Luchtemissiebeperkende techniek – Filter met kalkinjectie

Inhoud

• Varianten en synoniemen
• Verwijderde stoffen
• Werkingsprincipe
• Toepasbaarheid
• Varianten techniek
• Installatie, ontwerp en onderhoud
• Milieuaspecten
• Financiële aspecten

Varianten en synoniemen

Kalkinjectie (droog, semi-droog/halfdroog, halfnat, nat), sproeidroogadsorptie, cascade adsorptie, chemische adsorptie, natte kalkwassing, kalksteen-gips proces, in-situ forced oxidation proces (IFO)

Verwijderde stoffen

Vooral: HCl, HF, SO₂

Werkingsprincipe

Het werkingsprincipe van een filter met kalkinjectie berust op chemische binding van stoffen in het afgas. Hiertoe worden kalkhoudend poeder of vloeistof in de afgasstroom gebracht. De kalk bindt zure gasvormige verontreinigingen in vaste verbindingen die vervolgens kunnen worden afgescheiden. In het geval van SO₂ ontstaat gips dat als bouwgrondstof kan worden ingezet.

Toepasbaarheid

Kalkinjectie wordt toegepast om zure gassen, doorgaans SO_x, HCl en HF uit een afgasstroom te verwijderen. Kalkinjectie wordt vooral toegepast bij grote verbrandingsinstallaties met vloeibare of vaste brandstoffen in onder meer de volgende sectoren:

• afvalverbrandingsinstallaties
• aluminiumsmelters
• chemische industrie
• elektriciteitscentrales
• glasindustrie
• keramische industrie

Zeer Zorgwekkende Stoffen

De techniek is toegespitst op het afvangen van anorganische, zure gassen en dat zijn geen ZZS Klik hier voor uitleg over dit begrip (opent in popup). De restconcentratie na droge kalkinjectie is niet laag genoeg om te voldoen aan de emissie-eisen voor ZZS.

Combinatie van technieken

Kalkinjectie wordt altijd toegepast in combinatie met een filtertechniek, een doekfilter of ESP. Het niet gereageerde poeder vormt een laag op het filterdoek waar de zure gassen mee kunnen reageren. Zo wordt de verwijderingsefficiëntie verhoogd.

Doordat kalkinjectie doorgaans in warme hete rookgassen plaatsvindt (>140 °C) is het mogelijk om na de techniek nog een SCR te plaatsen zonder of met beperkte opwarming van de afgasstroom. Dit kan een reden zijn om te kiezen voor kalkinjectie voor SO₂ afvangst boven het potentieel hogere rendement van een gaswasser.

Kalkinjectie kan ook worden gecombineerd met adsorptie, door ook actief kool te injecteren. Het actief kool kan zware metalen, dioxines en furanen afvangen. Sorbalit is een merknaam voor een mengsel van kalk en actieve kool.

Milieuprestaties

De milieuprestaties zijn in de volgende tabel aangegeven. De gepresenteerde waarden zijn afhankelijk van de specifieke configuratie en bedrijfscondities. De waarden zijn in principe gebaseerd op halfuurgemiddelde waarden. In voorkomende situaties kunnen afwijkende waarden gerechtvaardigd zijn.

Randvoorwaarden

Debiet [Nm³/uur]:

• 10.000 – 300.000 (droge injectie)
• <1.000.000 (semi-droge injectie)
• 50 – 500.000 (natte injectie)

Temperatuur [°C]: De werkingstemperatuur is sterk afhankelijk van de toegepaste techniek en het adsorptiemateriaal. Gewoonlijk ligt de werkingstemperatuur tussen 140 – 400 °C.

Druk [bar]: Atmosferisch

Drukval [mbar]: 25

Vochtgehalte: Geen beperkingen

Stof [g/Nm³]: Geen beperkingen

Ingaande concentratie [mg/Nm³]: <10.000 (SO_x)

Varianten techniek

Droge injectie

Bij droge injectie wordt een fijn poeder 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 opgenomen. 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 ESP-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 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.

Verdere processturing is mogelijk via de temperatuur, deeltjesgrootte van het poeder, de molaire verhouding zwavel / carbonaat, turbulentie in de reactor en de keuze voor het adsorptiemateriaal. Verschillende stoffen kunnen gebruikt worden voor het adsorptiemateriaal, maar het meest gebruikt zijn kalk (calciumcarbonaat) en natriumbicarbonaat.

Droge cascade- of bedreactor

Hierbij wordt kalk niet verstoven in het rookgas maar het rookgas door een bed met kalkkorrels geleid. De korrels met de gebonden verontreinigingen zakken onder invloed van de zwaartekracht. De rookgassen worden in tegenstroom of in kruisstroom door het bed geleid. Om de reactietijd en het contactoppervlak voldoende groot te maken, zijn in deze ruimtes hindernissen voorzien die de valsnelheid van de korrels afremmen en voor een efficiënte circulatie en verdeling van de rookgassen in de reactor zorgen. Het gereageerd calciumcarbonaat wordt onderaan de installatie opgevangen.

Omdat de zure gassen zoals SO₂, HCl en HF voornamelijk aan de buitenkant van de calciumcarbonaatkorrels reageren, 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 daarna opnieuw bovenaan het bed worden toegevoegd, zolang als de afmetingen voldoende groot zijn.

Semi-droge injectie

Bij semi-droge injectie wordt het adsorptiemateriaal verstoven in druppelvorm als suspensie of oplossing. Het vocht in de druppels verdampt tijdens de reactie, het product is een droog vast poeder. De efficiëntie van een semi-droog systeem is vaak hoger dan die van een droog systeem, doordat het contactoppervlak tussen de afgassen en de poederdeeltjes hoger is, waardoor de reactie efficiënter plaats kan vinden.

Natte injectie

Natte kalkinjectie combineert de voordelen van gaswassers en (semi) droge kalkinjectie. Deze rookgasreinigingstechniek wordt vooral toegepast voor de ontzwaveling van rookgassen terwijl ook de andere zuurvormende componenten worden gebonden.

Een slurry van kalksteen (CaCO₃) of gebluste kalk (Ca(OH)₂) wordt in een sproeikolom verneveld. In aanwezigheid van SO₂ wordt vooral calciumsulfiet (CaSO₃) gevormd, waarna het met de zuurstof in de lucht verder wordt geoxideerd tot calciumsulfaat in de vorm van gips (CaSO₄.2H₂O) gevormd (in-situ forced oxidation proces - IFO). Het gips wordt vervolgens ontwaterd. Na ontzwaveling passeert het gereinigde rookgas een mistfilter om de druppels af te vangen.

Het contact tussen het adsorptiemateriaal en de zure gassen is beter dan in de droge varianten, waardoor hogere verwijderingsrendementen mogelijk zijn. Opwarming van de afgassen kan nodig zijn om te verzekeren dat de temperatuur boven het dauwpunt blijft.

Installatie, ontwerp en onderhoud

Basiselementen in het ontwerp betreffen:

• een reactorruimte, dat kan een leiding zijn, een reactorvat, of een toren
• injectiesysteem voor het poeder / de suspensie, plus achterliggende opslag van adsorptiemateriaal
• een deeltjesfilter (tenzij natte injectie wordt toegepast, dan is een druppelvanger nodig)

Regelmatige inspectie van het leidingwerk en de bewegende delen is noodzakelijk om verstoppingen te voorkomen.

Monitoring

Monitoring van het systeem is mogelijk door de concentratie van zure gassen te meten in het gereinigde gas. Verder is adequate monitoring van het doekenfilter nodig, zie daarvoor de betreffende factsheet.

Milieuaspecten

De belangrijkste voordelen zijn:

• eenvoudige installatie en bedrijfsvoering
• geen afvalwater (behalve natte injectie)
• mogelijkheid om een SCR na te schakelen zonder opwarmen van de afgassen
• mogelijkheid om gips als grondstof te gebruiken

Nadelen zijn:

• grote installatie (doekenfilter)
• relatief laag rendement, zeker vergeleken met een gaswasser.
• waterverbruik (natte injectie)
• afvalwaterproductie (natte injectie)
• energieverbruik bij het opwarmen van de afgassen (natte injectie)

Hulpstoffen en energie

Water: Droge injectie kent geen waterverbruik. Semi-droge injectie 30-40 [liter / 1.000 Nm³], natte injectie 8.000 – 20.000 [liter / 1.000 Nm³].

Chemicaliën: Calciumcarbonaat, natriumbicarbonaat of alternatieven. De molaire verhouding Ca/S is ongeveer 3 voor droge injectie, 1,5 – 3 voor semi-droge injectie en 1,1 voor natte injectie.

Energieverbruik: Elektriciteit voor aandrijven van een ventilator, doseersysteem, eventueel een pomp en kloppen van het doek en dergelijke.

Milieuafwegingen

Terugwinning: Terugwinning van product is in een aantal gevallen mogelijk door het residu te bewerken. Bij gebruik van natriumbicarbonaat kan NaCl (zout) en natriumsulfaat herwonnen worden. Bij toepassing van natte injectie van kalk ontstaat gips, dat van hoge zuiverheid kan zijn en als bouwgrondstof verkocht kan worden. De mogelijkheid tot terugwinning is met name afhankelijk van de aanwezigheid van andere stoffen zoals zware metalen en/of dioxines/furanen.

Tegenover de productie van gips als grondstof voor de bouw staat kalk moet worden gewonnen en dat kooldioxide ontstaat bij de reactie van kalk met zuren.

Lucht: Een positief effect is dat ook stikstofoxiden deels worden gebonden. De efficiency (ordegrootte 35-50 %) is afhankelijk van de verhouding SO₂/NO_x. De optimale prestatie ligt bij een werkingstemperatuur van 120 tot 160 ºC. Er ontstaan geen andere vormen van luchtverontreiniging. Natte injectie kan een zichtbare pluim geven als de verzadigde damp niet warm genoeg is.

Afvalwater: Natte injectie resulteert in een afvalwaterstroom die verwerkt moet worden.

Afval: De verbruikte kalk (residu) moet afgevoerd en verwerkt worden voor zover het niet nuttig kan worden aangewend.

Veiligheid: Er zijn geen bijzondere veiligheidsmaatregelen vereist.

Financiële aspecten

Investeringen [EUR per 1.000 Nm³/uur]

• 10.000 – 30.000 voor droge injectie
• 10.000 – 35.000 voor semi-droge of natte injectie

Getallen zijn exclusief het doekenfilter

Operationele kosten [EUR/jaar]:

• droge injectie: 2.500 + 300 x (debiet/1.000) + adsorptiemateriaal
• semi-droge injectie: 20.000 + 400 x (debiet/1.000) + adsorptiemateriaal
• natte injectie: niet bekend

Operationele kosten

Dit is een opsplitsing van de operationele kosten. Ze tellen dus niet apart mee bij een kostenberekening. Zie ook Financiële aspecten op de pagina Opbouw van de factsheets.

Personeel [uur/week]: 2 – 8 uur per week

Materiaal: Kalk: EUR 100 – 250 per ton.

Energie [kWh / 1.000 Nm³]: 1

Baten: Geen, tenzij materiaal teruggewonnen en verkocht kan worden, zoals gips.

Kostenbepalende parameters: debiet, drukval, concentratie van de verontreiniging, nageschakeld filtreersysteem.

Informatiebronnen

1. Handreiking luchtemissiebeperkende technieken; DHV, 15 april 2009
2. BREF Waste Gas Management and Treatment Systems in the Chemical Sector; first draft, 2019
3. BREF Common Waste Water and Waste Gas Treatment/Management Systems in the Chemical Sector, 2016
4. BVT 2016
5. VITO LUSS: droge/halfdroge/natte kalksorptie