Luchtemissiebeperkende techniek – Gaswasser

Inhoud

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

Varianten en synoniemen

Gaswasser, scrubber, absorber, luchtwasser

Zure gaswasser, acid scrubber

Alkalische gaswasser, basische wasser

Alkalische-oxiderende gaswasser, alkalisch-oxidatieve gaswasser, basisch-oxidatieve gaswasser

Verwijderde stoffen

Vooral: ammoniak, geur, H₂S, HCl en HF, SO₂, VOS

Mindere mate: stofdeeltjes en druppels, NO_x

Werkingsprincipe

Het werkingsprincipe van een gaswasser berust op het oplossen van een gas of damp in een vloeistof (absorptie). Het afgas wordt daartoe intensief in contact gebracht met de wasvloeistof, vaak water (of waterige oplossing).

In principe bestaat een gaswasser uit 3 onderdelen: een absorptiesectie met wasvloeistof, een druppelvanger en een recirculatietank. De reinigingsgraad van gaswassers is een samenspel van vooral de verblijftijd van het gas in de absorptiesectie, het type pakking, de gas-vloeistofverhouding (L/G), de verversingsgraad, de temperatuur van het water en het toevoegen van chemicaliën (zie zure en alkalische/basische gaswassers).

Absorptie moet niet verward worden met adsorptie, waarbij moleculen, atomen of ionen van de te verwijderen stof zich hechten aan het oppervlak van een vaste stof.

Toepasbaarheid

Gaswassing is de meest toegepaste emissiebeperkende techniek in de chemische industrie. Gaswassers worden toegepast bij stoffen die goed oplosbaar zijn in water zoals alcoholen en aceton. Daarnaast zijn er ook systemen met organische wasvloeistoffen waardoor organische gassen goed uitgewassen kunnen worden. Door toevoeging van chemicaliën aan de wasvloeistof, zoals zuren of basen, kan de effectiviteit van een gaswasser worden toegespitst op de chemische eigenschappen van een specifieke stofgroep. Terugwinnen van grondstoffen is bij deze techniek mogelijk, maar vergt een aanvullende scheidingstechniek. De techniek is ook voor bestrijding van geur in te zetten.

Breed toepassingsgebied in onder meer de volgende sectoren:

• afvalverbrandingsinstallaties
• chemische industrie
• farmaceutische industrie
• op- en overslag van chemicaliën
• oppervlaktebehandeling
• primaire aluminiumindustrie
• veeteelt

De varianten waarbij zuren worden toegevoegd aan de wasvloeistof om basische gassen uit het afgas af te vangen worden met name toegepast in de sectoren:

• afvalverwerkingsinstallaties (ammoniak, amines)
• chemische industrie (esters)
• compostering (ammoniak)
• farmaceutische industrie (esters)
• gieterijen (amines)
• intensieve veehouderij / mestverwerking (ammoniak)
• kunstmestproductie (ammoniak)
• productie van visvoeder (amines)

De varianten waarbij basen worden toegevoegd aan de wasvloeistof om zure gassen uit het afgas af te vangen worden met name toegepast in de sectoren:

• afvalverbrandingsinstallaties
• chemische industrie
• galvanische industrie
• op- en overslag van chemicaliën
• slibverwerkingsinstallaties, rioolwaterpompstations, rioolwaterzuiveringsinstallaties

De alkalisch-oxidatieve wasser wordt vooral voor geurbeperking toegepast in de sectoren:

• geurstoffenindustrie
• mengvoederfabrikanten
• op- en overslag van vloeistoffen
• slachthuizen
• textielindustrie
• voedingsmiddelenindustrie

Zeer Zorgwekkende Stoffen

De restconcentratie van gaswassers is sterk afhankelijk van de toepassing en de uit te wassen stof. Het is in de meeste gevallen mogelijk om met een gaswasser te voldoen aan de algemene emissie-eis voor een specifieke stof. Lagere restconcentraties die voldoen aan strengere eisen voor ZZS Klik hier voor uitleg over dit begrip (opent in popup) kunnen behaald worden, maar dit is afhankelijk van de ingangsconcentratie. Vaak is een tweede nageschakelde techniek nodig na de gaswasser om ZZS-emissies voldoende te reduceren.

Combinatie van technieken

Gaswassers kunnen onderdeel uitmaken van complexe combinaties van technieken. Enerzijds zijn dit combinaties met verschillende varianten van gaswassers, bijvoorbeeld een zure en basische wasser na elkaar geschakeld om beide effecten te verkrijgen (tweetrapswasser). Ook kan een gaswasser onderdeel uitmaken van een bredere selectie van technieken, waarbij de gaswasser gericht is op het uitwassen van gassen, en andere technieken worden toegevoegd voor het afvangen van stofvormige deeltjes. Om lage (<1 mg/Nm3) uitgangsconcentraties te bereiken is een gaswasser doorgaans niet voldoende en kan een tweede nageschakelde techniek noodzakelijk zijn.

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.

NI staat voor ‘no information’ en betekent dat er geen bronnen zijn waaruit een algemene waarde voor die situatie te herleiden is. N.v.t. staat voor ‘niet van toepassing’ en is gebruikt voor geur. Voor geur zijn geen emissiegrenswaarden vastgesteld omdat de aanvaardbaarheid getoetst wordt aan de hand van de immissie (geurbelasting) bij gevoelige receptoren.

Randvoorwaarden

Debiet [Nm³/uur]:

• P10: 30
• P50: 2.000
• P90: 30.000

Temperatuur [°C]: 5 – 80

Druk [bar]: Atmosferisch

Drukval [mbar]: 4 – 8

Vochtgehalte: Geen beperkingen

Stof [g/Nm³]: <10; voor een goede werking zijn lage stofconcentraties wenselijk. Wassers die zijn ontworpen voor stofverwijdering zijn als afzonderlijke techniek beschouwd.

Ingaande concentratie [mg/Nm³]:

• 200 – 5.000 (alcoholen)
• 200 – 1.000 (ammoniak)
• 10 – 1.000 (amines)
• >100 (esters)
• 50 – 20.000 (HCl)
• 50 – 1.000 (HF)
• <5.000 (fenolen)
• 100 – 10.000 (SO₂)
• 1.500 – 15.000 (H₂S)

Varianten techniek

Gaswasser zonder chemicaliën

De techniek wordt vooral toegepast bij stoffen die goed oplosbaar zijn in water zoals alcoholen en aceton. Daarnaast zijn er ook systemen met organische wasvloeistoffen. Er zijn vele varianten te ontwerpen die allen gebruikmaken van dezelfde basisprincipes. Gevarieerd kan worden met de stroming van de gassen door de vloeistof, zoals bij meestroom-, kruisstroom- en tegenstroomwassers. De wijze waarop het gas in contact komt met de wasvloeistof kan ook op meerdere manieren worden uitgevoerd, zoals wassers met pakkingmateriaal of schotels, en wassers zonder pakkingmateriaal ingebouwd, zoals venturi- en straalwassers en sproeitorens.

Zure gaswasser

Een zure wasser werkt bij lage zuurgraad waardoor basische stoffen beter worden afgevangen. Hierbij worden zouten gevormd. Op basis van densiteit en/of geleidbaarheid wordt een gedeelte van het waswater gespuid. Het spuiwater kan tot 15 % zouten bevatten, en wordt ofwel na zuivering geloosd ofwel ingedampt voor hergebruik.

De dosering van het zuur gebeurt door middel van een pH-regeling. De zuurgraad wordt in de meeste gevallen tussen pH 3 en 6 gestuurd. Als zuur wordt meestal, uit economische redenen, zwavelzuur (H₂SO₄) gebruikt. Voor specifieke toepassingen, bijvoorbeeld voor het afvangen van NH₃, wordt ook wel salpeterzuur (HNO₃) gebruikt. Hierbij wordt ammoniumnitraat gevormd dat gebruikt kan worden als kunstmest. Door hun basische karakter kunnen ook amines en esters worden afgevangen in een zure wasser.

Alkalische gaswasser / basische gaswasser

Bij een alkalische wasser worden zure stoffen beter afgevangen door neutralisatie met een base (loog) als wasvloeistof. Hierbij worden zouten gevormd die eventueel kunnen worden opgewerkt.

De dosering van base gebeurt op basis van een pH sturing of een directe meting in de uitgaande luchtstroom, bijvoorbeeld een H₂S-meting. Meestal wordt de pH van een alkalische wasser tussen 8,5 en 9,5 gestuurd. Men kan de zuurgraad niet te hoog maken in verband met absorptie van CO₂ in het water. Vanaf een pH boven 10 zal het opgeloste CO₂ als carbonaat aanwezig zijn in het water waardoor het loogverbruik sterk zal stijgen. Het calciumcarbonaat zal eveneens neerslaan op de pakking waardoor de drukval zal verhogen. Om dit te vermijden, wordt ook aangeraden om in een alkalische wasser onthard water te gebruiken.

Alkalisch-oxiderende gaswasser

Alkalisch-oxiderende gaswassing wordt vooral ingezet voor geurbestrijding. Hierbij worden de organische geurcomponenten in alkalisch milieu, bij pH 7 - 10, geoxideerd. Als sterke oxidator wordt natriumhypochloriet (NaOCl), kaliumpermanganaat (KMnO₄) of waterstofperoxide (H₂O₂) gebruikt. Bij kaliumpermanganaat wordt er mangaanoxide (MnO₂) gevormd dat periodiek uit de wasvloeistof moet verwijderd worden. Bij hypochloriet zijn dit chloriden en bij waterstofperoxiden worden geen bijproducten gevormd. Waterstofperoxide is een minder sterke oxidator dan hypochloriet of kaliumpermanganaat.

Vooral bij geurverwijdering, omdat dit complex kan zijn wat betreft de samenstelling van de geurcomponenten, is het aan te bevelen eerst testen op kleinere schaal uit te voeren om de verwijderingsefficiëntie specifiek te bepalen. Als amines aanwezig zijn in de afgassen is het aangewezen om eerst een zure wassing uit te voeren om de vorming van chlooramines te vermijden.

Bij gebruik van NaOCl bij lage pH kunnen toxische chloordampen ontstaan. Daarom kan bij toepassing van NaOCl best een basische wasser nageschakeld worden om de chloordampen af te vangen.

Installatie, ontwerp en onderhoud

Een optimaal ontwerp van een gaswasser met lage emissies vereist een hoge betrouwbaarheid, volledige automatisering en een goede staat van onderhoud. De inhoud van de gaswasser is ordegrootte 1-2 m3 per 1.000 Nm³/uur. De belangrijkste ontwerpparameters zijn:

• afgasdebiet
• bedrijfstemperatuur en maximale temperatuur
• afgassamenstelling
• turndown ratio
  Een gaswasser werkt op basis van contacttijd en wordt hiervoor ontworpen (verhouding tussen debiet damp en debiet circulatievloeistofstroom). Als deze verhouding (door momentane afname of toename van het debiet damp, debiet circulatievloeistofstroom is over het algemeen vast) verandert, kan dit een grote invloed op het verwijderingsrendement hebben.

Monitoring

Om het rendement te meten van de wasser is het nodig de in- en uitgaande gasconcentratie te meten. Dit kan afhankelijk van de component met UV of IR licht, of nat-chemisch worden bepaald. Routinemetingen moeten gaan over de drukval, make-up waterstroom, recycle stroom, de reagensstroom en in sommige gevallen de pH, temperatuur en geleidbaarheid van de uitgaande waterstroom.

Milieuaspecten

De belangrijkste voordelen zijn:

• breed toepassingsbereik
• geschikt voor lage restconcentraties die vereist zijn voor ZZS.
• compacte installatie in relatie tot het verwerkte afgasdebiet
• mogelijkheid van terugwinnen van materiaal
• reinigt ontvlambare en/of explosieve gassen op relatief veilige wijze

Nadelen zijn:

• afvalwaterstroom moet worden behandeld
• verbruik van water en reagentia
• gevoelig voor vorst en corrosie

Hulpstoffen en energie

Water: Verbruik van water is afhankelijk van de temperatuur en luchtvochtigheid van de ingaande gasstroom, en ook de frequentie waarmee het waswater wordt ververst (spui). De uitgaande gasstroom is doorgaans volledig verzadigd met waterdamp. Als de concentratie van de te verwijderen stof in de wasvloeistof toeneemt, daalt het rendement. Om het minimaal benodigd rendement te behalen is voldoende spui en verversing benodigd.

Chemicaliën: Zuren, basen, oxidatiemiddelen, afhankelijk van de gekozen toepassing.

Energieverbruik: Elektriciteit voor aandrijven van een pomp en eventueel een ventilator.

Milieuafwegingen

Terugwinning: Terugwinning van product is in een aantal gevallen mogelijk. Soms kan de verzadigde wasvloeistof als zodanig worden gebruikt, bijvoorbeeld ammoniakwater. In bepaalde gevallen kan het spuiwater worden ingedampt en opgewerkt voor herwinning van producten als zouten. Een belangrijke toepassing is gips in het geval van SO₂-verwijdering. Opgeloste gassen kunnen worden ‘gestript’ uit de verzadigde oplossing zodat een geconcentreerde afgasstroom ontstaat die kan behandeld. Een belangrijke toepassing is het afvangen van zwavelwaterstof (H₂S) uit de gasstroom na de ontzwavelingsstap van aardolieproducten. De geconcentreerde afgasstroom met H₂S kan vervolgens worden behandeld in een zwavelterugwinningsinstallatie, waarbij elementaire zwavel en water ontstaan.

Lucht: Er ontstaan geen andere vormen van luchtverontreiniging. Wel zal een gekoelde gasstroom minder pluimstijging vertonen, wat nadelig is voor de verspreiding van de emissies in de buitenlucht (vooral van belang bij geurbestrijding en de daarbij behorende effecten op de immissiepunten).

Afvalwater: Er ontstaat een afval(water)stroom die zal moeten worden behandeld voordat die kan worden geloosd. De spuistroom van zure en alkalische wassers zal vaak moeten geneutraliseerd voordat die kan worden behandeld.

Afval: Afval ontstaat indien neerslag in de wasvloeistof wordt gevormd en niet nuttig kan worden gebruikt. Dit kan het gevolg zijn van chemicaliën die bewust worden toegevoegd om het rendement te verhogen of om de verzadigde wasvloeistof te neutraliseren.

Veiligheid: Gebruik van sterke oxidatoren vereist de nodige veiligheidsvoorzieningen en een speciale uitvoering van de installatie. In een wasser met chloorbleekloog (NaOCl) kunnen bij lage pH toxische chloordampen ontstaan. Ook kunnen ontvlambare en/of explosieve gassen op relatief veilige wijze worden behandeld.

Financiële aspecten

Investeringen [EUR per 1.000 Nm³/uur]:

• 7.500 – 25.000 voor standaarduitvoeringen.
• 10.000 – 50.000 voor zure, basische of basisch-oxidatieve wasser

Operationele kosten [EUR / 1.000 Nm³ / uur / jaar]: 1.000 – 30.000

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]: 4

Materiaal: De materiaalkeuze is afhankelijk van toepassing. Als gebruik wordt gemaakt van oxiderende of zure wasvloeistoffen is kunststof het belangrijkste constructiemateriaal. Pakkingsmateriaal gaat normaal gesproken vele jaren mee.

Energieverbruik [kWh/1.000 Nm³]: 0,2 – 1 (exclusief energieverbruik voor verwerking van de spuistroom (afvalwater of anders))

Baten: Kostenbesparing op grondstof indien recycling mogelijk is of afzetwaarde van de verzadigde oplossing (bijvoorbeeld ammoniakwater), gevormde zouten zoals ammoniumnitraat of teruggewonnen product (bijvoorbeeld zwavel).

Kostenbepalende parameters: Debiet, afvalwaterbehandeling

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: basische/basisch-oxidatieve/zure wasser
6. Leverancier Clean All Air Industriële Luchtwassystemen