Katalytische naverbrander/Catalytic incinerator/Katalytische oxidatie catox/Thermocat

Toepasbaarheid

Katalytische oxidatie wordt veel toegepast voor het verwijderen van VOS bij:

  • Brandstof bulklaadstations
  • Synthetische organische chemische industrie
  • Rubber- en polymeerindustrie
  • Polytheen, polystyreen en polyester harsproductie
  • Papierindustrie

Bij katalytische oxidatie is het van belang dat emissies relatief constant zijn en er bij voorkeur geen of zo min mogelijk vervuilers van de katalysator in het gas aanwezig zijn.

componenten

Verwijderde componenten

Verwijderings- efficiëntie1, %

Restemissie,

mg/m03

Validatiekengetal

VOS

95 – 99

< 1 – 20

3

PM10

< 99

-

1

Geur

80 – 95

-

3

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

randvoorwaarden

Normaal

Recuperatief

Regeneratief

Debiet, m03/uur

1.200 – 90.000

90 – 90.000

1.200 – 90.000

Temperatuur, °C

300 – 500 voor katalysator

500 – 700 na katalysator

Druk

atmosferisch

Drukval, mbar

10 - 50

Ingaande concentratie:

Stof, mg/m03

< 3

VOS

< 25 % LEL-waarde (onderste explosiegrens) wegens explosiegevaar

Financiële aspecten

Normaal (katalytisch)

Recuperatief

Regeneratief

Investeringen,

EUR/1.000 m03/uur

10.000 – 80.000

10.000 – 50.000

25.000 – 89.000

Operationele kosten, EUR per jaar/1.000 m03/uur

2.500 – 20.000

-

3.500 – 12.000

Personeel, uur/week

Circa 3

-

2

Hulp en reststoffen, EUR/kg

Katalysator: 35 – 250 afhankelijk van het type

Energieverbruik, kWh/1000 m03/uur

1 – 2

Lager dan de (normaal) katalytische naverbrander

Kostenbepalende parameters

Debiet, temperatuur, katalysator, instrumentatie, type warmtewisselaar, locatie

Baten

Geen

Uitgebreide beschrijving

Varianten

  • Vast bed installatie
  • Gefluïdiseerd bed installatie. In een gefluïdiseerd bed wordt de lucht opwaarts door het katalysatorbed gestuurd. Door de hoge gassnelheden gaan de katalysatorkorrels in de reactor bewegen en gaat het bed zich als een vloeistof gedragen (een betere reactie door een vergroot contactoppervlak).
  • Katalytische recuperatieve naverbranding

Afgas

  • Het systeem is nagenoeg identiek aan de katalytische naverbrander, er is echter een warmtewisselaar aanwezig. Met behulp van de warmtewisselaar wordt de te reinigen lucht voorverwarmd met de verbrandingsgassen waardoor het thermisch rendement kan oplopen tot meer dan 75%.
  • Katalytische Regeneratieve naverbranding.

Verbrandingskamer

  • Dit systeem is een combinatie van een katalytische naverbrander en een regeneratieve thermische naverbrander. Het thermische rendement kan oplopen tot 98%. Een katalytische regeneratieve naverbrander gebruikt twee of meer keramische bedden waarmee de warmte van het gereinigde gas wordt opgeslagen en nadien wordt afgegeven aan het te reinigen gas. Bij het passeren van het eerste keramische bed zal het gas de verbrandingstemperatuur hebben benaderd. In de verbrandingsruimte wordt het gas verder verhit zodat thermische oxidatie optreedt. Het hete gas dat de verbrandingsruimte verlaat, verwarmt het tweede keramische bed. Het afgekoelde gas kan hierna worden afgevoerd. Als het tweede bed voldoende is verhit wordt de gasstroom omgekeerd, waardoor het tweede bed zorgt voor de opwarming van de te zuiveren gassen en het 1e voor de afkoeling van de gereinigde gassen. Bij het omschakelen kan een piekemissie optreden.

  • Oxicator. Deze techniek is gebaseerd op katalytische oxidatie van VOS waarbij de katalysator wordt verhit door middel van magnetrongolven. Door gebruik te maken van magnetrongolven gebruikt het systeem weinig extra energie. Typisch energieverbruik is circa 20 W/m3. Door de relatief hoge kosten van het speciaal ontwikkelde katalysator is deze technologie voornamelijk inzetbaar bij kleinere gasvolumes (< 1000 m03/uur), bijvoorbeeld bij emissies vanwege bodemreiniging. Voordelen van het systeem zijn de energie efficiëntie en een hoge reinigingsefficiency (> 99% en restemissies < 1 mg/m03). Het systeem kan met één of twee magnetrons worden ingericht, afhankelijk van de ingangsconcentratie. Bij voldoende hoge concentratie VOS houdt de oxidatiereactie zichzelf in stand en hoeft geen extra energie te worden toegevoegd.

Magnetrongolven

Installatie: ontwerp en onderhoud
Branders moeten regelmatig worden geïnspecteerd, en indiennodig worden gereinigd voor een goede werking. Als overmatige afzetting plaatsvindt, moeten er preventieve maatregelen worden getroffen door bijvoorbeeld het afgas gedeeltelijk te reinigen voor het de brander ingaat.

Monitoring
De katalysatortemperatuur, drukval over de katalysator, verbrandingstemperatuur en CO- en O2-gehalte van het effluentgas dienen te worden gecontroleerd om onder optimale verbrandingscondities te kunnen bedrijven. De reinigingsefficiency van het systeem kan worden bepaald door de restemissie te meten met vlamionisatiedetectoren. Een kwalitatieve meting kan worden verricht door het nemen van monsters en het analyseren met GC/MS.

Voor- en nadelen milieu

Specifieke voordelen

  • Compacter dan thermische naverbranders
  • Hoger rendement voor VOS-verwijdering dan thermische oxidatie; lagere temperatuur mogelijk (minder energieverbruik, minder isolatie vereist, lager brandrisico)
  • Lagere NOx-emissies (ongeveer 20 – 30% van thermische naverbranding)
  • Bevordert volledige verbranding
  • Hoge constante en betrouwbare prestaties mogelijk

Specifieke nadelen

  • Hogere investeringskosten dan bij thermische naverbranding
  • Systeem is gevoelig voor veranderingen in energie-inhoud van het brandergas
  • Risico van dioxinevorming bij aanwezigheid van gechloreerde verbindingen
  • Katalysatoren kunnen gevoelig zijn voor vervuilende stoffen

Hulpstoffen
Periodiek zal de katalysator moeten worden vervangen. De verwachte levensduur is tenminste 2 jaar.

Cross Media Effects
Emissies kunnen restanten van CO bevatten. Gezien de lagere werkingstemperatuur in vergelijking met thermische naverbranders is het gehalte aan thermische gevormde NOx bij katalytische naverbranders ook lager.

Als de katalysator niet kan worden geregenereerd, zal deze moeten worden afgevoerd als gevaarlijk afval.

Informatiebron

  1. Beschrijving van luchtemissiebeperkende technieken, L26 InfoMil/Tauw, maart 2000
  2. Gids luchtzuiveringstechnieken, VITO 2004/IMS/R/066
  3. IPPC BREF, Waste Water and Waste Gas Treatment, 2003
  4. US EPA, Air Polution Control Technology Factsheet Catalytic Incinerator, EPA-452/F-03-018
  5. Leveranciersinformatie: Vermeulen Product Engineering (Oxicator)