Adsorptie (algemeen)

Natuurlijk vervangingsmoment

Nee

Toepasbaarheid

Breed toepassingsgebied in de volgende sectoren:

  • ontvetting
  • verfspuiten
  • oplosmiddelen extractie
  • oppervlaktebehandeling metalen, plastics en papier
  • farmacie
  • gieterijen
  • chemie
  • afvalverbranding

Adsorptie is minder geschikt voor hoge concentraties VOS omdat de regeneratie dan te kostbaar wordt.

Componenten

Verwijderde componenten

Verwijderings efficiëntie1, %

Restemissie, mg/m03

Validatiekengetal

VOS

80 – 95

-

Zie specifieke adsorptietechnieken

Tolueen

90

-

Geur

80 – 95

-

Kwik

-

< 0,01 – 0.05

H2S

80 – 95

-

Dioxines

-

< 0,1 ng TEQ2/m03

1 Afhankelijk van de specifieke configuratie en bedrijfscondities. Waarden zijn in principe gebaseerd op halfuursgemiddelde waarden.

2 TEQ = toxiciteitsequivalent.

Randvoorwaarden


Debiet, m03/uur

  • 100 – 100.000

Temperatuur, ºC

  • Actief kool:15 – 80
  • Zeolieten < 250

Druk, bar

  • Actief kool: 0,1 – 2
  • Zeolieten: atmosferisch

Vochtgehalte, %

Actief kool: < 70, zo laag mogelijk

VOC

Maximaal 25% van LEL1 waarde

Dioxines, ng TEQ*/m03

10 -100

1 LEL = lower explosion limit of onderste explosiegrens

Beschrijving

Adsorptie is een heterogene reactie waarbij de verontreinigde componenten worden gebonden aan een vaste stof of vloeistof (adsorbent) dat een voorkeur heeft om een bepaalde stof te binden, en zo dus te verwijderen uit de afgasstroom. Adsorptie is een exothermisch proces. Als de adsorbent zich volledig heeft gevuld, kan het worden vernietigd of worden geregenereerd (desorptie). Tijdens de regeneratie komen de verwijderde stoffen in hogere concentratie weer vrij en kunnen zo worden teruggewonnen of worden vernietigd. Er zijn verschillende adsorbenten, waarvan actief kool de meest toegepaste is. De systemen zijn in verschillende uitvoering gebouwd, waarbij er een onderscheidt kan worden gemaakt in systemen waarbij continue regeneratie van het adsorbent is geïntegreerd en systemen waarbij de regeneratie gescheiden van het adsorptieproces plaatsvindt.

Het desorberen kan gebeuren via drukverlaging, temperatuurverhoging of een combinatie. Meestal gebeurt de desorptie met stoom, hete lucht of heet inert gas. De gassen die vrijkomen bij de desorptie moeten verder worden behandeld. In het geval van stoom of vacuümregeneratie kan met behulp van een condensor uit de desorptiegassen gemakkelijk het solvent worden teruggewonnen. Er is dan slechts een zeer kleine stroom niet condenseerbare componenten over die eventueel terug naar de adsorptiekring kan worden gestuurd. Belangrijk is dat de werkcapaciteit van het adsorbens in een regeneratieve installatie kleiner is dan van vers adsorbens. Dit komt doordat niet alle actieve plaatsen weer vrijkomen bij de desorptiecyclus.

Bij actieve kool is de werkcapaciteit ongeveer 50% van de capaciteit van verse actieve kool. Bij zeoliet is dit ongeveer 90% van vers zeoliet en bij polymeer varieert de werkcapaciteit tussen 50 en 90%. Hiermee moet rekening gehouden worden bij het ontwerp van de installatie.

Specifieke uitvoeringsvarianten worden in aparte factsheets nader toegelicht. In de figuur hieronder wordt een overzicht gegeven van de verschillende adsorbenten, systemen en regeneratieprocessen.

Overzichtsschema

Afbeelding adsorptie

Sodium = Natrium

Financiële aspecten

Zie de specifieke factsheets.

Uitgebreide beschrijving

Bepaling van de drukval is belangrijk om verstopping van het filter door stof, of door verpulvering van het granulaat, te kunnen bepalen. Over het bed moet de druk ongeveer constant zijn. Temperatuurmeting is noodzakelijk om brand te voorkomen. Door continue metingen uit te voeren kan worden bepaald wanneer een bed is verzadigd en regeneratie moet starten. Hierdoor worden de bedden en de desorptie optimaal toegepast wat leidt tot een hogere energie-efficiënte.

Varianten

De belangrijkste uitvoeringsvormen zijn:

  • Vast-bed-adsorptie. Vast-bed-adsorptie wordt veel toegepast, meestal in de vorm waarbij er meerdere bedden zijn zodat één bed kan worden geregenereerd terwijl de overgebleven bedden het afgas kunnen behandelen. De regeneratie is niet geïntegreerd en gebeurt door verhitting van het adsorbent, aanbrengen van een vacuüm of pressure-swing adsorptie.
  • Zwevend-bed-adsorptie. De afgasstroom (afgassnelheid tussen de 0,8 en 1,2 m/s) houdt het adsorbent zwevend. Het adsorbent moet bestand zijn tegen slijtage zodat het niet tot stof vergaat. De regeneratie gaat continu doordat het adsorbent wordt geregenereerd met een warmtewisselaar onder de adsorber. Het adsorbent wordt vervolgens pneumatisch weer in het systeem ingebracht.
  • Continu-bewegend-bed adsorptie. De adsorbent wordt continue boven in de adsorber ingebracht en passeert de afgasstroom dus in tegenstroom. Onderin de adsorber wordt het verzadigde adsorbent afgevoerd en geregenereerd in een bewegend - bed regenerator.
  • Pressure-swing adsorptie (PSA). PSA scheidt gassen of dampen uit een gasmengsel en regenereert het adsorbent continue. Het proces bestaat uit vier stappen. 1) druk wordt opgebouwd door het gas dat in de adsorber stroomt. 2) adsorptie van pure componenten vindt plaats bij hoge druk. 3) drukverlaging. 4) componenten komen weer vrij bij lage druk of vacuüm.

Regeneratie

  • Thermische regeneratie. Bij thermische regeneratie bestaat de installatie uit 2 of meer adsorbensbedden. Hierbij wordt één bed geregenereerd, het andere bed blijft actief voor adsorptie. Het eventuele derde bed wordt na de regeneratie gedroogd, gekoeld en staat in stand-by. De regeneratie wordt uitgevoerd door stoom, hete lucht, hete stikstof, ingebouwde verwarmingselementen en microgolven. Dit gebeurt bij temperaturen tussen 80 en 200 °C. Na het desorberen wordt er koellucht door het bed geblazen zodat het afkoelt en droogt. Dit wordt gedaan tot de gewenste temperatuur en vochtigheid van het bed is bereikt. Thermische regeneratie is het meest geschikt voor vluchtige VOS.
  • In een rotor concentrator is het adsorbens in een ronddraaiend wiel gebracht. De grootste oppervlakte van het wiel wordt gebruikt om de verontreinigingen te verwijderen uit de afgassen. Een klein gedeelte van de rotor wordt gebruikt om te desorberen. In een rotor-concentrator worden de afgassen 10 - 15 maal opgeconcentreerd waardoor de nageschakelde verbrandingsinstallatie een factor 10 kleiner kan zijn en slechts een fractie van de oorspronkelijke steunbrandstof verbruikt. Vooral bij grote afgasdebieten met lage solventconcentraties is een rotor concentrator aangewezen om de kosten voor afgasreiniging te drukken. Zeer belangrijk is dat de geconcentreerde gasstroom onder 25 % van de onderste explosiegrens (LEL) blijft vanuit veiligheidsoverwegingen.

Installatie: ontwerp en onderhoud

Zie specifieke factsheets.

Monitoring

Voor- en nadelen milieu

Specifieke voordelen

  • Hoge efficiëntie voor VOS-verwijdering en terugwinning
  • Simpele en robuuste technologie
  • Hoge verzadigingswaarde van het adsorbent
  • Eenvoudige installatie en onderhoud

Specifieke nadelen

  • Stofdeeltjes in de afgasstroom kunnen problemen veroorzaken
  • Mengsels kunnen een vroegtijdige doorbraak in het adsorptiebed veroorzaken
  • Niet geschikt voor vochtige afgasstromen
  • Brandgevaar

Hulpstoffen

Zie de specifieke factsheets voor actief kool en polymeren.

Cross Media Effects

Als er geen regeneratie plaatsvindt, moet het adsorbent worden afgevoerd als afval waarna het kan worden verbrand (behalve als er kwik in zit). Bij regeneratie met stoom ontstaat er afvalwater met relatief hoge concentraties van afvalstoffen.

Informatiebron

  1. Beschrijving van luchtemissiebeperkende technieken, L26 InfoMil/Tauw, maart 2000
  2. Gids luchtzuiveringstechnieken, VITO 2004/IMS/R/066
  3. IPPC Reference document on Best Available Techniques in Common Waste Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector, February 2003
  4. Dutch Association of Cost Engineers, editie 25, November 2006
  5. US EPA CACT Air Pollution Control Technology Factsheet