Trenngradverläufe
4 Het Doekenfilter
4.10 Opmerkingen ten aanzien van actief kool
Bij de verbranding van afval ontstaan een groot aantal giftige stoffen. Een gedeelte van deze stoffen worden niet volledig door de wassers afgescheiden. Met name de dioxinen en furanen (PCDD/F) passeren de wasser. Tevens kan er een klein gedeelte SOx en zware metalen in de rookgassen blijven zitten na de wasser. Deze worden dan met behulp van actief kool afgescheiden. De werking van dit systeem berust op adsorptie.
4.11 Adsorptie
Onder adsorptie verstaat men de aanhechting van vreemde atomen (stoffen) uit gassen of vloeistoffen aan het fasegrensvlak van een andere stof (vaste stof), in ons geval is deze andere stof het actief kool. De aanhechting gebeurt aan actieve centra, hierbij onderscheidt men twee soorten van aanhechting:
- physisorptie
- chemiesorptie
4.11.1 Physisorptie
Bij de physisorptie is de wisselwerking op het grensvlak vloeistof / vaste stof op de Van der Waalskrachten gebaseerd. Deze hebben slechts een geringe reikwijdte en hebben een losse binding.
Afbeelding 9. Physisorptie.
4.11.2 Chemiesorptie
De chemiesorptie volgt altijd na de physisorptie. Het vreemde atoom gaat nu een chemische binding met het actief kool aan.
Afbeelding 10. Chemiesorptie. Actief Kool Stromingsrichting Zware Metalen HCl HF Actief Kool Stromingsrichting Kwik
Exotherm Aangezien bij beide procedures de beweegbaarheid van de geadsorbeerde moleculen wordt gereduceerd, immers de snelheid neemt af, komt hierbij een bepaalde hoeveelheid warmte vrij. We noemen dit een exotherm proces. Bij de physisorptie is de vrijgekomen warmte vrijwel gelijk aan de condensatiewarmte, terwijl bij de
chemiesorptie de vrijgekomen warmte de reactiewarmte bedraagt. De door de adsorptie vrijgekomen warmte moet door het rookgas worden afgevoerd, om hotspots te vermijden.
Hotspots:
CO Hotspots zijn herkenbaar aan het toenemende CO-gehalte in de
rookgassen na een doekenfilter of actief kool filter. Bij vrijwel alle installaties is hiervoor een zogenaamde inertiseerinstallatie aanwezig. Een inertiseerinstallatie is in wezen niets anders dan een toevoeging van stikstof of CO2. De stikstof of de CO2 verdringt het zuurstof in het actief kool filter of doekenfilter en “blust” daarmee de aanwezige hotspots.
Afscheiding van organische stoffen:
PCDD/F Koolwaterstoffen met hoog moleculaire stoffen zoals bijvoorbeeld dioxinen en furanen worden vrijwel geheel uit het rookgas verwijderd met behulp van actief kool. In het mechanisme van deze adsorptie zijn reacties onder katalytische invloed van actief kool mogelijk.
Verwijdering van zware metalen:
Zware metalen Afscheiding van zware metalen gebeurt hoofdzakelijk door
physisorptie. Indien echter het actief kool met zwavelzuur of zwavel is voorbeladen, veranderd dit mechanisme.
De verwijdering van kwik gebeurt niet meer door physisorptie maar door chemiesorptie, waardoor de verwijdering van kwik wordt
verhoogd. Onder de katalytische invloed van actief kool reageert kwik met geadsorbeerd zwavel tot kwiksulfide (HgS).
Verwijdering van HCL en HF:
HCl en HF De afscheiding van waterstofchloride en waterstoffluoride gebeurt uitsluitend door middel van physisorptie, zonder een verdere
chemische omzetting. De aanwezigheid van waterdamp verhoogt deze afscheiding aanzienlijk.
Verwijdering van SO2:
SO2 Het zwaveldioxide dat in de rookgassen aanwezig is wordt door het
actief kool geadsorbeerd en met behulp van geadsorbeerd zuurstof (O2) tot zwaveltrioxide (SO3) geoxideerd. Het in het rookgas aanwezige waterdamp reageert met het SO3 tot zwavelzuur (H2SO4). Men noemt deze reactie adsorptiekatalyse en is van grote betekenis, omdat deze de oppervlaktebelading van het actief kool aanzienlijk reduceert.
TEQ Beladen actief kool wordt in verband met de veiligheid voor de mens
met zendvaten met behulp van perslucht naar daarvoor bestemde opslagplaatsen getransporteerd.
Beladen actief kool kan TEQ waarden van 160.000 ng/kg droge stof bevatten. Men moet hier met grote voorzichtigheid mee omgaan.
5 Rookgaswassing
5.1 Algemeen
Gasfase De zure componenten in de rookgassen worden over het algemeen gevormd tijdens reacties in de gasfase, waarbij chloorhoudend, zwavel(-verbinding)houdend en fluorhoudend afval als basis dient. Zo is tussen HCl en Cl2 in de rookgassen een evenwichtsreactie van toepassing, het Deacon evenwicht.
Zure gassen zijn met name de volgende gassen: - Chloorwaterstofgas (HCl):
Tijdens het verbrandingsproces gevormd uit het in het afval aanwezige chloor, vooral uit bepaalde kunststoffen (PVC) en uit organisch materiaal (onder andere keukenafval met
keukenzout). Bij verbranding van huishoudelijk afval bedraagt de concentratie aan HCl in de rookgassen meestal 500-1000 mg/Nm3.
- Fluorwaterstofgas (HF):
Vrijkomend bij de aanwezigheid van bijvoorbeeld teflon of spuitbussen in het afval. Concentratie in de rookgassen bij huisvuil normaliter 5-20 mg/Nm3.
- Zwaveldioxide (SO2):
Uit bijvoorbeeld rubberafval. Concentratie in de rookgassen bij huisvuilverbranding normaliter 100-300 mg/Nm3.
- Stikstofoxiden (NOx):
Gevormd uit stikstofverbindingen in het afval, dan wel uit de verbrandingslucht.
Volgens de emissie-eis mogen de emissies van zware metalen de volgende waarden niet overschrijden:
Sb+Pb+Cr+Cu+Mn+V+Sn+Co+As+Ni+Se+Te 1,0 mg/Nm3
Cd 0,05 mg/Nm3
Hg 0,05 mg/Nm3
Zware metalen De zware metalen uit de rookgassen zijn alle afkomstig uit het afval. Er valt een duidelijke tweedeling te maken in zware metalen die tijdens het verbrandingsproces naar de gasvorm overgaan en metalen die hooguit smelten dan wel in vaste toestand blijven. De eerste groep zal geheel dan wel gedeeltelijk in de rookgassen terechtkomen, terwijl de tweede groep in de slakken en het schroot terechtkomt, zie tabel 1. Een deel van de zware metalen zal in het afkoelingstraject van de rookgassen op de vliegas condenseren.
Het grootste gedeelte zal dan ook worden afgevangen in een E-Filter of doekenfilter.
Element Procentuele verdeling
Chemische benaming Slakken % Ruwgas %
Hg Cd Cl -As F -S Pb Zn Cu Ni Cr 5 10 15 25 62 50 67 73 93 93 94 95 90 85 75 38 50 33 27 7 7 6
Tabel 1 Voorbeeld van verdeling van metalen over slakken en
rookgassen.
In Nederlandse AVI’s wordt als reinigingsprincipe voor zure componenten en zware metalen (eventueel met aanvullend een adsorptietechniek) met name gaswassing toegepast, we kennen echter ook het droog en het halfdroog rookgasreinigingsysteem.
Quench Het uitwassen van de zure componenten uit de rookgassen geschiedt in een wassing bestaande uit meerdere trappen. Altijd vindt in een eerste trap een snelle koeling van de rookgassen plaats (quenching met water), gevolgd door een zure en een alkalische wastrap. 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. Er is dan dus sprake van een overgang 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.
De quench en de zure trap zijn meestal gecombineerd.
Kwik Ook vluchtige zware metalen, met name kwik, worden afgescheiden, vooral in de zure trap, door vorming van chloridenzouten zoals HgCl2 . Over het algemeen zal door louter een stofafvanger toe te passen niet kunnen worden voldaan aan de emissie-eisen. De overige zware metalen kunnen worden verwijderd door deze te laten hechten aan te doseren additieven (actieve kool) of ze te dispergeren in af te vangen waterdruppels (wassers). In dit geval kan het noodzakelijk zijn om de rookgassen te onderkoelen.
Enkele metalen, hoofdzakelijk Hg, Cd, As en Se zijn, als ze de ketel verlaten, gedeeltelijk of geheel gasvormig.
Temperatuur De verwijdering kan dan alleen plaatsvinden door verlagen van de temperatuur.
Een probleem vormt echter het kwik (Hg). Kwik komt voornamelijk uit de ketel als gasvormig HgCl2. Dit is een zeer stabiele verbinding. Als deze verbinding in een zuur milieu wordt afgekoeld, om de HgCl2 te laten condenseren, is de verbinding goed uit de rookgassen te scheiden.
Voor de bij hogere temperaturen gecondenseerde metalen, kan men dezelfde werking verwachten van een (hoge energie) natte wasser dan van een droge reiniging met een reactieve laag op het filterdoek. De lagere temperatuur bij de natte c.q. gecombineerde methoden levert een beter rendement op dan het adsorptie effect op het filterdoek bij droge methoden.
Het voordeel van de natte gaswassing is, behalve het hoge reinigende effect, de ongevoeligheid voor snelle veranderingen in de rookgassen, de regelmatig rondgepompte overmaat aan wasvloeistof. Door het rondpompen van een overmaat aan water is het natte systeem zeer geschikt om piekbelastingen en variaties in de belasting op te vangen. Vliegas De rookgassen moeten voor het wassen zoveel mogelijk van vliegas
gereinigd worden; Dit voorkomt vervuiling, slijtage en verstopping van de wasser. Op afbeelding 1 is een schematische weergave van een natte wastrap te zien.
Demister
Demister
Gereinigd Rookgas
Ongereinigd Rookgas Afvoer Waswater Afvoer Waswater Toevoer waswater met chemicaliën Toevoer waswater met chemicaliën Sproeiers Sproeiers Basische wastrap
Quench en Zure wastrap
Jilly de K oster