In gängigen chemischen Wäscheranlagen wird das geruchstragende oder verunreinigungskontaminierte Gas dem Wäscher zugeführt oder abgesaugt, oft durch einen Ventilator. Das kontaminierte Gas wird zur Behandlung durch ein oder mehrere horizontal oder vertikal ausgeführte chemische Wäscher Sektionen geleitet. Das Gas wird durch Füllkörper oder ein offenes Sprühsystem geführt, wo es in sehr intensiven Kontakt mit der Waschflüssigkeit gebracht wird, die chemischen Reagenzien enthält. Wie bei anderen Absorptionsverfahren werden die geruchstragenden oder anderen chemischen Bestandteile zunächst im Waschmittel gelöst und reagieren dann mit den chemischen Zusätzen.
Das gereinigte Gas wird dann durch einen Kamin hinter dem Wäscher abgeleitet. Die Gasbehandlung kann in mehreren Phasen oder Waschstufen durchgeführt werden, weshalb die Abscheideeffizienz in einem chemischen Wäscher mehr als 95% betragen kann.
Wäscher werden seit vielen Jahren erfolgreich als Emissionskontrollsysteme eingesetzt, die es ermöglichen, Schadstoffe aus Gasströmen zu entfernen, wobei die Schadstoffpartikel als Gase, Flüssigkeitströpfchen oder feste (Staub-)Partikel auftreten. Wenn mehrere Formen von Schadstoffen in einem Gasstrom vorhanden sind, wird ein Wäscher normalerweise aufgrund seiner Fähigkeit ausgewählt, gasförmige Verunreinigungen gleichzeitig durch Gas-Flüssig-Integrationsprozesse zu entfernen und Flüssigkeitströpfchen und feste Partikel zu eliminieren, die einerseits auf der Integration der Schadstoffe in die Waschflüssigkeit beruhen und sie dann auf der Grundlage der Massenträgheit trennen.
Massenaustausch
Der Stoffaustausch verschiedener Phasen oder die Flüssiggasintegration in einem Wäscher ist der wichtigste Parameter für die Effizienz des Wäschers. Ohne Kontakt zwischen Waschflüssigkeit und dem zugeführten Gas mit den Verunreinigungen kann keine weitere Abscheidung der Partikel im Gas entstehen. Generell lässt sich sagen, dass je größer die Kontaktfläche ist, desto besser kann die (Wasch-) Flüssiggasintegration realisiert werden. Natürlich spielt der Verweilzeitfaktor eine weitere große Rolle. Natürlich kann die Integration nicht richtig stattfinden, wenn die Verweilzeit des Gases in der Integrationsphase zu kurz ist.
Wäscher unterscheiden sich daher stark in ihrer Kapazität für Stoffaustausch und Fraktionstrennung. Die Konfiguration und Konstruktion von Wäschern muss sehr sorgfältig durchgeführt werden, wobei die wichtigsten bestimmenden Faktoren zu berücksichtigen sind: erforderlicher und verfügbarer Stoffaustausch basierend auf der Kontaktfläche, dem Druckverlust, der erforderlichen Entfernungseffizienz und nicht zuletzt der Zuverlässigkeit der Installation.
Die Absorptionseffizienz ist eine Funktion der verfügbaren Kontaktfläche für den Austausch der Phasen, und normalerweise können sowohl ein Open-Spray-Systemwäscher als auch ein Packbettwäscher entworfen werden, um jede gewünschte Entfernungseffizienz zu gewährleisten.
Ein Wäscher mit geschütterten Füllkörper (z.B. Pall-Ringe, Raschig-Ringe) oder einer strukturierten Füllpaket mit großer Austauschfläche bietet im Allgemeinen eine hervorragende Integration von Verunreinigungen mit dem Waschmittel. Der Nachteil von Packungen mit großer Auflagefläche ist in der Regel ein wesentlich höherer Druckverlust, da ein großer Teil des sogenannten freien Volumens in einer Packung nicht für den Gasstrom zur Verfügung steht und tatsächlich unbrauchbares Volumen aufnimmt und somit große Richtungsänderungen des Gasstroms verursacht, mit dem der Druckabfallzunimmt. Es gibt Anwendungen, bei denen dies akzeptabel ist, wie z.B. Laboraufbauten oder kleine Anlagen, die nicht kontinuierlich arbeiten, so dass die Energiekosten keine entscheidende Rolle spielen.
Wäscher für große Strömungen oder verunreinigte Gase, die viel Staub (Partikel) oder eventuell sogar klebrige Bauteile enthalten, sind grundsätzlich nicht für Packungen mit einer großen Kontaktfläche und damit einem geringen freien Volumen geeignet. Neben einem relativ großen Druckverlust haben diese Packungen vor allem Probleme mit Verschmutzungen, die sogar zu Verstopfungen führen können. Die Lösung für dieses Problem kann gefunden werden, indem die Wäscher mit einem offenen Sprühsystem ausgestattet werden. Ein offenes Sprühsystem hat keine Packung oder Füllkörper und im Gegenteil viele Düsen, die so viele Tröpfchen erzeugen, dass die Oberfläche aller Tropfen zusammen die Kontaktfläche eines verpackten Wäschers ersetzen kann. Darüber hinaus sorgt das Energiepotential der Tröpfchen aufgrund ihrer Geschwindigkeit relativ zur Gasgeschwindigkeit für einen enormen Integrationsprozess von Flüssigkeitströpfchen mit den Verunreinigungen im Gas. Der Druckverlust eines offenen Sprühsystems ist im Vergleich zu einem verpackten Wäscher viel geringer, bleibt unverändert niedrig und hat keine Probleme mit Verunreinigungen, geschweige denn Verstopfungen.
Verteilung von Waschflüssigkeit
Die Staubverteilung kann aus einem System mit offenen, perforierten Verteilerkanälen bestehen, die nur in Verbindung mit einem sogenannten Kontaktkörper (Packungen) verwendet werden. Das Waschmittel wird über die gesamte Oberfläche verteilt und sorgt so für eine gute Verteilung der Flüssigkeit, so dass das Verpackungsmaterial gut bewässert wird. Die Flüssigkeit kann auch über ein Rohrsystem mit darauf montierten Düsen über die Packung verteilt werden, die tatsächlich die gleiche Funktion wie die offenen Verteilerkanäle haben.
Wäscher mit offenem Sprühsystem (d.h. ohne Kontaktkörper) müssen die fehlende Reaktionsfläche durch eine große Sprühfläche ausgleichen. Die spezifischen Düsen, die zu diesem Zweck verwendet werden, erzeugen ein Sprühbild mit sehr kleinen Tröpfchen, wodurch eine beeindruckend große Kontaktfläche entsteht.
Chemische Dosierung und Wasseraufbereitung
Die Wellenflüssigkeit wird mittels einer Kreiselpumpe umgewälzt, die saugseitig mit dem Flüssigkeitspuffer verbunden ist, in dem das Waschmittel gelagert wird. In bestimmten Bereichen, in denen nur (relativ) hartes Wasser zur Verfügung steht, kann ein Wasserenthärter für das Nachfüllwasser verwendet werden. Die Wasserhärte hat einen großen Einfluss auf die Effizienz des Reinigungsprozesses des Wäschers. Das Waschmittel wird umgewälzt und regelmäßig auf der Grundlage bestimmter Parameter gesprüht. Der Flüssigkeitsstand wird dann mit frischem Ergänzungswasser wieder auf den gleichen Stand gebracht. Wenn dieses Ergänzungswasser (viel) Magnesium und Kalzium enthält, führt dies zu hohen Konzentrationen von Salzen, die die Härte erhöhen, da die Salze mit der Entladung weitgehend im Flüssigkeitspuffer verbleiben. Dies kann durch den Einsatz eines Wasserentnahmesystems vermieden werden. Die Alternative kann sein, viel abzuleiten, was dann dazu führt, dass der Wasserverbrauch zu hoch wird.
Dosiersysteme einschließlich Lagertanks mit einstellbaren Dosierpumpen für verschiedene Chemikalien sind ebenfalls ein unverzichtbarer Bestandteil der Wäscheranlage. Die Entfernung von löslichen Verunreinigungen aus dem Gas kann durch den Einsatz von viel Waschwasser erfolgen, wenn es nach einem sogenannten Pumpsystem aufgetragen wird. Das bedeutet, dass das Waschwasser kontinuierlich abgeführt und geteert und nicht herumgepumpt wird. Die Verunreinigungen werden in das Wasser aufgenommen und dann durch den Abfluss abgeleitet. Der damit verbundene Wasserverbrauch ist einerseits unter den aktuellen (Umwelt-)Bedingungen ungerechtfertigt und andererseits unerschwinglich.
Ein weiterer Grund für die Anwendung von Chemikalien im Waschwasser kann sein, dass Verunreinigungen mit dem Gas transportiert werden, die in Wasser unlöslich sind, nicht abbaubar sind oder aufgrund ihrer Eigenschaften nicht versprüht und entsorgt werden sollten. In diesen Fällen ist es notwendig, dem Waschwasser sogenannte Additive zuzusetzen, die mit den Verunreinigungen des zugeführten Gases reagieren. Die Wahl der Chemikalien wird durch die Art der Verunreinigungen bestimmt, kann aber auch auf der Grundlage der Fähigkeiten des Kunden bestimmt werden. Es ist nicht immer erlaubt, Chemikalien einfach zu liefern, zu verwenden und dann die Restprodukte zu entsorgen. In diesen Situationen müssen alternative Mittel oder eine modifizierte Konfiguration des Wäschers eine Lösung bieten.
Die Chemikalien werden in der Regel direkt in das Waschwasser dosiert. Infolgedessen sprechen wir nicht mehr über Waschwasser, sondern über Waschmittel. Das umgewälzte Waschmittel wird mit den Verunreinigungen im Gas in Kontakt gebracht, wo sie aufgefangen werden und dann gemeinsam in den Flüssigkeitsbehälter gelangen. Der Gehalt des Flüssigkeitsbehälters wird durch die Reaktionsgeschwindigkeit oder Halbwertszeit der Verunreinigungen im Waschmittel bestimmt. Generell lässt sich sagen, dass für eine langsame Reaktion einen großen Systeminhalt erforderlich ist. Es ist von größter Wichtigkeit, dass die Reaktion so weit wie möglich zu einem stabilen Restprodukt durchgeführt wird, bevor das Waschmittel über die Umwälzung durch die Pumpen wieder mit dem Gas in Kontakt gebracht wird. Wird die Reaktion nicht vollständig durchgeführt oder ist sie nicht ausreichend verlaufen, besteht die reale Gefahr, dass Verunreinigungen wieder in das Gas freigesetzt werden können.
Darüber hinaus können im Falle einer Reaktion, die nicht vollständig umgesetzt wurde, zusätzliche Probleme bei unterschiedlichen Konzentrationen der Verunreinigungen im Gas auftreten. Die in der Waschflüssigkeit vorhandenen Schadstoffe möchten im Gleichgewicht mit der Konzentration der Schadstoffe im mitgeführten Gasstrom stehen. Dieses Phänomen wird im Henrys Law im Hinblick auf die Phänomene der Gleichgewichtssituation von (Gas-)Konzentrationen beschrieben.
Dosierchemikalien müssen schließlich zu einem Abbau schädlicher Verunreinigungen oder zu einer Umwandlung in harmlose Bestandteile führen, die leicht entsorgt und verarbeitet werden können. Zweitens verhindert eine genaue Dosierung mit den richtigen Chemikalien einen extremen Wasserverbrauch.
Indirekte Emissionskontrolle durch Waschmittelüberwachung
Die Regulierung des Gases kann auf verschiedene Arten erfolgen. Das gebräuchlichste Prinzip basiert auf der Überwachung der Qualität der Waschflüssigkeit. Dies ist eine gute Methode, da die Qualität der Waschflüssigkeit direkt proportional zur Qualität des emittierten Gases ist. Bevor die Korrelation zwischen dem Grenzwert des Gases in Bezug auf die Waschflüssigkeit bestimmt wird, ist es oft notwendig, während der Einstellzeit mit den Einstellungen der Waschflüssigkeit zu experimentieren. Nachdem die Grenzwerte mit den Emissionsmessungen oder der Probenahme des Gases festgelegt wurden, kann der Wäscher dauerhaft in Betrieb genommen werden.
Einerseits die Verunreinigungen im dem zugeführten Gas und anderseits die Chemikalien, die verwendet werden, damit der Wäscher richtig funktioniert, bestimmen die Wahl der Instrumente (Sensoren für die Waschflüssigkeit), die verwendet werden sollten. Der Säuregehalt des Waschmittels wird mittels einer pH-Messung bestimmt, zusätzlich wird eine Leitfähigkeitsmessung zur Qualität verwendet, die den Austrag bestimmt. Darüber hinaus wird häufig eine freie Chlormessung zur Bestimmung des Reaktionspuffers eingesetzt, sei es in Kombination mit einer ORP-Messung für die Reaktionsgeschwindigkeit oder nicht.
Abgasreinigung mit einem Analyser
Eine direkte, hochzuverlässige Regelung der Emission kann mit einem speziellen Analyser durchgeführt werden. Der Analyser wird im Ausgang hinter dem Wäscher montiert und misst sofort das Vorhandensein der verbleibenden Verunreinigungen im Gas. Die Art der Verunreinigungen bestimmt die Wahl des Analysers; hier wird zwischen Staubanalyser und spezifischen Gasanalyser unterschied gemacht. Bei der Online-Staubanalyse wird nach Möglichkeit eine Sonde eingesetzt, die eine direkte Ablesung der Gesamtstaubkonzentration liefert.
Die Gasanalyser messen in der Regel online mit einem Messwert in ppm. Bei einer extraktiven Messung ist immer eine Form der Probenahmekonditionierung erforderlich, beispielsweise aufgrund der hohen Gastemperatur und/oder einer hohen Wasserkonzentration. Der große Vorteil der Verwendung eines Analysers zur Überprüfung der Emissionen einer Wäscheranlage besteht hauptsächlich darin, dass der Emissionswert direkt ablesbar ist. Anhand des Messwertes kann der Austrag des Wäschers aktiviert werden, so dass die Qualität der Waschflüssigkeit direkt gesteuert wird. Gleichzeitig kennen der Nutzer der Anlage, der Genehmigungsgeber und der Umweltdienst die Emissionswerte unter allen Umständen und es findet keine Emissionsüberschreitung durch das direkte Messverfahren statt.
Aufbau des Wäschers
Ravebo berücksichtigt Faktoren wie Werkstoff, Konstruktion, Fundament und Träger, Materialdicke, maximale Korrosionsbeständigkeit für Innen- und Außenflächen, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten und Zugangsluken oder Mannlöcher für Inspektion, Wartung oder Instandhaltung bei der Konstruktion und Herstellung der Wäscher. Kunststoff als Baustoff bietet einerseits ein geringes Gewicht und eine gute Korrosionsbeständigkeit, niedrige Betriebskosten und eine lange Lebensdauer, andererseits ist dieser jedoch nicht für hohe(er)Temperaturen geeignet. Angesichts des Einsatzspektrums von chemischen Wäschern wird in den meisten Fällen ein geeigneter Edelstahl verwendet, der mit Ausnahme des Vorteils eines geringen Gewichts auch alle positiven Eigenschaften für eine sehr lange Lebensdauer aufweist.
Der Bau und die Konstruktion der Wäscheranlagen sind so beschaffen, dass im Falle zukünftiger Emissionsanpassungen der Wäscher relativ einfach und ohne größere Investitionen erweitert oder angepasst werden kann. Eine komplett neue Scrubber-Installation ist dann nicht notwendig.