För att besvara denna fråga måste vi titta på både effekterna på människors hälsa och på miljön. Låt oss börja med människors hälsa och avsluta med miljöskydd, vilket är där GCES experter har konstruerade lösningar. Även om långvarig exponering inte förväntas ha någon negativ effekt, begränsar OSHA (Occupation Safety and Health Administration) i USA exponeringen av arbetstagare till i genomsnitt 100 ppm under en 8-timmars arbetsdag med en 40-timmars arbetsvecka. Internationella cancerforskningsinstitutet har klassificerat etylbensen som ett möjligt cancerframkallande ämne. Vissa studier har visat att exponering för etylbensen hos råttor och möss resulterade i en ökad förekomst av tumörer. Kortsiktiga effekter hos människor inkluderar känslighet i halsen och ögonen samt yrsel.

I miljön Etylbensen kan lätt förflyttas från vatten till mark och återfinns mestadels som ånga i luften. Etylbensen släpps ofta ut i luften genom förbränning av kol, gas och olja och reagerar på solljus och bidrar till bildandet av smog. Eftersom den inte gärna binder sig till marken rör den sig snabbt till grundvattnet och kan ofta hittas i vattenbrunnar som ligger nära avfallsplatser eller underjordiska bränslelagringstankar som har visat sig ha läckor och deponier.

Vad är xylen? Xylen är kanske den säkraste av de fyra delarna av BTEX och är en petrokemisk produkt som framställs genom katalytisk reformering samt kolförkolning vid tillverkning av bränsle, särskilt koksbränsle. Xylen finns i små mängder i bensin och flygplansbränslen och produceras i en takt av flera miljoner ton per år med de största tillverkningsanläggningarna i Singapore.

Var finns Xylen? Xylen är den viktigaste källan till tereftalsyra och dimetyltereftalat, som båda är monomerer som används vid tillverkningen av plastflaskor av polyetentereftalat och polyesterkläder. 98 % av produktionen av xylen är avsedd för ovannämnda produkter, med andra användningsområden, bl.a. som lösningsmedel inom tryckeri-, gummi- och läderindustrin. Xylen används ofta som en komponent i bläck, gummi, lim, färgförtunningsmedel, lack, som rengöringsmedel och till och med som rotbehandling inom tandvården eller som aktiv ingrediens i produkter som används för rengöring av öronvax. Historiskt sett användes Xylen som en kemisk prekursor för tårgas som användes under första världskriget.

Varför är Xylen nedsatt? Xylen är akut giftigt, men en av de mer oroande faktorerna är att det är lättantändligt. De viktigaste fysiska effekterna av exponering för Xylenångor är dess effekt på det centrala nervsystemet. Kortsiktiga symtom är huvudvärk, yrsel, illamående, kräkningar, svaghet, irritabilitet och minskad reaktionstid. Exponering i låga koncentrationer är reversibel och är inte känd för att orsaka permanenta skador. Långvarig exponering för låga halter av xylen ledde dock till minskad balans, koordination och reaktionstid. Långvarig exponering kan också leda till huvudvärk, irritabilitet, sömnlöshet, agitation, depression, trötthet, nedsatt koncentrationsförmåga, skakningar och till och med förlust av korttidsminnet. Det har också visat sig påverka huden som ett irriterande ämne som tar bort oljor från huden, och därför rekommenderas att personer som utsätts för yrkesmässig exponering för Xylen måste bära handskar utöver masker. När Xylen kommer in i miljön är det vanligtvis genom avdunstning som ofta läcker ut i mark, ytvatten och grundvatten.

Hur avlägsnar Gulf Coast Environmental Systems BTEX? Eftersom BTEX-föreningars struktur endast består av kol- och väteatomer, kommer en enkel förbränningsreaktion att reducera BTEX-föreningar. Termisk oxidation är den främsta metod som GCES rekommenderar för att minska BTEX-föreningar. Om det behövs en högre destruktionseffektivitet och lägre ägandekostnader kan regenerativ termisk oxidation också vara ett alternativ. Ytterligare alternativ kan vara ett skrubbersystem.

THEORI FÖR DRIFT

Termisk oxidation

Metoden för minskning av flyktiga organiska föreningar (VOC) i en termisk oxidator kretsar kring termisk destruktion. Den kemiska processen för termisk oxidation är ganska enkel; avgasflödets temperatur höjs till en punkt där de kemiska bindningar som håller ihop molekylerna bryts. De flyktiga organiska föreningarna i processavgasströmmen omvandlas till olika kombinationer av koldioxid (CO2), vatten (H2O) och värmeenergi genom den höga temperaturen i förbränningskammaren. En standard direktbrandtermisk oxidator är effektiv i scenarier med hög destruktion.

För situationer som kräver lägre destruktionseffektivitet och lägre ägandekostnader kan regenerativ termisk oxidation också vara ett alternativ för bekämpning. I denna situation är förstöringsmetoden fortfarande termisk oxidation, men med en regenerativ termisk oxidator (Regenerative Thermal Oxidizer, RTO) ingår två energiåtervinningsbehållare i systemet som används som höljen för keramiska värmeåtervinningsmedier. Det keramiska värmeåtervinningsmediet fungerar som en värmeväxlare för systemet. De två behållarna fungerar enligt absorptionsprincipen ”swing bed”, dvs. principen om överföring genom två bäddar med hjälp av flödesomvändning. Vid användning av denna princip med keramiskt stengods kallas processen för regenerering.

Andra artiklar i GCES-serien ”Abating Hazardous Air Pollutants” inkluderar:

Del 1: BTEX är en akronym som står för bensen, toluen, etylbensen och xylener.

Del 2: Klorminskningen

Del 3: NOx är en familj av luftförorenande kemiska föreningar, kväveoxider.

Del 4: Bly kallas också (felaktigt) för kvicksilver eftersom de ofta förekommer tillsammans

Del 5: Industriella luftskrubber för behandling av ammoniak

Del 6: SOx, föreningar av svavel- och syremolekyler inklusive svavelmonoxid, svaveldioxid och svaveltrioxid

Del 7: Kolväten – metan, etan, propan, butan, pentan, hexan

Del 8: Metylmerkaptan – Metylmerkaptan, även känt som metanethiol

Del 9: H2S – starkt frätande vätesulfid

Del 10: Metylmerkaptan – Metylmerkaptan, även känt som metanethiol

Del 10: Dimetylsulfid – metyltiometan

Del 11: Svavelsyra – H2SO4

Del 12: Etylenoxid – EtO

Del 13: PFAS som nya föroreningar