Cryocondensatie/Gekoelde condensatie

Toepasbaarheid

Cryogene condensors worden toegepast op:

  • procesgassen uit reactoren
  • gassen afkomstig van opslagtanks (vooral bij vulbewerkingen)
  • kleine gasstromen met hoge VOS-concentraties
  • farmaceutische industrie
  • chemische industrie
  • (gevaarlijk) afvalverwerkende industrie
  • chemicaliën overslag
componenten

Verwijderde componenten

Verwijderings- efficiëntie1, %

Restemissie,

mg/m03

Validatiekengetal

Aceton

-

< 150

3

Dichloormethaan

-

< 20

3

MEK

-

< 150

3

Methanol

-

< 150

3

Tolueen

-

< 100

3

VOS

> 99

< 150

3

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

randvoorwaarden

Debiet, m03/uur

Maximaal < 5.000; standaard circa < 250

Temperatuur, ºC

< 80

Druk

20 mbar – 6 bar

Drukval, mbar

Enkele tientallen

Vochtgehalte

Droge gasstroom; ijsvorming bij condensatie mag niet voorkomen, eventueel door middel van ontvochtiging

Ingaande concentratie, g/m03

Aceton

Tot 1.000

MEK

Idem

Methanol

Idem

Tolueen

Idem

VOS

Idem

Beschrijving

Cryocondensatie berust op condensatie vooral van vluchtige organische stoffen door sterke koeling. In wezen wordt de restemissie bepaald door de gekozen temperatuur: de restemissie neemt af bij dalende temperatuur. Door een nauwkeurige temperatuur regeling kunnen de componenten op het gewenste niveau worden afgevangen. De koeling kan plaatsvinden door koeling door vloeibare stikstof of door middel van een compressiekoelsysteem.

Principeschema

Cryocondensatie

Financiële aspecten

Investeringen, EUR/1.000 m03/uur

400.000 exclusief stikstofopslag en nageschakelde technieken

Operationele kosten

-

Personeel, dag per week

1

Hulp en reststoffen, kg/kW koelen

Stikstofverbruik 10 – 15

Energieverbruik, kWh/1.000 m03

Stikstofkoeling; verwaarloosbaar

Compressorkoelsysteem: 70

Kostenbepalende parameters

Debiet, koelcapaciteit, gewenste reinigingsgraad

Baten

Terugwinning product (beperkt aantal gevallen)

Uitgebreide beschrijving

Directe inbreng stikstof: De mogelijkheid bestaat om direct vloeibare stikstof in de gasstroom te brengen. De solventen zullen bevriezen in de lucht en solventsneeuw produceren. Deze wordt via filtratie afgescheiden. De oplosmiddelen worden teruggewonnen door het te laten ontdooien. Om de afscheiding van solventen te bevorderen moeten een aantal aandachtspunten opgevolgd worden: De condensor moet regelmatig worden ontdooid als ijsvorming optreedt. Dit kan door periodieke ontdooiing of door ontdooiing geregeld op de hoeveelheid ijs op de condensor. Het systeem kan volledig geautomatiseerd worden. De drukval moet gecontroleerd worden om lekkages te detecteren.

Varianten

Installatie: ontwerp en onderhoud

  • Een voldoende lange verblijftijd en turbulente stroming om alle gas volledig te kunnen afkoelen.
  • De condensortemperatuur moet laag genoeg zijn en er moet voldoende koelcapaciteit beschikbaar zijn.
  • De hoeveelheid lucht bij de organische fractie moet worden geminimaliseerd. Deze lucht zorgt voor een groter energieverbruik en voor een hoger gehalte aan solventen die niet kan worden afgescheiden (lager rendement). Om het volume lucht te beperken kan een adsorptie worden toegepast waarbij de meer geconcentreerde desorptiestroom wordt behandeld in de condensor. Dit zorgt voor een sterk verminderd koelvermogen en een verhoogde afscheidingsefficiëntie in de condensor.
  • De temperatuur van de condensor wordt best onder het vriespunt van het solvent gekozen, zodat de dampdruk van het solvent minimaal is.
  • Periodiek moeten de solventen dan van het condensoroppervlak worden verwijderd.
  • De effectiviteit kan worden verhoogd door het te behandelen afgas te comprimeren.

Nagenoeg iedere restemissie kan worden bereikt, mits de koeling sterk genoeg is. Praktisch wordt zelden lager gegaan dan -95 °C en varieert de temperatuur tussen de -50 en -80 °C. De uiteindelijke dimensionering berust op een zorgvuldige afweging tussen het rendement, de restemissie en de teruggewonnen hoeveelheid VOS enerzijds en de investerings- en bedrijfskosten, waaronder vooral de stikstof consumptie, anderzijds. De meeste systemen worden toegepast op relatief kleine afgasstromen (tot 50 m03/uur) en voor de verwerking van batchemissies, waarbij de apparatuur gedurende het belangrijkste deel van de bedrijfstijd stand-by staat. Volcontinue systemen groter dan 250 m03/uur zijn minder frequent, de grootst geleverde units hebben een omvang van ongeveer 500 m03/uur; voor toepassing groter dan 1.000 m03/uur zijn condensatietemperaturen tot -30 °C. De systemen worden meestal uitgelegd voor een rendement van minimaal 99 %. Zo nodig wordt een adsorptietechniek (actief kool, zeoliet) nageschakeld om de emissiedoelstelling te garanderen.

Monitoring

Voor- en nadelen milieu

Specifieke voordelen

  • Compacte technologie
  • Terugwinning organische solventen als de solventen zuiver af te scheiden zijn
  • Gewenste eindconcentratie kan gekozen worden door juiste keuze van condensortemperatuur
  • Hoge efficiëntie bij hoge VOS-concentraties.

Specifieke nadelen

  • Verbruik van vloeibare stikstof welke moet worden geproduceerd of aangekocht
  • Bij natte gasstromen moeten voorzieningen worden genomen om de ijsvorming in de condensor te minimaliseren door een voorafgaandelijk ontvochtiging

Hulpstoffen

  • Vloeibare stikstof. De consumptie van vloeibare stikstof kan worden onderverdeeld in stand-by consumptie (voor het op temperatuur houden van de installatie) en de consumptie als gevolg van het koelen van de (warme) ingaande gasstroom tot de gewenste temperatuur plus de energie die nodig is om de componenten te condenseren (is gelijk aan verdampingswarmte). Verbruik is circa 10 – 15 kg/kW koeling.
  • Perslucht. Een minimaal verbruik aan perslucht voor de pneumatische bediening van de installatie. Deze perslucht dient wel vochtvrij te zijn.
  • Energiegebruik, in het geval koeling plaatsvindt door een compressiekoelsysteem is het energiegebruik circa 70 kWh per 1.000 m03. Het energiegebruik is afhankelijk van het type koelsysteem en de verdampingstemperatuur.

Cross Media Effects

  • Restemissies worden overwegend bepaald door de gekozen temperatuur. Daarnaast komt inert stikstof vrij, dat in een beperkt aantal processen mogelijk inzetbaar is. Ten einde de ongewenste emissie van gecondenseerde druppels te minimaliseren is de toepassing van een demister onvermijdelijk.
  • Condensaat. Het condensaat kan worden hergebruikt, opgewerkt of dient als vloeibaar afval te worden verwijderd.

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
  6. Linde Gas Benelux, 2008