Adsorptie actief kool/Actief kool filtratie/Koolfilter

Natuurlijk vervangingsmoment

Nee

Toepasbaarheid

Actief kool heeft een heel breed toepassingsgebied in onder andere de volgende sectoren:

• gieterijen
• drukkerijen (VOS)
• afvalverbrandingsovens (dioxines, zware metalen zoals kwik en andere restemissies)
• staalindustrie, cementindustrie, kolencentrales
• stortplaatsen en solvent recuperatie (onder andere synthesegassen, waterstof, aardgas, koolstofdioxide)
• voedings- en genotsmiddelenindustrie
• farmacie
• (petro)chemie
• afvalverbranding

¹ Afhankelijk van de specifieke configuratie, bedrijfscondities and reagens. Waarden zijn in principe gebaseerd op halfuursgemiddelde waarden.
² TEQ = toxiciteitsequivalent.
³ Met een vast-bed-filter zijn verwijderingsrendementen tot 99,5% mogelijk. In rookgasreiniging wordt meestal gebruik gemaakt van poederkool en zijn rendementen tot 98% mogelijk.

De werkingsgraad is afhankelijk van het type verontreiniging, het type actieve kool dat wordt gebruikt en de temperatuur en vochtigheid van de afgassen. Bij een goed werkende installatie kan een rendement van 95 – 99 % worden verwacht bij ingangsconcentraties van 500 – 2.000 ppm.

Typisch kunnen bij goede werking concentraties van 400 – 2.000 ppm tot onder 50 ppm worden gebracht.

Beschrijving

Actief kool is een microporeuze inerte koolstofmatrix, met een zeer groot intern oppervlak (700 tot 1.500 m²/g) dat zich ideaal leent voor adsorptie. De gasstroom wordt door het actief kool geleid, waar de te verwijderen componenten worden gebonden totdat het actief kool verzadigd is. Na het bereiken van de verzadigingsgraad van het actief kool wordt deze vervangen of geregenereerd. Bij vervanging wordt de beladen actief kool meestal teruggenomen door de leverancier die het als (chemisch) afval afvoert of regenereert. Wanneer het bedrijf de actieve kool zelf regenereert speken we van regeneratieve adsorptie. Uitgebreide informatie over adsorptie is te vinden in de factsheet ‘Adsorptie algemeen’.

Principeschema

Financiële aspecten

Investeringen, EUR/1.000 m03/uur
 
10.000 – 50.000

Operationele kosten

Laag, behalve aanschaf actieve kool

Personeel

Enkele dagen per jaar, maar afhankelijk van de exacte uitvoeringsvorm

Hulp en reststoffen, EUR/ton

800 tot 1.700 niet-geïmpregneerde actieve kool incl. inzameling verzadigde kool.

2.250 – 3.300 niet-geïmpregneerde actieve kool incl. inzameling + verwerking kool

4.000 – 6.000 geïmpregneerde actieve kool incl. inzameling verzadigde kool

Energieverbruik, kWh/1.000 m03/uur

Laag

Elektriciteitskosten, EUR/1.000 m03/uur

Geen

Kostenbepalende parameters

Concentratie en debiet afgasstroom, standtijd van het filter (aanschaf actieve kool)

Baten

Als stof wordt teruggewonnen via regeneratie.

Uitgebreide beschrijving

Er zijn verschillende uitvoeringsvormen van het actief kool bed. In de praktijk wordt de adsorptie meestal in een bed van actieve kool gerealiseerd. In het bed vormt zich dan een adsorptiezone welke zich van de luchtingang naar de uitgang beweegt naarmate het bed meer verzadigd wordt. De lucht gaat de verzadigingszone in aan 100 % de ingangsconcentratie en verlaat de zone aan de laagst mogelijke dampdruk in evenwicht met de actieve kool. Dit is weergegeven in onderstaande figuur.

Varianten

• Gevulde patronen
• Los gestorte kool in een gepakt bed
• Injectie van poedervormige kool gecombineerd met een doekfilter
• Voorgepakte filtercassettes welke periodiek worden vervangen in de filterinstallatie (laag belaste systemen)
• Geïmpregneerde actieve kool. Voor specifieke toepassingen en om de verwijderingefficiëntie te verhogen wordt het actief kool chemisch behandeld of geïmpregneerd. Geïmpregneerde actief kool adsorbeert en houdt de specifieke componenten lang genoeg vast zodat de chemische stof kan reageren met de verontreiniging (chemisorptie). Geïmpregneerde actief kool is speciaal ontworpen om chemische componenten die moeilijk adsorberen op standaard actief kool af te vangen. Mogelijke toepassingen zijn:
  • Met oxydatoren bijvoorbeeld KMnO₄ geïmpregneerde actieve kool voor geurverwijdering
  • Met zwavelverbindingen geïmpregneerde actief kool voor een betere verwijdering van zware metalen zoals Hg (kwik) door de vorming van sulfides
  • Impregnatie met kaliumjodide om de opnamecapaciteit voor H₂S te verhogen waarbij H₂S wordt geoxideerd tot SO₂ wat door spoeling van het actief kool kan worden verwijderd.
  • Impregneren met een zuur zoals zwavelzuur en fosforzuur om basische componenten zoals NH₃ af te vangen
  • Impregneren met base (bv. NaOH) om zure componenten als H₂S af te vangen.
• Sorbaliet (actieve kool + kalk): dit mengsel wordt gebruikt voor het reiniging van de afgassen van verbrandingsovens. Met één product kan dan zowel de SO_x als dioxineproblematiek worden aangepakt.
• Actief kool wordt ook als extra nageschakelde techniek gebruikt om emissies van dioxines en furanen te voorkomen. Dit vindt bijvoorbeeld plaats in de afvalverbranding, waar gesproken wordt over een politiefilter.

Installatie: ontwerp en onderhoud

Alle adsorptieprocessen zijn exotherm zodat bij adsorptie warmte wordt vrijgegeven aan het bed. Daarnaast kunnen de actieve kool of de metalen op of in de actieve kool zorgen voor een katalytische oxidatie van de VOS in het bed. Dit kan sterke plaatselijke verhitting en zelfs zelfontbranding van het bed veroorzaken die het bed of een gedeelte ervan vernietigt. Zelfontbranding kan worden tegengegaan door de lucht te bevochtigen en te voorkomen dat de ingangsconcentratie > 50 mg/m₀³. Hierbij moet worden gelet op de efficiëntie van de actieve kool. Deze mag niet te sterk verminderen.

Over het algemeen wordt de verzadigingsgraad uitgedrukt in gram geabsorbeerde stoffen per kg actief kool. Er is een direct verband tussen de concentratie verontreinigde stoffen en de capaciteit van het actief kool. Als richtwaarde kan een adsorptiecapaciteit van 20 - 25 g solvent (uitgedrukt als koolstof) per 100 g actieve kool worden geadsorbeerd bij een goede werking van de adsorptie. Als de component slecht adsorbeert, de temperatuur hoger wordt en de vochtigheid van lucht hoog wordt, zal de capaciteit minder zijn. Deze richtwaarde is niet van toepassing bij geïmpregneerde actieve kool waar het proces door chemisorptie verloopt (zie varianten).

De standtijd van een filter kan bij benadering worden berekend door sommige leveranciers.

Monitoring
De efficiëntie kan worden bepaald door de VOS concentraties voor en na het filter te meten (vlamionisatie detector). Geuremissies kunnen worden bepaald door olfactometrie.

Bepaling van de drukval is belangrijk om verstopping van het filter door stof te kunnen bepalen. Over het bed moet de druk ongeveer constant zijn. Temperatuurmeting is noodzakelijk om brand te voorkomen.

Voor- en nadelen milieu

De verbruikte actieve kool moet worden geregenereerd of vernietigd (verbrand). In de meeste gevallen kan het verbruikte actieve kool terug genomen worden door de leverancier. Dit is in de meeste gevallen ook de meest economische oplossing. Als regeneratie ter plaatse wordt toegepast, is de standtijd van de actieve kool langer en genereert men minder afval.

Specifieke voordelen

• Simpele en robuuste technologie
• Hoge verzadigingsgraad van het adsorbent
• Geschikt voor discontinue processen
• Gemakkelijk onderhoud
• Gemakkelijke plaatsing

Specifieke nadelen

• Stof kan voor verstoppingen zorgen
• Ongeschikt voor te hoge VOS concentraties < 50 mg/m₀³
• Mengsels van componenten kunnen voor een snelle doorslag zorgen
• Niet geschikt voor natte afgassen (minder kritisch bij geïmpregneerde actieve kool)
• Risico van zelfontbranding van het bed (ketonen, terpentijnen, …)
• Risico op polymerisatie van onverzadigde VOS op de actieve kool (exotherm en veroorzaakt verstoppingen)

Hulpstoffen

Actieve kool moet bij verzadiging worden geregenereerd of vervangen. Het verbruik aan actieve kool is afhankelijk van:

• Debiet
• Concentratiecomponent: bij hogere concentraties heeft men een hoger verbruik. De specifieke belading wordt groter, dus men heeft minder actieve kool nodig om een bepaalde hoeveelheid af te vangen.
• Type component
• Temperatuur gassen: hogere temperatuur geeft hoger verbruik
• Vochtgehalte gassen: hoger vochtgehalte geeft hoger verbruik
• Hogere druk geeft een lager verbruik, omdat bij een hogere druk het volume afneemt