Droge kalksorptie

Synoniemen, afkortingen en/of procesnamen

—  kalkinjectie
—  vastbed kalkadsorptie
—  cascade adsorptie

Verwijderde componenten

Zure componenten:

—  SOx   
—  HCl
—  HF
—  Andere

Principeschema

Procesbeschrijving

Kalksorptie is een techniek waarbij zure componenten in rook- en afgassen als HCl, HF en vooral SO2 door chemisorptie worden verwijderd.

Bij droge rookgasreiniging. wordt kalk of kalksteen in droge vorm verstoven in de rookgassen. De reactie tussen de droge kalk of kalksteen en de zure componenten in de rookgasstroom vindt plaats in een reactor en gedeeltelijk in de nageschakelde stofafscheiding, nadat de verontreinigingen aan de kalk zijn geabsorbeerd door chemosorptie. De reactor is nodig om een voldoende lange reactietijd, van enkele seconden, tussen de chemicaliën en de verontreiniging in de rookgasstroom te garanderen. De injectie van de kalk wordt soms in de reactor uitgevoerd. Het is echter ook mogelijk kalk voor de reactor in de rookgasstroom te injecteren.

Bij gebruik van een doekenfilter voor de verwijdering van het reactieproduct, vindt een beter contact plaats tussen de kalk en de gasvormige verontreiniging dan bij een E-filter. Bij de dimensionering van de reactor en ook bij de bepaling van de noodzakelijke overmaat aan chemicaliën is de keuze van de emissiebeperkende techniek voor verwijdering van het stof dus van groot belang. De reactie speelt zich af na absorptie van de gasvormige verontreiniging aan de kalk. Vanwege het geringe contactoppervlak is de noodzakelijke overmaat aan chemicaliën veel groter dan bij semi-droge reinigingsmethode. Tegelijk met de afscheiding van de droge reactieproducten en de overmaat aan chemicaliën kan ook de stofvormige verontreiniging worden afgescheiden. De gebruikte chemicaliën worden met de afgescheiden verontreiniging gedeeltelijk gerecirculeerd. Toch is het chemicaliënverbruik en de hoeveelheid afgevangen stof bij droge reiniging aanzienlijk hoger dan bij semi-droge reiniging.

Varianten  

Cascade- of bedadsorptie

Hierbij wordt het adsorbens niet in de gasstroom geïnjecteerd, maar wordt de gasstroom doorheen een vast adsorptiebed geleid. De reactie tussen het sorptiemiddel, meestal calciumcarbonaat, en de rookgaspolluenten gebeurt in een ruimte waarin het sorbens onder invloed van de zwaartekracht zakt en waar de rookgassen in tegenstroom of in kruisstroom doorheen geleid worden. Om de reactietijd en het contactoppervlak voldoende groot te maken, zijn in deze ruimtes hindernissen voorzien die de valsnelheid van het sorbens afremmen en voor een efficiënte circulatie en verdeling van de rookgassen in de installatie zorgen. Het gereageerd calciumcarbonaat wordt onderaan de installatie opgevangen.

Het adsorbens wordt gebruikt onder vorm van granulaten die moeten voldoen aan bepaalde specificaties wat betreft grootte, samenstelling en porositeit om een maximaal zuiveringsrendement te verkrijgen.

Omdat de adsorptie van SO2, HCl en HF voornamelijk aan de buitenkant van de
calciumcarbonaatkorrels gebeurt, is het adsorptierendement van de korrels vrij laag. Om dit rendement te verhogen kan een schiltechniek toegepast worden. Hierbij wordt het zachtere buitenlaagje dat bestaat uit calciumfluoride, calciumsulfiet, calciumsulfaat en calciumchloride mechanisch verwijderd. De overgebleven korrel kan opnieuw als sorbens zolang de afmetingen voldoende groot zijn.

Sorbaliet

Bij deze techniek wordt een mengsel van kalk en actieve kool geïnjecteerd. Deze
techniek biedt het voordeel dat niet alleen de zure componenten worden verwijderd, maar de actieve kool zorgt er ook voor dat PCDF’s en PCDD’s voor een groot gedeelte worden geadsorbeerd. Deze technologie resulteert evenwel in grote hoeveelheden zwaar verontreinigde reststof.

Werkingsgraad

De verwijderingsefficiëntie is afhankelijk van verschillende factoren zoals:

—  Temperatuur
—  De molaire verhouding tussen verontreinigende component en sorbens
—  De manier van dispergeren van het sorbens
—  De aangewende techniek voor stofvangst

Courante waarden zijn [2]:

SOx:    40 – 80 %
HCl:    50 – 75 %
HF:      10 – 40 %

Randvoorwaarden

In de meeste gevallen is het noodzakelijk dat de rookgassen op voorhand worden geconditioneerd, b.v. met behulp van water. Hierdoor kunnen zowel de temperatuur als het vochtgehalte van de rookgassen binnen vastgestelde grenzen worden gehouden.

—  Debiet:  10 000 – 300 000 Nm3/h
—  SOx:           groot bereik
—  HCl:          groot bereik
—  HF:            groot bereik

Hulpstoffen

—  Sorbens in een overmaat van 2 tot 4 x de stoïchiometrische hoeveelheid afhankelijk van de gewenste restemissie
—  Eventueel andere toeslagstoffen zoals actieve kool, Sorbaliet (actieve kool + kalk)
—  Als sorbens kan gebluste, ongebluste kalk, kalksteen of Wülfragan (gemodificeerd calciumcarbonaat) worden ge-
      bruikt afhankelijk van de toepassing en het systeem.

Milieu-aspecten

Reststof afgevangen in de stofafscheider of onderaan het vast bed

Energieverbruik

Het energieverbruik is afhankelijk van het stofafscheidingssysteem.

Kostprijs

  • Investering
    — 
    Bij kalkinjectiesystemen is de kostprijs afhankelijk van het type ontstoffingssysteem.
  • Gevalstudie:

Voor de verwijdering van de zure componenten HF, SOx in de afgassen van een steenbakkerij, met een cascade- of bedadsorptie, voor een rookgasdebiet van 30.000 Nm³/h, bedraagt de investering ca. 174 000 EUR voor een cascade-installatie met gewoon CaCO3, 620 000 EUR voor een cascade-installatie met Wülfragran, en 843 000 EUR voor een injectiestysteem [7].

  • Werkingskosten
    — 
    Personeelskosten: ca. 2 500 EUR per jaar ( 2 uren per week)
    —  Hulp & reststoffen:  [6, 7]
    —  Kostprijs CaCO3:        ca. 60 EUR/ton
    —  Kostprijs Wülfragan:  ca. 100 EUR/ton   

Voor rookgassen afkomstig van een steenbakkerij met een debiet van 50 000 Nm3/h en volgende samenstelling:

Zure component

Concentratie

(mg/Nm3)

Grenswaarde 2010 (mg/Nm3)

Verwijderings-

Rendementen (%)

Wülfragan

SOx

1 500

500

43

SO3

150

 

80

HF

76

5

99

HCL

7

30

50

Voor een stoichiometrische overmaat van 2,5 is het verbruik Wülfragan 223 kg/h of 5 352 kg/dag (24 uur werking). Op jaarbasis (200 werkdagen) betekent dit 1 070 ton per jaar wat neerkomt op 21 ton per jaar per 1 000 Nm3/h of 2 100 EUR per jaar per 1 000 Nm3/h.

De afvoerkosten voor chemisch afval bedraagt 150 - 250 EUR/ton

Voor- en nadelen

  • Voordelen
    —
      Geringe extra investeringskost wanneer een ontstoffingsinstallatie aanwezig is;
    —  Er kunnen hoge rendementen worden gehaald bij een goed reactorconcept;
    —  Geen afvalwater.
  • Nadelen
    — 
    Grote overmaat aan sorbens vereist
    —  Grote hoeveelheid reststof dat moet worden afgevoerd;
    —  Reststof met veel overmaat sorbens;
    —  De dosering van kalk kan vanwege verstoppingen problemen opleveren.

Toepassingen

Als rookgasreinigingstechniek bij verbrandingsprocessen in:

—  Afvalverbrandingsinstallaties
—  Glasindustrie
—  Keramische industrie

Referenties

  1. Factsheets luchtemissie beperkende technieken, www.infomil.nl, Infomil
  2. Common waste water and waste gas treatment and management systems in the chemical sector. BREF document, European IPPC Bureau, http://eippcb.jrc.es
  3. Elslander H., De Fré R., Geuzens P., Wevers M. (1993). Vergelijkende evaluatie van mogelijke gasreinigingssystemen voor huisvuilverbranding. In: Energie &  Milieu, 9
  4. Vanderreydt I. (2001). Inventarisatie van de afvalverbrandingssector in Vlaanderen. Vito, 2001/MIM/R/030
  5. Werkboek milieumaatregelen: “Metaal- en elektrotechnische industrie” (1998), VNG uitgeverij
  6. Leveranciersinfo
  7. Huybrechts D., Vercaemst P. en Dijkmans R., Beste Beschikbare Technieken voor de kleiverwerkende nijverheid, 1999
  8. L. Goovaerts, W. Luyckx, P. Vercaemst, G. De Meyer en Dijkmans, Beste Beschikbare Technieken voor stookinstallaties en stationaire motoren, 2002
  9. VDI 3928, Abgasreinigung durch Chemisorption
Producten en diensten: