Gaswassing algemeen

Synoniemen, afkortingen en/of procesnamen

—  scrubber
—  absorptie

Verwijderde componenten

—  gasvormige componenten
—  stof (bepaalde uitvoeringsvormen)
—  geur (bepaalde uitvoeringsvormen)

Principeschema

Procesbeschrijving

Een gaswasser is een reinigingsinstallatie waarin een gasstroom in intensief contact wordt gebracht met een vloeistof met als doel bepaalde gasvormige componenten uit het gas naar de vloeistof te laten overgaan. Gaswassers kunnen als emissiebeperkende techniek bij zeer veel gasvormige emissies worden toegepast. Gaswassing wordt ook wel absorptie genoemd.

Bij gaswassing is er dus sprake van een overgang van componenten van de gasfase naar de vloeistoffase. De mate waarin gasvormige componenten over kunnen gaan naar de vloeistoffase is afhankelijk van de oplosbaarheid van deze componenten in de vloeistof. Voor de oplosbaarheid van gassen in vloeistoffen geldt voor lage concentraties en dus een partiëel druk van de component < 1 atm, de wet van Henry:

p = partiële druk (Pa)

x = molfractie

H = Henry?constante (Pa)

Op deze manier kan berekend worden wat voor een bepaalde component de maximale concentratie in het waswater is bij de vereiste eindconcentratie. Dit geeft een idee van het waterverbruik bij die omstandigheden.

De evenwichtsconcentratie in de dampfase die hoort bij een bepaalde concentratie in de vloeistoffase is afhankelijk van de temperatuur, een hogere temperatuur van de vloeistoffase heeft een hogere evenwichtsconcentratie in de dampfase tot gevolg. Verlaging van de temperatuur heeft dus eveneens een gunstig effect op het rendement.

Door chemicaliën aan de wasvloeistof toe te voegen waarmee geabsorbeerde componenten worden omgezet, kan de belading worden vergroot. Toevoeging van chemicaliën die met de geabsorbeerde gassen kunnen reageren, heeft dus een gunstig effect op het absorptierendement.

Naast water (natte wassers) worden ook organische vloeistoffen als absorptiemiddel gebruikt. In veel gevallen worden chemicaliën of micro?organismen aan de wasvloeistof toegevoegd om de in de vloeistof opgeloste gassen om te zetten of te neutraliseren (geconditioneerde wassers). Door deze omzetting wordt de concentratie in het water lager en kan terug meer van het gas oplossen (volgens de wet van Henry).

De concentratie van de verontreinigde stoffen in de uitgaande gasstroom kan uiteraard nooit lager worden dan de evenwichtssituatie tussen de gasfase en de wasvloeistof het toelaat.

In praktijk bestaat een gaswasser uit drie onderdelen: een absorptiesectie voor stofuitwisseling, een druppelvanger en een recirculatietank met pomp.

Ontwerpgegevens:

De vloeistof-gasverhouding L/G van een gaswasser is de verhouding tussen het debiet van de wasvloeistof en het debiet van de gasstroom. In verband met de dimensionering en voor de beoordeling van de werking van een gaswasser is het belangrijk te weten hoeveel vloeistof er per m³ gas nodig is om de gewenste restemissie te bereiken. De L/G-verhouding wordt niet alleen bepaald door de vereiste restemissie, maar ook door de concentratie van de te verwijderen component(en) in de gasstroom en de in? en uitgaande vloeistofstromen. De L/G-verhouding in een concrete situatie hangt derhalve af van het gekozen wassysteem, de eigenschappen van het te zuiveren gas, de wasvloeistof en de te verwijderen component(en) en de eisen die aan de restemissies worden gesteld.

Varianten  

Stromingsrichting gas en vloeistof

Gaswassers kunnen worden ingedeeld naar de stromingsrichting van het gas ten opzichte van de vloeistof. Er wordt daarbij onderscheid gemaakt in tegen, mee- of kruisstroomwassers.

Bij tegenstroomwassing bewegen de wasvloeistof en het te zuiveren gas in tegengestelde richting. Het grote voordeel van tegenstroomwassing is dat naarmate het gas schoner wordt ook de concentratie van de verontreiniging in de wasvloeistof afneemt, zodat de drijvende kracht door de kolom heen blijft gehandhaafd. Dit type van wasser is bijvoorbeeld zeer geschikt bij onregelmatige en pieklozingen. Door het tegenstroomregime worden de hoge concentratiepieken beter opgevangen.

In meestroomwassers bewegen de gas- en de vloeistofstroom in dezelfde richting. Hun effectiviteit is lager dan die van de tegenstroomwassers. Het voordeel is echter dat ze geschikt zijn voor hoge gas- en vloeistofbelastingen. Meestroomwassers zijn compacter van bouw en komen dan ook vooral in aanmerking wanneer een beperkte ruimte beschikbaar is en een lager rendement acceptabel is. Voorts kunnen ze goed gebruikt worden als eerste wastrap voor een tegenstroomwasser, bijvoorbeeld wanneer de gasstroom ook moet worden gekoeld of gedeeltelijk ontstoft.

In kruisstroomwassers bewegen het gas en de vloeistof zich dwars op elkaar. Voor dampvormige componenten zal meestal de vloeistof van boven naar beneden komen en stromen de gassen horizontaal. Bij stofwassing zullen de sproeiers dwars op de gasstroom staan. Dit type wasser is compacter dan een tegenstroomwasser indien men een meertrapsuitvoering heeft en verbruikt minder elektriciteit. Een kruisstroomwasser is geschikt bij emissies waarbij de maximale concentratie gekend is zodat hij hierop kan worden gedimensioneerd. Bij zeer hoge concentratiepieken waarop de wasser niet is gedimensioneerd, zal de wasvloeistof verzadigd zijn vooraleer het de onderkant van de pakking heeft bereikt. Hierdoor zal een gedeelte van de lucht niet (volledig) behandeld worden met rendementsverlies tot gevolg.

Gaswassers met of zonder inbouw

Gaswassers kunnen ook worden ingedeeld naar de uitvoering van de wassectie, nl. met of zonder inbouw. De inbouw kan een gestorte of een gestructureerde pakking zijn of een constructie met platen of een roterende schijf. Deze hoofdindeling kan verder als volgt worden onderverdeeld:

Gaswassers zonder inbouw:  

—  Sproeitorens: in sproeitorens wordt het water in fijne druppels verdeeld, meestal d.m.v. sproeiers boven in de wasser,
      terwijl het gas van onderen, dus in tegenstroom, wordt aangevoerd. Uitvoering in mee- of kruisstroom is ook mogelijk.
      Wordt ook gebruikt als stofwasser.

—  Straalwassers: bij een straalwasser worden gas en wasvloeistof in meestroom met elkaar in contact gebracht
      volgens het principe van een waterstraalpomp. In de wassectie valt de straal in druppels uiteen, waardoor een groot
      fasegrensvlak ontstaat. In de daarop volgende ruimte vindt de afscheiding tussen gas en vloeistof plaats.

—  Venturiwasser: een venturiwasser bestaat in principe uit een zich vernauwende intree, de hals (het nauwste deel van
      de venturibuis) en de diffusor. Het gas stroomt door de venturibuis en bereikt in de hals de hoogste snelheid. Daarna
      komt het gas in de diffusor waarin de snelheid van het gas weer vermindert. De vloeistof wordt in of voor de hals aan
      de gasstroom toegevoegd. In de hals van de venturibuis vindt er een intensieve menging plaats tussen gas en
      vloeistof. Door de hoge snelheid van gas en vloeistof valt het water in fijne druppels uiteen. Wordt ook gebruikt als
      stofwasser.

Gaswassers met inbouw:       

—  Schotelkolommen: onder een schotelkolom wordt verstaan een kolom die door geperforeerde platen (schotels) in
      segmenten is onderverdeeld. De perforaties zijn zodanig uitgevoerd, dat het te reinigen gas moet borrelen door een
      gesloten vloeistoflaag op de schotels, waar de stofwisseling plaatsvindt.

—  Gepakte kolommen: wassers met gepakte kolommen zijn gevuld met, al dan niet gestructureerd, pakkingmateriaal.
      Dit materiaal heeft een hoog specifiek oppervlak zodanig dat er een groot fasengrensvlak wordt gevormd tussen gas
      en vloeistof. De wasvloeistof stroomt in een dunne film over het pakkingmateriaalnaar beneden terwijl het gas door de
      overblijvende vrije ruimte omhoog stroomt. In wassers met gepakte kolommen zijn vloeistof en gas niet in elkaar
      gedispergeerd.

—  Rotatiewassers: bij rotatiewassers wordt de wasvloeistof d.m.v. een sneldraaiende verstuiverschijf in kleine druppels
      uiteengeslagen, waardoor er een groot contactoppervlak tussen druppels en gas ontstaat. Door de roterende
      verstuiving worden ook stofdeeltjes naar de wand van de wasser gesleurd en afgescheiden. Rotatiewassers worden
      hoofddzakelijk gbruikt als stofwasser.

—  Ionisatiewassers: zijn een gemodifiëerde vorm van een natte E-filter .Het zijn wassers met een
      ingebouwde ionisatiestap.

De toepasbaarheid van de verschillende typen wassers wordt vooral bepaald door de eigenschappen van het te zuiveren gas.

Wanneer dit veel vaste deeltjes bevat of andere componenten die kunnen leiden tot aankoeking en verstopping, dan zal worden uitgezien naar een wassysteem dat hiervoor minder gevoelig is, zoals diverse wassers zonder inbouw.

Een andere mogelijkheid is de installatie van een meertrapswassysteem waarvan de verschillende trappen zijn bestemd voor verwijdering van verschillende componenten. Schotelkolommen vinden hun toepassing vooral als processtap in de chemische industrie. Ze worden weinig toegepast voor milieudoeleinden gezien de hoge investeringskost.

Voor absorptietoepassingen worden vooral de gepakte kolommen gebruikt. Hier is er de keuze tussen gestorte pakkingen of gestructureerde pakkingen. Gestorte pakkingen zijn goedkoper, hebben een lager specifiek oppervlak en hogere drukval. De gestructureerde pakkingen zijn iets duurder dan gestorte pakkingen, hebben een hoger specifiek oppervlak en lagere drukval. De keuze van type gestructureerde of gestorte pakking is afhankelijk van de te behandelen gasstroom. Indien het verstoppingsgevaar door stof en/of biologische aangroei groot is, zal een meer open pakking die makkelijk te reinigen is, worden gebruik. In de andere gevallen zal een pakking met kleinere opening en hoger specifiek oppervlak worden gebruikt.

Indeling volgens type wasvloeistof

?    Zure wasser 

?    Basische wasser

?    Basisch oxidatieve wasser

?    Natte kalkwasser

?    Biowasser

?    Waterwasser: voor goed wateroplosbare stoffen zoals bepaalde alcoholen wordt water zonder toevoegstoffen
        gebruikt

?    Oliewasser: dit is mogelijk voor lipofiele producten zoals bijvoorbeeld gehalogeneerde oplosmiddelen

Werkingsgraad

Afhankelijk van de te verwijderen component, restemissie, wasvloeistof en uitvoeringsvorm kunnen rendementen gehaald worden van meer dan 99 %.

Bij asfaltcentrales werd een rendement van bijna 98 % opgetekend voor VOS. Inzake geurreductie bedroeg het rendement maximaal 23 %. Gezien het slecht wateroplosbare karakter van de VOS in de afgassen wordt verwacht dat de rendementen zullen verslechteren omwille van de lage oplosbaarheid waardoor de VOS niet meer worden afgevangen [8].

Randvoorwaarden

—  Debiet:       50 – 500 000 Nm3/h
—  Temperatuur: 5 - 80 °C
—  Stof:     < 10 mg/m3

Hulpstoffen

—  Water. Het waterverbruik is afhankelijk van de in- en uitgaande concentraties van de gasvormige componenten.
—  Reagentia: zuren, basen, bleekwater, peroxide, e.a. afhankelijk van de gebruikte variant.
—  Voor de verwijdering van HCl uit de afgassen zijn geen specifieke chemicaliën vereist buiten water.

Milieu-aspecten

Afvalwater. In de meeste gevallen moet het spuiwater worden gereinigd. In bepaalde gevallen kan het worden ingedampt en opgewerkt voor recuperatie of herwinning van producten.

Zuur waswater wordt i.f.v. de pH gedeeltelijk gespuid. Het waswater wordt aangevuld met water. Het gespuide waswater moet worden behandeld vooraleer het wordt geloosd.

Energieverbruik

Het energieverbruik ligt tussen 0,2 - 1,0 kWh/1 000 Nm3/h (exclusief ventilator) [1].

Kostprijs

  • Investering
    — 
    2 000 – 30 000 EUR voor 1 000 Nm³/h (recirculatiewasser met pomp; kost sterk afhankelijk van de toe-
          passing) [1].
    —  Voor de verwijdering van HCl in de afgassen van een chemisch bedrijf, met een afgasdebiet tot 3 000 Nm³/h,
          bedraagt de investeringskost voor een neutrale wasser (water) met ventilator 62 500 EUR [6]
  • Werkingskosten
    — 
    Personeelskosten:  ca. 5 000 EUR per jaar (inschatting 4 uren per week) [1].
    —  Hulp & reststoffen: is afhankelijk van de ingaande concentraties en de gestelde restemissies.

Gevalstudie ethanol [6]

—  Debiet: 13 000 Nm³/h
—  Eentraps tegenstroomwasser in polyester
—  Wasvloeistof is water
—  Spui 0 – 2 m³/h
—  Circulatiepomp 3 kW
—  Investeringskost 85 000 EUR

Voor- en nadelen

  • Voordelen
    — 
    Breed toepassingsbereik;
    —  Zeer hoge verwijderingsrendementen;
    —  Compacte installatie en eenvoudig in onderhoud;
    —  Relatief eenvoudige technologie;
    —  Kan ook als koeling dienen voor warme gasstromen (quencher)
  • Nadelen
    — 
    Afvalwater moet worden behandeld
    —  Water- en reagentiaverbruik
    —  Wanneer stof gelijktijdig wordt afgevangen, is ontwatering vereist;
    —  Vorstgevoelig;
    —  Afhankelijk van de plaats kan een draagconstructie nodig zijn;
    —  Pakkingmateriaal is mogelijk gevoelig voor verstopping door stof (> 10 mg/m3) en vet;
    —  Voor geurproblemen zijn vaak piloottesten vereist om de haalbaarheid in te schatten.

Toepassingen

Groot toepassingsbereik in:

—  Chemische industrie
—  Afvalverbrandingsinstallaties
—  Farmaceutische industrie
—  Op- en overslag van chemicaliën
—  Oppervlaktebehandeling

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. VDI 3679, Nassabscheider, Abgasreinigung durch absorption
  8. A. Jacobs, L. De Bock en R. Dijkmans., “Beste Beschikbare Technieken voor asfaltcentrales”, november 2001
  9. J. Van Deynze, P. Vercaemst, P. Van den Steen en R. Dijkmans., “Beste Beschikbare Technieken voor verf-,lak-,vernis- en drukinktproductie”, 1998