Chemische gaswassers

In veel voorkomende chemisch scrubbersystemen wordt het geurdragende of met verontreinigingen vervuilde gas naar de scrubber, vaak door een ventilator, gevoerd of afgezogen. Het verontreinigde gas wordt voor behandeling door een of meerdere horizontaal of verticaal uitgevoerde chemische scrubbertrappen gevoerd. Het gas wordt door een gepakt bed of opensproei systeem gevoerd waar het in zeer intensief contact met de wasvloeistof wordt gebracht dat chemische reagentia bevat. Net als bij andere absorptieprocessen worden de geurdragende of andere chemische componenten eerst opgelost in de wasvloeistof en reageren vervolgens met de chemische additieven.
Het gereinigde gas wordt vervolgens afgevoerd via een schoorsteen die achter de scrubber is gemonteerd. De gasbehandeling kan in meerdere fasen of wastrappen worden doorgevoerd, mede daarom kan de verwijderingsefficiëntie in een chemische scrubber oplopen tot meer dan 95%.

Scrubbers worden al vele jaren met succes gebruikt als systemen voor de emissiebeheersing waarmee verontreinigende stoffen uit gaststromen verwijderd kunnen worden waarbij de verontreinigende deeltjes kunnen voorkomen als gassen, vloeistofdruppeltjes of vaste (stof)deeltjes. Wanneer meerdere verschijningsvormen van verontreinigende stoffen in een gasstroom aanwezig zijn, wordt normaliter een scrubber gekozen vanwege het vermogen om tegelijkertijd gasvormige verontreinigingen te verwijderen door gas-vloeistof integratieprocessen en om vloeistofdruppeltjes en vaste deeltjes te elimineren op basis van enerzijds integratie van de verontreinigende stoffen met de wasvloeistof en vervolgens deze af te scheiden op basis van massatraagheid.

Massaoverdracht

Massaoverdracht van verschillende fasen, oftewel vloeistof-gas integratie, is in een scrubber de belangrijkste parameter voor de efficiëntie van de scrubber. Er kan zonder contact tussen wasvloeistof en het aangevoerde gas met de verontreinigingen geen verdere afscheiding van de deeltjes in het gas gecreëerd worden. In het algemeen kan gesteld worden dat hoe groter het contactoppervlak is des te beter zal de (was)vloeistof-gas integratie gerealiseerd kunnen worden. Uiteraard speelt de factor verblijftijd een andere grote rol. De integratie kan vanzelfsprekend niet goed plaatsvinden als de verblijftijd van het gas in de integratiefase te kort is.
Scrubbers variëren daardoor sterk in hun capaciteit voor massaoverdracht en fractieafscheiding. Het configureren en ontwerpen van scrubbers moet zeer zorgvuldig gebeuren waarbij de grootste bepalende factoren die meegenomen dienen te worden zijn: benodigde en beschikbare massaoverdracht op basis van het contactoppervlak, de drukval, vereiste verwijderingsefficiëntie en niet in de laatste plaats de betrouwbaarheid van de installatie.
De absorptie-efficiëntie een functie is van het beschikbare contactoppervlak voor de uitwisseling van de fasen, en normaal gesproken kan zowel een scrubber met open-sproeisysteem als een scrubber met een gepakt bed worden ontworpen om elke gewenste verwijderingsefficiëntie te bieden.
Een scrubber met een losgestorte vullichamen (bijvoorbeeld Pall ringen, Raschig ringen) of een gestructureerde pakking (contactlichaam) met een groot uitwisselend oppervlak geeft generiek gesproken een uitstekende integratie van verontreinigingen met de wasvloeistof. Het nadeel van pakkingen met groot contactoppervlak is over het algemeen een veel hogere drukval omdat een groot deel van het zogenaamde vrije volume in een gepakt bed niet beschikbaar is voor gasstroom en eigenlijk onnuttig volume inneemt en daardoor grote richtingsveranderingen van de gasstroom veroorzaakt waarmee de drukval toeneemt. Er zijn toepassingen waarbij dit acceptabel is, denk hierbij aan laboratorium-opstellingen of kleine installaties welke niet continu opereren waardoor de energiekosten geen beslissende rol spelen.
Scrubbers voor grote(re) debieten of verontreinigde gassen welke veel stof(deeltjes) of mogelijk zelfs kleverige componenten bevatten zijn in de basis niet geschikt voor pakkingen met een groot contactoppervlak en als gevolg hiervan een klein vrij volume. Deze pakkingen ondervinden naast een relatief groot drukverlies vooral problemen met vervuiling welke zelfs kunnen leiden tot verstoppingen. De oplossing van dit probleem kan worden gevonden door de scrubbers van een opensproei systeem te voorzien. Een open sproeisysteem heeft geen pakking en heeft daarentegen veel sproeiers die zodanig veel druppels creëren dat het oppervlak van alle druppels gezamenlijk het contactoppervlak van een gepakte scrubber kan vervangen. Daarnaast zorgt het energiepotentiaal van de druppels, door hun snelheid ten opzichte van de gassnelheid, voor een enorm integratieproces van vloeistofdruppels met de verontreinigingen in het gas. Het drukverlies van een opensproei systeem is veel lager in vergelijking met een gepakte scrubber, blijft onveranderd laag en heeft geen problemen met vervuiling, laat staan verstopping.

Distributie van wasvloeistof

De vloeistofdistributie kan bestaan uit een systeem met open, geperforeerde verdeelgoten welke uitsluitend hun toepassing kennen in combinatie met een zogenaamd contactlichaam (gepakte bedden of kolommen). De wasvloeistof wordt over het gehele oppervlak verdeeld en zorgt hiermee voor een goede distributie van de vloeistof waardoor het pakkingsmateriaal goed bevloeid wordt. De vloeistof kan ook over de pakking verdeeld worden met behulp van een buizensysteem met daarop gemonteerd sproeiers welke feitelijk dezelfde functie hebben als de open verdeelgoten.
Scrubbers met een open sproeisysteem (dus zonder contactlichaam) moeten het gemis aan reactieoppervlakte compenseren met behulp van een groot sproeioppervlak. De specifieke sproeiers die hiervoor worden toegepast genereren een sproeibeeld met zeer kleine druppels welke daardoor een ontzagwekkend groot contactoppervlak opwekken.

Chemicaliëndosering en waterbehandeling

De wasvloeistof wordt gerecirculeerd door middel van een centrifugaalpomp welke aan de zuigzijde is aangesloten op de vloeistofbuffer waarin de wasvloeistof is opgeslagen. Het is in bepaalde gebieden waar enkel (relatief) hard water beschikbaar is een waterontharder toe te passen voor het suppletiewater. De waterhardheid heeft een grote invloed op de efficiëntie van het reinigingsproces van de scrubber. De wasvloeistof wordt gerecirculeerd en zal op basis van bepaalde parameters periodiek worden gespuid. Vervolgens wordt het vloeistofniveau weer op niveau gebracht met vers suppletiewater. Wanneer dit suppletiewater (veel) magnesium en calcium bevat zal dit leiden tot hoge concentraties zouten welke de hardheid zullen doen toenemen daar met het spuien de zouten grotendeels zullen achterblijven in de vloeistofbuffer. Dit kan vermeden worden wanneer er gebruik gemaakt wordt van een wateronthardingssysteem. Het alternatief kan zijn om zeer veel te spuien, dit zal dan als gevolg hebben dat het waterverbruik excessief hoog zal worden.
Doseersystemen inclusief opslagtanks met instelbare doseerpompen voor verschillende chemicaliën zijn mede een onmisbaar onderdeel van de scrubberinstallatie. Het verwijderen van oplosbare verontreinigingen uit het gas kan door het gebruik van zeer veel waswater wanneer dit wordt toegepast volgens een zogenaamd doorpompsysteem. Dit betekent dat het waswater continu wordt gespuid en ververst en niet wordt rondgepompt. De verontreinigingen zullen worden opgenomen in het water en vervolgens via de spui afgevoerd. Het waterverbruik dat hiermee gepaard gaat is enerzijds onder de huidige (milieu)omstandigheden niet verantwoord en anderzijds onbetaalbaar.
Een andere reden om chemicaliën in het waswater toe te passen kan zijn dat er verontreinigingen met het gas worden meegevoerd welke niet oplosbaar in water zijn, niet afbreekbaar zijn of gezien hun eigenschappen niet mogen worden gespuid en afgevoerd. In deze gevallen is het noodzakelijk om zogenaamde additieven aan het waswater toe te voegen welke een reactie met de verontreinigingen van het aangevoerde gas aangaan. De keuze van de chemicaliën wordt bepaald door de aard van de verontreinigingen maar kunnen ook op basis van de mogelijkheden van de klant worden bepaald. Het is niet altijd toegestaan om zonder meer chemicaliën aan te voeren, te gebruiken en vervolgens de restproducten af te voeren. In deze situaties zullen alternatieve middelen of een aangepaste configuratie van de scrubber oplossing moeten bieden.
De chemicaliën worden in het algemeen direct in het waswater gedoseerd. Hierdoor spreken we niet meer over waswater maar over wasvloeistof. De gerecirculeerde wasvloeistof wordt in contact gebracht met de verontreinigingen in het gas waarbij deze worden gecapteerd en vervolgens gezamenlijk in de vloeistofbuffer terechtkomen. De inhoud van de vloeistofbuffer wordt bepaald aan de hand van de reactiesnelheid of halfwaardetijd van de verontreinigingen in de wasvloeistof. In het algemeen kan gesteld worden dat een trage reactie een grote systeeminhoud vraagt. Het is namelijk van het allergrootste belang dat de reactie zoveel mogelijk is voltrokken tot een (wenselijk) stabiel restproduct alvorens de wasvloeistof via de recirculatie door de pompen weer in contact gebracht wordt met het gas. Wanneer de reactie niet volledig is voltrokken of voldoende is gevorderd bestaat er een reëel risico dat er weer verontreinigingen aan het gas kunnen worden afgegeven.
Tevens kunnen ingeval van een niet volledig uitgereageerde reactie bij wisselende concentraties van de verontreinigingen in het gas bijkomende problemen optreden. De in de wasvloeistof aanwezige verontreinigingsgassen zullen in evenwicht willen zijn met de concentratie verontreinigingsgassen in de meegevoerde gasstroom. Dit verschijnsel wordt beschreven in de Wet van Henry met betrekking tot de verschijnselen van de evenwichtssituatie van (gas)concentraties.
Het doseren van chemicaliën zal uiteindelijk moeten leiden tot een afbraak van schadelijke verontreinigingen of een omvorming naar onschadelijke componenten welke eenvoudig kunnen worden afgevoerd en verwerkt. Ten tweede voorkomt een nauwkeurige dosering met de juiste chemicaliën een extreem waterverbruik.

Indirecte regeling van de emissie op basis van wasvloeistofmonitoring

De regeling van het gas kan op verschillende wijzen worden uitgevoerd. Het meest voorkomende principe berust op het monitoren van de kwaliteit van de wasvloeistof. Dit is een goede methode daar de kwaliteit van de wasvloeistof recht evenredig is met de kwaliteit van het geëmitteerde gas. Alvorens de correlatie tussen de grenswaarde van het gas ten opzichte van de wasvloeistof bepaald is dient er vaak eerst gedurende inregelperiode met de instellingen van de wasvloeistof geëxperimenteerd. te worden. Indien de grenswaarden eenmaal zijn vastgesteld met de emissiemetingen of -monsternames van het gas kan de scrubber definitief in bedrijf genomen worden.
De verontreinigingen in het aangevoerde gas en de chemicaliën welke worden toegepast om de scrubber correct te laten functioneren bepalen de keuze van de instrumenten (sensoren voor de wasvloeistof) die dienen te worden toegepast. De zuurgraad van de wasvloeistof wordt bepaald met behulp van een pH-meting, daarnaast wordt er voor de kwaliteit gebruik gemaakt van een geleidbaarheidsmeting welke de spui bepaald. Additioneel wordt er vaak een vrijchloor meting toegepast om de reactiebuffer te bepalen al dan niet in combinatie met een ORP-meting voor de reactiesnelheid.

Regeling emissie met een analyser

Een directe, zeer betrouwbare regeling van de emissie kan uitgevoerd worden met behulp van een specifieke analyser. De analyser wordt in de uittrede achter de scrubber gemonteerd en meet direct de aanwezigheid van de resterende verontreinigingen in het gas. De aard van de verontreinigingen bepaald de keuze van de analyser; hier wordt onderscheid gemaakt tussen stofanalysers en specifieke gasanalysers. In geval van online stofanalyse wordt indien mogelijk een probe toegepast die een directe uitlezing voor de totaal stofconcentratie.
De gasanalysers meten over het algemeen online waarbij een uitlezing in ppm wordt gegeven. Bij een extractieve meting is altijd een vorm van monstername conditionering benodigd als gevolg van bijvoorbeeld de hoge gastemperatuur en/of een hoge waterconcentratie. Het grote voordeel van het toepassen van een analyser ter controle van de emissie van een scrubberinstallatie is vooral het feit dat de emissiewaarde direct uitleesbaar is. Op basis van de gemeten waarde kan de spui van de scrubber worden geactiveerd waardoor de kwaliteit van de wasvloeistof direct gestuurd wordt. Tegelijkertijd kennen de gebruiker van de installatie, de vergunningsverstrekker en de omgevingsdienst onder alle omstandigheden de emissiewaarden en zal er geen emissieoverschrijding plaatsvinden als gevolg van de directe meetmethodiek.

Constructie van de scrubber

Ravebo houdt bij het ontwerpen en fabriceren van de scrubbers rekening met factoren zoals materiaal, constructie, fundering en ondersteuning, materiaaldikte, maximale corrosiebestendigheid voor binnen- en buitenoppervlakken om een lange levensduur te garanderen en toegangsluiken of mangaten voor onderhoud en inspectie. Enerzijds biedt kunststof als constructiemateriaal een laag gewicht en een goede corrosiebestendigheid, lage bedrijfskosten en een lange levensduur maar is dit anderzijds niet geschikt voor hoge(re) temperaturen. Gezien het toepassingsbereik van chemische scrubbers zal in de meeste gevallen gekozen worden voor een geschikt roestvast staalsoort welke, met uitzondering van het voordeel van een laag gewicht, verder alle positieve kenmerken bezit voor een zeer lange levensduur.
De bouwwijze en de constructie van de scrubberinstallaties zijn zodanig dat ingeval van toekomstige emissieaanpassingen de scrubber relatief eenvoudig kan worden uitgebreid of aangepast zonder grote investering. Een compleet nieuwe scrubberinstallatie is dan niet noodzakelijk.