Het volume van kmol H O bij normaalconditie
5.8.1 Berekening Quench temperatuur
In onderstaande tabel is een analyse gegeven van de rookgasstroom voor de Quench. De tabel is uit berekening ontstaan.
Verder is in de tabel de x aangegeven, dit is de hoeveelheid waterdamp die per kilogram droog rookgas aanwezig is voor de Quench.
Samenstelling rookgas met absolute vochtigheid x.
Schematische voorstelling Quench.
Rookgassstroom 195000 kg/uur Gasdruk 996 millibara
Componenten M massa Molfractie Molfractie Mol Massa M Massa Massa perc Gasstroom Gasstroom
Gas Nat (Volume) Droog Droog Nat W% nat Nat kg/uur Droog kg/uur
x 100 = vol% CO2 44 0,0772 0,095485 4,201324 3,3968 0,124135 24206,3 24206,3 CO 28 0,0003 0,000371 0,01039 0,0084 0,000307 59,9 59,9 H2 2 0,008 0,009895 0,01979 0,016 0,0005847 114,0 114,0 N2 28 0,6615 0,818175 22,90889 18,522 0,6768806 131991,7 131991,7 O2 32 0,0614 0,075942 2,430158 1,9648 0,071803 14001,6 14001,6 H2O 18 0,1916 0 0 3,4488 0,1260353 24576,9 0,0 SO2 64 0,0001 0,000124 0,007916 0,0064 0,0002339 45,607766 45,60776555 SO3 80 0,000007 8,66E-06 0,000693 0,00056 2,047E-05 3,9906795 3,990679486
HCl 36 0,00000003 3,71E-08 1,34E-06 1,08E-06 3,947E-08 0,0076963 0,00769631
1,000 1 29,5792 27,3638 1 195000 170423,1 Dichtheid rookgas 1,3205 1,2216 x = 0,144211 kg/kg droog gas Quench Rookgasstroom 195000 kg/uur (Nat) Rookgasstroom 170423 kg/uur (Droog) Rookgasstroom 170423 kg/uur (Droog) Waswaterstroom 160000 kg/uur Spuistroom kg/uur Suppletie 9600 kg/uur RV = 95%
De droge rookgasstroom blijft hetzelfde. We stellen nu dat de
maximale rookgastemperatuur in de Quench 65 °C mag bedragen. De vraag is nu hoeveel water moet er in de Quench verdampen om deze temperatuur te handhaven.
Als het rookgas moet afgekoeld worden tot 65 °C dan geschiedt dit door het verdampende water, er kan net zoveel water verdampt worden tot het verzadigingspunt is bereikt, op dit punt is dan de maximale dampspanning en de maximale absolute vochtigheid bereikt. Zodra dit punt bereikt is, kan het rookgas als gevolg van verdamping niet verder afgekoeld worden, dan kan dit enkel door er kouder water aan toe te voeren. We gaan er echter van uit dat de maximale dampspanning net niet bereikt wordt, maar dat de Relatieve Vochtigheid (RV) van het rookgas na de Quench 95 % bedraagt. In de praktijk wordt er water gecirculeerd dat na verloop van tijd een temperatuur bereikt van 65 °C, kortom verder dan 65 °C kan het rookgas in de Quench niet gekoeld worden.
De maximale dampspanning van de waterdamp bedraagt bij 65 °C volgens de stoomtabel: pmax = 0,02501 MPa, dit is hetzelfde als 0,2501 bara en hetzelfde als 250,1 millibara
max 100% 0,95 250,1 237,595 w w p RV p p millibara = = = 18 237,595 0,1911 / 29,5 996 237,595 w w
droog gas rookgas w
M p
x
M p p
x kgwaterdamp kg droog rookgas
=
−
= =
−
Bij 65 °C is de heersende absolute vochtigheid van de rookgassen, bij een RV van 95 %, volgens bovenstaande berekening 0,1911 kg waterdamp per kilogram droog rookgas.
Uit de tabel is af te lezen dat er per kilogram droog rookgas voor de Quench 0,144211 kg waterdamp aanwezig is, we noemen dit de absolute vochtigheid van het rookgas voor de Quench.
Met andere woorden, er moet per kilogram droog rookgas verdampen: 0,1911 – 0,144211 = 0,046889 kg water per kilogram droog rookgas Aan droog rookgas stroomt er 170423 kg/uur door de Quench. Aan water moet er nu in de Quench verdampen:
170423 0,046889 7991 /
verdamping droog gas waterdamp verdamping
m m m
m kg uur
=
= =
Als de suppletie op de wastrap 9600 kg/uur bedraagt en er verdampt 7991 kg/uur dan wordt er gespuid:
5.9 Toepassing
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 anderszins componenten die kunnen leiden tot aankoeking en verstopping, zal worden uitgezien naar een
wassysteem dat daar minder gevoelig voor is, zoals de diverse wassers zonder inbouw. Een andere mogelijkheid is de installatie van een meertrapswassysteem waarvan de verschillende trappen zijn bestemd voor verwijdering van verschillende componenten. Wanneer de be-schikbare ruimte voldoende groot is, komen meestroom wassers in diverse uitvoeringen het meest in aanmerking, omdat deze wassers geschikt zijn voor relatief hoge gas- en vloeistofbelastingen. De effectiviteit van dit type wassers is geringer dan die van
tegenstroomwassers.
De toepassingsmogelijkheden voor de verschillende typen gaswassers volgen onder meer uit de voor- en nadelen, die in het onderstaande, per uitvoeringsvorm, kort zijn aangegeven.
5.9.1 Sproeitorens
Sproeitorens worden onder meer toegepast in verbrandingsprocessen. Voordelen van een sproeitoren zijn:
- de simpele uitvoering
- geen vervuiling en verstopping van de wassectie
- naast gasvormige verontreiniging wordt ook stof afgescheiden
- beschikbaarheid in veel materiaaluitvoeringen
De nadelen zijn daarentegen:
- de uitvoering met sproeikoppen met kleine openingen vereisen
een schone wasvloeistof
- verstoppingen in sproeiers kunnen een zeer groot
rendementsverlies tot gevolg hebben
- het absorptierendement is, vergeleken met andere systemen,
tamelijk laag
- het ruimtebeslag is groot 5.9.2 Schotelkolommen
Schotelkolommen worden toegepast als rookgasreiniging na verbrandingsinstallaties (SO2).
In het algemeen hebben schotelkolommen de volgende voordelen: - het absorptierendement is relatief hoog
- stofvormige verontreinigingen kunnen eveneens worden
afgescheiden
- grote L/G verhoudingen zijn mogelijk
- ze kunnen worden toegepast voor grote debieten
- fluctuaties in debiet en temperatuur kunnen goed worden
opgevangen Nadelen zijn echter dat:
- wasvloeistoffen bestaande uit slurries (kalksteen) verstoppingen kunnen veroorzaken
- schuimende vloeistoffen niet kunnen worden toegepast
5.9.3 Sproeitorenwasser
In sproeitorenwassers wordt het water in fijne vloeistofdruppels verdeeld, meestal door middel van sproeiers boven in de wasser, terwijl het gas van onderen, dus in tegenstroom, wordt aangevoerd. Uitvoering in mee- of kruisstroom is echter ook mogelijk, zie
afbeelding 7. Ongezuiverd gas Gezuiverd gas Wasvloeistof Gezuiverd gas Ongezuiverd gas Wasvloeistof
a. Meestroom b. Tegenstroom c. Kruistroom
Wasvloeistof
Ongezuiverd gas Gezuiverd
gas
Afbeelding 7. Schema van een sproeiwasser.
Sproeitorens worden ontworpen voor zeer verschillende capaciteiten, van circa 1000 tot circa 100.000 m3/uur gasdebiet. De drukval over deze installaties is gering en ligt in de orde van grootte van 500-800 Pa (50-80 mm waterkolom).
De wasvloeistof wordt bij sproeitorens gedispergeerd in de gasfase. Een belangrijke parameter voor de effectiviteit van de installatie is het stofoverdrachtsoppervlak.
Een grote vloeistof/gas verhouding en een zo klein mogelijke drup-pelgrootte verhogen dan ook het absorptierendement. Ook de hoogte van de sproeitoren beïnvloedt het rendement van de installatie, maar minder significant dan de eerstgenoemde parameters.
Het geringe effect van de vergroting van de wassectie wordt met name veroorzaakt door wandeffecten en door agglomeratie van de
vloeistofdruppels.
75 % Bij sproeitorens met een L/G verhouding van 8 à 10 liter wasvloeistof per m3 gas kan met behulp van een basische wasvloeistof een
rendement van meer dan 75% voor SO2-verwijdering worden behaald
bij een goede verdeling van de vloeistofdruppels. De diameter van de vloeistofdruppels moet dan liggen in de orde van grootte van
100 - 500 m.
Om een goede vloeistofverdeling en druppelgrootte te verkrijgen, zijn verschillende sproeieruitvoeringen mogelijk.
In sommige gevallen worden de vloeistofdruppels met behulp van lucht of gas pneumatisch verstoven.
Naar de vorm van het sproeigordijn dat daarbij wordt verkregen, wor-den onder meer de volgende sproeiers onderscheiwor-den.
- holle kegelsproeiers
- volkegel sproeiers
Op afbeelding 8 zijn de principes van deze verschillende sproeisystemen weergegeven.
Uitvoering Volkegelsproeiers Holle kegelsproeiers Vlakke straalsproeiers
O A B P Sproeivorm Bevochtigd oppervlak O A B P B A C P O D Jilly de K oster
Afbeelding 8. Verschillende sproeivormen.
Belangrijke criteria bij sproeieruitvoeringen zijn:
- de waterdruk, die bij niet-pneumatische sproeiers in
belangrijke mate het sproeibereik en de druppelgrootte bepaalt - de erosiegevoeligheid, die tot wijziging van het sproeipatroon
kan leiden
- gevoeligheid voor verstopping en aangroei, waardoor
5.9.4 Schotelkolomwasser