Hoe werkt een RTO?

Controle op luchtverontreiniging

Genereert uw productieproces gevaarlijke of onaangename emissies? Een regeneratieve thermische oxidator (RTO) verwijdert vluchtige organische stoffen (VOC), gevaarlijke luchtverontreinigende stoffen (HAP) en onaangename geuren. Het grootste voordeel van een RTO is de vermindering van uw energieverbruik en dus uw kosten door hergebruik van de gegenereerde thermische energie. Maar hoe werkt het proces van een RTO precies?

Hoe werkt een RTO?

Thermische oxidatie maakt de verbranding van de vervuilde luchtstroom mogelijk. De werkingskosten van een regeneratieve thermische oxidator (RTO) verschillen aanzienlijk van de werkingskosten van een conventionele thermische oxidator. Een RTO recupereert immers een groot deel van de warmte door middel van twee, drie of meer keramische bedden.

De luchtstroom die de RTO binnenkomt is meestal geladen met vervuilende stoffen (VOC's). De verbranding van deze verontreinigende stoffen zuivert de luchtstroom. In een eerste fase van dit proces wordt de lucht in een van de keramische bedden verwarmd tot bijna de zelfontbrandingstemperatuur. Na de verbranding van de oplosmiddelen absorbeert een ander keramisch bed de restwarmte van de luchtstroom zodat de lucht afkoelt en kan worden afgevoerd. De resterende hete lucht wordt gebruikt om het derde bed te reinigen. In een volgende cyclus wordt deze lucht ook verbrand en wordt het keramische bed goed gehouden.

Eén keramisch bed van de RTO is dus verantwoordelijk voor de verbranding van de vervuilende stoffen, het tweede bed is verantwoordelijk voor het afkoelen van de luchtstroom en het derde bed wordt gereinigd. Dit proces wordt keer op keer herhaald, maar de functies van de bedden worden bij elke cyclus omgeschakeld. Het bed dat tijdens de vorige cyclus verantwoordelijk was voor het koelen, verwarmt nu de luchtstroom. Het gereinigde bed absorbeert warmte en koelt de luchtstroom af terwijl het eerste bed wordt gereinigd. Het proces wint veel warmte terug door het gebruik van de keramische bedden, wat de bedrijfskosten aanzienlijk verlaagt.

Wanneer is een RTO zelfvoorzienend?

In een Regeneratieve Thermische Oxidator (RTO) veranderen de keramische bedden voortdurend van functie (verwarmen, koelen, reinigen), waardoor een deel van de warmte hergebruikt kan worden. De vervuilde luchtstroom bevat echter ook een bepaalde energie-inhoud, en deze energie komt vrij in de RTO door de verbranding van deze vervuilende stoffen. Of het systeem zelfvoorzienend kan zijn, hangt af van de grootte van deze lading oplosmiddelen. We noemen dit de berekening van het autothermische punt dat een belangrijke parameter is voor de dimensionering van een RTO. Om zelfvoorzienend te zijn, moet het autotherme punt van de RTO ongeveer 1,5 tot 2 g VOC/m³ zijn.

Wanneer de concentratie VOS lager is dan het autotherm punt, is de energieterugwinning door de keramische bedden niet voldoende om de verbranding gaande te houden. Daardoor is in sommige gevallen of tijdens het opstarten een extra energietoevoer nodig (bv. een extra verbranding van aardgas levert dan extra warmte).

Warmte omleiding in een RTO

In sommige luchtstromen of productieprocessen zal de concentratie VOS hoger zijn dan het autotherme punt. In deze situaties zal er overtollige warmte zijn in de oxidatiekamer van de regeneratieve thermische oxidator (RTO). Om de overtollige warmte af te voeren, kan PCA een warme bypass (bekleed met vuurvast beton) voorzien naar het uitlaatkanaal. Deze bypass wordt geregeld door een specifieke temperatuursonde in de oxidatiekamer van de RTO. Zodra een (ingestelde) maximumtemperatuur wordt bereikt, gaat deze klep open en wordt de warmte onmiddellijk afgevoerd. Als er regelmatig overtollige warmte optreedt, kan er ook een warmtewisselaar worden geïnstalleerd.

Burn-out systeem in een RTO

Zoals hierboven beschreven spelen de keramische bedden in de Regeneratieve Thermische Oxidator (RTO) een belangrijke rol bij de warmteterugwinning in het verbrandingsproces. Afhankelijk van de samenstelling van de luchtstroom die in de installatie wordt behandeld, kan polymerisatie optreden in de koude delen van de RTO. Polymerisatie kan zich op verschillende manieren uiten, zoals de vorming van harsen of het achterblijven van kleverige deeltjes in de keramische bedden. Deze deeltjes veroorzaken een toenemend drukverlies en een verlies aan warmtecapaciteit, wat leidt tot een hoger gasverbruik. De beste manier om deze polymerisatie onder controle te houden is door de keramische bedden regelmatig te reinigen met behulp van een uitbrandsysteem. Hiertoe kan het ontwerp van de RTO in de onderste delen van de kamers zodanig worden aangepast dat de temperatuur op de bodem van de keramische bedden 400°C kan bereiken om een verdamping van de stoffen in kwestie te verkrijgen. In dit geval wordt de hete lucht aangevoerd vanuit de oxidatiekamer.

Nabehandeling van een RTO

De Regeneratieve Thermische Oxidator (RTO) zet VOS op een zeer efficiënte manier om in CO2 en H2O. Wanneer er echter gehalogeneerde VOS aanwezig zijn in de luchtstroom, zullen er naast CO2 en H20 ook andere restproducten worden geproduceerd in de RTO. Voorbeelden zijn HCl, HBr en SO2. Deze kunnen niet worden geoxideerd in een RTO, maar moeten worden behandeld in een nabehandelingsinstallatie zoals een gaswasser.

De componenten HCl, HBr en SO2 zijn goed oplosbaar in water en daarom ideale componenten om te absorberen en chemisch te reageren in water. In deze situatie raden we aan om een gaswasser te installeren als nabehandelingstechniek. Na behandeling in de RTO worden de gassen verder afgekoeld om een goede absorptie te verkrijgen. Vervolgens wordt de luchtstroom in de gaswasser gewassen met alkalisch water om de zuren uit de gasstromen te verwijderen. Om de drukverliezen in de gaswasser zoveel mogelijk te beperken, kan aangepast pakkingsmateriaal worden gebruikt.

Tot slot zijn er strikte emissiegrenswaarden voor bepaalde componenten, die niet kunnen worden bereikt door behandeling in een RTO-installatie alleen. Om de beste voor-/nabehandeling te bepalen, moeten per specifieke situatie tests worden uitgevoerd. In bepaalde gevallen kan simulatiesoftware worden gebruikt om te controleren of de vereiste emissiegrenswaarden kunnen worden gehaald. In andere gevallen is er weinig kennis beschikbaar en moeten er piloottesten worden uitgevoerd. Op basis hiervan kan niet alleen de technische haalbaarheid worden gecontroleerd, maar kan ook een economische analyse (CAPEX - OPEX - voor- en nadelen van elke techniek) worden uitgevoerd in de vorm van een studie. PCA kan u hierbij helpen.