थर्मल ऑक्सीडाइज़र

एक ऊष्मीय ऑक्सीकारक (जिसे ऊष्मीय ऑक्सीकारक या ऊष्मीय भस्मक के रूप में भी जाना जाता है) कई रासायनिक संयंत्रों में वायु प्रदूषण नियंत्रण के लिए एक प्रक्रिया इकाई है जोहानिकारक वाष्पों को उच्च तापमान पर विघटित करता है और उन्हें वातावरण में छोड़ता है।

सिद्धांत
ऊष्मीय ऑक्सीकारक का उपयोग सामान्यतः औद्योगिक वायु धाराओं सेहानिकारक वायु प्रदूषकों (HAPs) और वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (VOCs) को नष्ट करने के लिए किया जाता है। ये प्रदूषक सामान्यतः हाइड्रोकार्बन आधारित होते हैं और जब नष्ट हो जाते हैं, तो ऊष्मीय दहन के माध्यम से, वे CO2और H2O बनाने के लिए रासायनिक रूप से ऑक्सीकृत हो जाते हैं। प्रभावी ऊष्मीय ऑक्सीकारक को अभिकल्पित करने में तीन मुख्य कारक तापमान, निवास समय और अशांति हैं। अपशिष्ट वाष्प को प्रज्वलित करने के लिए तापमान काफी अधिक होना चाहिए। अधिकांश कार्बनिक यौगिक बीच 590 °C और 650 °C के तापमान पर प्रज्वलित होते हैं। हानिकारक वाष्पों के निकट विनाश को सुनिश्चित करने के लिए, अधिकांश बुनियादी ऑक्सीकारक बहुत अधिक तापमान स्तरों पर संचालित होते हैं। जब उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है, तो प्रचालन तापमान क्षेत्र कम हो सकती है। निवास समय यह सुनिश्चित करने के लिए है कि दहन प्रतिक्रिया होने के लिए पर्याप्त समय है। अशांति कारक हानिकारक वाष्पों के साथ दहन वायु का मिश्रण है।

प्रत्यक्ष ज्वालित ऊष्मीय ऑक्सीकारक - ऑफ़्टरबर्नर
ऊष्मीय ऑक्सीकरण की सबसे सरल तकनीक प्रत्यक्ष ज्वालित ऊष्मीय ऑक्सीकारक है। ज्वालक के माध्यम से या उसके पास हानिकारक वाष्पों के साथ एक प्रक्रिया धारा को ज्वालित बक्से में प्रस्तुत किया जाता है और वीओसी के वांछित विनाश हटाने की दक्षता (डीआरई) प्राप्त करने के लिए पर्याप्त निवास समय प्रदान किया जाता है। अधिकांश प्रत्यक्ष ज्वालित ऊष्मीय ऑक्सीकारक के बीच 980 °C और 1200 °C 0.24 से 24 मानक घन मीटर प्रति सेकंड की वायु प्रवाह दर के साथ तापमान के स्तर पर काम करते हैं।

उन स्तिथियों में ऑफ़्टरदाहक भी कहा जाता है जहां निविष्ट वाष्प एक ऐसी प्रक्रिया से आती हैं जहां दहन अधूरा होता है, ये प्रणाली कम से कम पूंजी गहन हैं, और ईंधन दक्षता को अनुकूलित करने के लिए अधः प्रवाह वाष्‍पयँत्र और ताप विनिमायकों के साथ एकीकृत किया जा सकता है। ऊष्मीय ऑक्सीकारक सबसे अच्छा उपयोग किया जाता है जहां लक्षित प्रचालन तापमान पर पूर्ण दहन के लिए ईंधन स्रोत (प्राकृतिक वाष्प या तेल के स्थान पर) के रूप में कार्य करने के लिए VOCs की बहुत अधिक सांद्रता होती है।

पुनर्योजी ऊष्मीय ऑक्सीकारक (आरटीओ)
उद्योग भर में आज की सबसे व्यापक रूप से स्वीकृत वायु प्रदूषण नियंत्रण तकनीकों में से एक पुनर्योजी ऊष्मीय ऑक्सीकारक है, जिसे सामान्यतः आरटीओ कहा जाता है। आरटीओ एक मृत्तिका कृति आधार का उपयोग करते हैं जो पिछले ऑक्सीकरण चक्र से गर्म होता है ताकि निविष्ट वाष्पों को आंशिक रूप से ऑक्सीकरण करने के लिए पहले से गरम किया जा सके। पहले से गरम वाष्प एक दहन कक्ष में प्रवेश करती हैं जिसे लक्ष्य ऑक्सीकरण तापमान तक पहुँचने के लिए बाहरी ईंधन स्रोत द्वारा गर्म किया जाता है जो कि 760 °C और 820 °C के बीच की सीमा में होता है, अंतिम तापमान उन अनुप्रयोगों के लिए 1100 °C जितना अधिक हो सकता है जिन्हें अधिकतम ध्वंस की आवश्यकता होती है। वायु प्रवाह दर 2.4 से 240 मानक घन मीटर प्रति सेकंड है। आरटीओ बहुत बहुमुखी और अत्यंत कुशल हैं - ऊष्मीय दक्षता 95% तक पहुंच सकती है। उद्योगों की एक विस्तृत श्रृंखला से विलायक धुएं, गंध आदि को समाप्त करने के लिए उनका नियमित रूप से उपयोग किया जाता है। पुनर्योजी ऊष्मीय ऑक्सीकारक 10 ग्राम/मी3 विलायक तक निम्न से उच्च वीओसी सांद्रता की श्रेणी में आदर्श हैं। 99.5+% वाष्पशील कार्बनिक यौगिक (वीओसी) ऑक्सीकरण या विनाश दक्षता की क्षमता के साथ वर्तमान में बाजार में कई प्रकार के पुनर्योजी ऊष्मीय ऑक्सीकारक हैं। टावरों में मृत्तिका कृति ऊष्मा विनियमक को 97+% तक की उष्मीय क्षमता के लिए अभिकल्पित किया जा सकता है।

संवातन वायु मीथेन ऊष्मीय ऑक्सीकारक (VAMTOX)
भूमिगत कोयला खदान चानक की निकास हवा में मीथेन को नष्ट करने के लिए संवातन वायु मीथेन ऊष्मीय ऑक्सीकारक का उपयोग किया जाता है। मीथेन एक ग्रीनहाउस वाष्प है और, जब ऊष्मीय दहन के माध्यम से ऑक्सीकरण किया जाता है, तो CO2 और H2O बनाने के लिए रासायनिक रूप से बदल दिया जाता है। विश्वव्यापी तापक्रम वृद्धि के संबंध में वातावरण में उत्सर्जित होने पर CO2 मीथेन की तुलना में 25 गुना कम शक्तिशाली है। खदान के संवातन में मीथेन की सांद्रता कोयले और ट्रोना खानों की निकास हवा बहुत पतला है; सामान्यतः 1% से नीचे और प्रायः 0.5% से नीचे होता है। VAMTOX इकाइयों में अभिद्वार और अवमंदक की एक प्रणाली होती है जो एक या एक से अधिक मृत्तिका कृति भरे आधारों में हवा के प्रवाह को निर्देशित करती है। प्रवर्तन पर, प्रणाली मीथेन के स्वतः ऑक्सीकरण तापमान 1000 °C पर या उससे ऊपर आधार में मृत्तिका कृति सामग्री का आदान-प्रदान करने वाली गर्मी के तापमान को बढ़ाकर पहले से गरम करता है। जिस समय पूर्वतापन प्रणाली को बंद कर दिया जाता है और खान निर्वात वायु को प्रस्तुत किया जाता है। फिर मीथेन से भरी हवा दहन से गर्मी को मुक्त करते हुए पहले से गरम आधार पर पहुंचती है। इस गर्मी को फिर आधारों में वापस स्थानांतरित कर दिया जाता है, जिससे स्वत:-ऊष्मीय संचालन का समर्थन करने के लिए आवश्यक तापमान पर या उससे अधिक तापमान बनाए रखा जाता है।

ऊष्मीय पुनर्योजी ऑक्सीकारक
एक कम सामान्यतः उपयोग की जाने वाली ऊष्मीय ऑक्सीकारक तकनीक ऊष्मीय पुनर्योजी ऑक्सीकारक है। ऊष्मीय पुनर्योजी ऑक्सीकारक में प्रणाली के भीतर एक प्राथमिक और/या द्वितीयक ऊष्मा विनियमक होता है। एक प्राथमिक ऊष्मा विनियमक बाहर निकलने वाली स्वच्छ हवा से गर्मी को पुनः प्राप्त करके आने वाली गंदी हवा को पहले से गर्म कर देता है। यह आवरण और नलिका ऊष्मा विनियमक या पट्ट ऊष्मा विनियमक द्वारा किया जाता है। जैसे ही आने वाली हवा धातु नलिका या पट्ट के एक तरफ से पारित होती है, दहन कक्ष से गर्म स्वच्छ हवा नलिका या पट्ट के दूसरी तरफ पारित होती है और धातु के रूप में चालन की प्रक्रिया के माध्यम से आने वाली हवा में गर्मी स्थानांतरित हो जाती है। द्वितीयक ताप विनिमायक में यही अवधारणा ऊष्मा अंतरण के लिए लागू होती है, लेकिन निर्गत स्वच्छ प्रक्रिया धारा द्वारा गर्म की जा रही हवा को संयंत्र के दूसरे भाग में लौटाया जा रहा है - संभवतः वापस प्रक्रिया में लौटाया जा रहा है।

जैवभार ज्वालित ऊष्मीय ऑक्सीकारक
जैवभार, जैसे कि लकड़ी के टुकड़े, का उपयोग ऊष्मीय ऑक्सीकारक के लिए ईंधन के रूप में किया जा सकता है। जैवभार तब वाष्पीकरण होता है और हानिकारक वाष्पों वाली धारा को ज्वालन बक्से में जैवभार वाष्प के साथ मिलाया जाता है। पर्याप्त अशांति, प्रतिधारण समय, ऑक्सीजन सामग्री और तापमान वीओसी के विनाश को सुनिश्चित करेगा। इस तरह के जैवभार से चलने वाले ऊष्मीय ऑक्सीकारक को वारविक मिल्स, न्यू हैम्पशायर में स्थापित किया गया है। प्रवेशिका सांद्रता 3000-10.000 पीपीएम वीओसी के बीच है। वीओसी की निर्गमिका सांद्रता 3 पीपीएम से कम है, इस प्रकार 99.8-99.9% की वीओसी विनाश क्षमता है।

ज्वलनहीन ऊष्मीय ऑक्सीकारक (FTO)
एक ज्वलनहीन ऊष्मीय ऑक्सीकारक प्रणाली में अपशिष्ट वाष्प, परिवेशी वायु और सहायक ईंधन को पहले से गरम निष्क्रिय मृत्तिका कृति मीडिया आधार के माध्यम से संयुक्त वाष्पीय मिश्रण को पारित करने से पहले पूर्वमिश्र किया जाता है। मृत्तिका कृति मीडिया से वाष्पीय मिश्रण में गर्मी के हस्तांतरण के माध्यम से वाष्प में कार्बनिक यौगिकों को अहानिकर उप-उत्पादों, यानी कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और जल वाष्प (H2O) मृत्तिका कृति मीडिया आधार में गर्मी जारी करते हुए ऑक्सीकरण किया जाता है।

उपस्थित प्रत्येक कार्बनिक प्रजातियों के प्रतिशत के आधार पर वाष्प मिश्रण का तापमान कम ज्वलनशीलता सीमा से नीचे रखा जाता है। ज्वलनहीन ऊष्मीय ऑक्सीकारक को निरंतर प्रचालन तापमान बनाए रखते हुए समग्र LFL के नीचे सुरक्षित और मजबूती से संचालित करने के लिए अभिकल्पित किया गया है। अपशिष्ट वाष्प धाराएं उच्च तापमान पर निवास समय के कई सेकंड का अनुभव करती हैं, जिससे मापी गई ध्वंस हटाने की क्षमता 99.9999% से अधिक हो जाती है। उपचार से पहले सभी वाष्पों को पूर्वमिश्र करने से स्थानीय उच्च तापमान समाप्त हो जाता है जो ऊष्मीय एनओएक्स को सामान्यतः 2 भाग-प्रति संकेतन से नीचे ले जाता है। ज्वलनहीन ऊष्मीय ऑक्सीकारक तकनीक को मूल रूप से अमेरिकी ऊर्जा विभाग में दाहक, विधि तापक और अन्य ऊष्मीय प्रणाली में ऊर्जा को अधिक कुशलता से परिवर्तित करने के लिए विकसित किया गया था।

द्रवित आधार संकेंद्रक (एफबीसी)
द्रवित आधार संकेंद्रक (FBC) में, सक्रिय कार्बन मणिका का एक आधार जो निकास वाष्प से वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (VOCs) को अधिशोषित करता है। पिछले निर्धारित-आधार और कार्बन घूर्णक सांद्रक से विकसित होकर, FBC प्रणाली VOC से भरी हवा को कई छिद्रित इस्पात पटल के माध्यम से दबाव डालता है, हवा के वेग को बढ़ाना और उप-मिलीमीटर कार्बन मनकों को द्रवित होने देना, या ऐसा व्यवहार करना जैसे कि किसी द्रव में लटका हुआ हो। यह कार्बन-वाष्प पारस्परिक प्रभाव के सतह क्षेत्र को बढ़ाता है, जिससे यह VOCs को कैप्चर करने में अधिक प्रभावी हो जाता है।

उप्प्रेरणात्मक ऑक्सीकारक
उप्प्रेरणात्मक ऑक्सीकारक (जिसे उप्प्रेरणात्मक भस्मक के रूप में भी जाना जाता है) ऑक्सीकरण प्रणालियों की एक अन्य श्रेणी है जो विशिष्ट ऊष्मीय ऑक्सीकारक के समान है, लेकिन उत्प्रेरक ऑक्सीकारक ऑक्सीकरण को बढ़ावा देने के लिए उत्प्रेरण का उपयोग करते हैं। उत्प्रेरक ऑक्सीकरण वीओसी हाइड्रोकार्बन अणुओं और एक कीमती धातु उत्प्रेरक आधार के बीच एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से होता है जो ऑक्सीकारक प्रणाली के आंतरिक होता है। उत्प्रेरक एक पदार्थ है जिसका उपयोग रासायनिक प्रतिक्रिया की दर में तीव्रता लाने के लिए किया जाता है, जिससे प्रतिक्रिया सामान्य तापमान सीमा के बीच होती है।

पुनर्योजी उत्प्रेरक ऑक्सीकारक (आरसीओ)
कम प्रचालन तापमान की अनुमति देने के लिए उत्प्रेरक का उपयोग पुनर्योजी ऊष्मीय ऑक्सीकारक (आरटीओ) में किया जा सकता है। इसे पुनर्जनी उप्प्रेरणात्मक ऑक्सीकारक या आरसीओ भी कहा जाता है। उदाहरण के लिए, कार्बन मोनोआक्साइड का ऊष्मीय प्रज्वलन तापमान 609 °C सामान्य रूप से होता है। एक उपयुक्त ऑक्सीकरण उत्प्रेरक का उपयोग करके, प्रज्वलन तापमान 200 °C को लगभग कम किया जा सकता है। इसका परिणाम आरटीओ की तुलना में कम परिचालन लागत हो सकता है। अधिकांश प्रणाली 260 °C को 1000 °C डिग्री क्षेत्र के भीतर काम करते हैं। कुछ प्रणालियों को आरसीओ और आरटीओ दोनों के रूप में संचालित करने के लिए अभिकल्पित किया गया है। जब इन प्रणालियों का उपयोग किया जाता है तो विशेष अभिकल्पित विचारों का उपयोग अधितापन (प्रवेशिका वाष्प या पुनरावर्तन के कमजोर पड़ने) की संभावना को कम करने के लिए किया जाता है, क्योंकि ये उच्च तापमान उत्प्रेरक को निष्क्रिय कर देंगे, उदा. सक्रिय सामग्री के निसादन द्वारा होता है।

आरोग्यकारी उत्प्रेरक आक्सीकारक
ईंधन की आवश्यकता को कम करने के लिए उत्प्रेरक ऑक्सीकारक पुनरावर्ती गर्मी पुनः प्राप्ति के रूप में भी हो सकते हैं। ऊष्मा प्राप्ति के इस रूप में, ऑक्सीकारक से निकलने वाली गर्म निकास वाष्प ऑक्सीकारक में आने वाली नई हवा को गर्म करने के लिए ऊष्मा विनियमक से पारित होती हैं।