Superkritisch water - Wageningen UR E

January 8, 2018 | Author: Anonymous | Category: Engineering & Technology, Civil Engineering, Environmental Engineering
Share Embed Donate


Short Description

Download Superkritisch water - Wageningen UR E...

Description

PLATFORM

Veeleigenschappen vanwaterinnormale toestand zijngebaseerd opdeaanwezigheid vanwaterstofbruggen; doordat H-atomen interacterenmet meerdereO-atomenbestaat eenkluwenvanH,0-moleculen diemiddels dezewaterstofbruggen verbonden zijn.Dit verklaartdevoorwaterzospecifiekeeigenschappen alshogewarmtecapaciteit,hoog kookpunt,sterkegeleidbaarheid enhoge oplosbaarheid voorzouten.

Superkritischwater:naar een nieuweregeneratiemethode vanactievekool

Cruciaalishetfeit dat,zodrawaterinde superkritische fasekomt,de waterstofbruggen vrijwelgeheelverdwijnen. Eigenlijk wordt waterdan pasH20,indevormvanindividuele moleculen.Defysisch/chemische eigenschappen vanSCW zijngespiegeld aandievan normaal water: • dediëlectrischeconstanteiseenfractie ten opzichtevannormaalwater, • (apolaire)organischestoffen lossenzeer goed opin SCW • enanorganischezouten zijn nauwelijks oplosbaar inSCW.

[os BOERE, NORIT N E D E R L A N D BV EVERT VAN DEN BERG, NORIT NEDERLAND BV

Ecuinnovatieve, milieuvriendelijke methodevoorregeneratievanactievekooluitdednukwaterztiiveruig isgebaseerdopextractiedoormiddel van superkritisch water. IVaterwordtsuperkritischbij eentemperatuur van 374C incombinatie meteendrukvan221bar.Defysisch/chemische eigenschappen veranderen daarbij sterk:superkritisch water,gedraaigtzichah een apolairoplosmiddel. Ah vervohj op succesvolleproevenopkleineschaal,wordtopdit moment^ewerktaan hetopschalen van de techniek 111ecuindustriële pilot.Alsdeopschaluiqslaaft, biedtdezenieuwetechnick^rote voordelen tenopzichte van deconventionelethermische reactivatie, namelijk minderenergieverbruik,i'semi-Jmobieleinstallatiesenlagerekosten. Dagelijks hebbenwetemakenmetwater inzijn drieverschillendegedaanten:alsvloeistof ijsenstoom.Veelminder bekend isde vierdestaat waarin water kanvoorkomen: superkritisch water(deEngelse afkorting SCW) (zieafbeelding 1). Eenmaal superkritisch geworden,veranderen deeigenschappenvan

Ajb. 1;

Superkritisch waterleentzichinbeginsel als eenapolairextractiemiddel(zieafbeelding 2). Drinkwaterzuivering Actievekooliseensterkporeus adsorbens datvoornamelijk uitelementair koolstof bestaat ineenvormdieenigszins lijktop grafiet. Hetinterneoppervlakbedraagtvoor gangbareprodukten indepraktijk tussen500 en 1500m2/g.Indemodernedrinkwaterzuivering,metnamebijoppervlaktewaterals grondstof,isactievekoolnietmeerwegte denken,voornamelijk korrelvormigeactieve

waterdrastisch.Inveelopzichten is SCW een regelrechtetegenpool vanwater inzijn normalevorm.Ditbiedt mogelijkheden voor bepaaldetechnologische toepassingen,waaronderregeneratie vanbeladenactievekorrelkooluitdedrinkwaterzuivering.

Fasediagram van water(nietopschaal).

Eigenschappen van water ensuperkritisch water1'.

Afb. 2:

Kritische temperatuur

Superkritische fase ra

Kritisch punt

-O

-^ 3

1.0 3 0.5 - Dichtheid (g/cm )

221

40

" I l| I

lil

II

_

constante

100 Oplosbaarheid 50 - koolwaterstoffen (gew. %)

0,006

Oplosbaarheid - anorganische zouten (gew. %)

0

100

Temperatuur (°C)

H2o

374 •

1

100

200

300

400

Temperatuur (°C)

^ *

500 *•

600

PLATFORM

SCW + b e l a d e n GAC

! s c h e i d e n v a n SCW e n GAC

SCW + organische stoffen

I

afkoelen e n druk aflaten

Voorbeeldenvankorrelvormyeactievekool:gebroken(links)en^eextrudeerd(rechts).

kool (granular activated carbon ofGAC). GAC wordt daarbij in vaste filterbedden toegepast en meestal na een looptijd variërend van één tot driejaar geregenereerd door middel van thermische reactivatie. Thermische reactivatie vindt plaats in draai- ofetage-ovens bij temperaturen boven 5>oo°C. Degeadsorbeerde organische stof wordt daarbij gepyrolyseerd en met behulp van stoom geoxideerd.Afgassen worden behandeld in een naverbrander en scrubber; degereactiveerde GACgaat weer terug naar het waterwerk. Demeeste drinkwaterbedrijven laten de GACextern reactiveren op centrale fabrieken; in een enkel geval - in het buitenland - is ervoor gekozen op het waterwerk zelfeen reactivatiestation tebouwen. Thermische reactivatie is hiermee de huidige stand van de techniek voor regeneratie en hergebruik van beladen GACuit de drinkwaterzuivering.

Voorbeeldvoneendraaioven,aebruiktvoorthermischereactivatie.

Het basisidee van SCW-regeneratie(SCWR) van beladen actieve kool berust op het gebruik maken van superkritisch water als extractiemiddel:geadsorbeerde organische sroffen worden uit de actieve kool geëxtraheerd. Nadat vervolgens het superkritisch water is afgekoeld en de druk isafgelaten, ontstaat een waterige sterk geconcentreerde oplossing. Dit waterig extract moet vervolgens verder worden behandeld (zieafbeelding 3). Het ontwerp van deextractor is in ontwikkeling.Gestreefd wordt naar een (semi-)continue reactor. Op kleine schaal (tot 1.5dm; GAC)is de regeneratie met superkritisch water getest en succesvolgebleken in termen van herstel van het adsorptievermogen, behoud van de mechanische sterkte en voldoende volumetrische opbrengst.

geregenereerde GAC

1 waterbehandeling Ajh. 3:

Hetprincipevande regeneratievansuperkritischwatervanbeladenactieve kool.

Op dit moment wordt gewerkt aan het opschalen van de techniek in een industriële pilot, waarin batchgewijs kan worden geregenereerd. Hierbij wordt nauw samengewerkt met een buitenlands ingenieursbureau dat wereldwijde expertise heeft met superkritische media (SCWen COJ. Belangrijke aandachtspunten in het onderzoek van de industriële opschalingzijn onder meer de kwaliteit van degeregenereerde GAC(adsorptie-eigenschappen, mechanische sterkte),de energiehuishouding, het regeneratietempo, de optimale methode om het waterig extract te behandelen, de materiaalkeuze, de veiligheidsaspecten en de kosten van het proces. Deontwikkeling van SCWRvormr onderdeelvan een groter project gericht op optimalisatie van GAC-filtratie bij de drinkwarerbereiding. Dit project wordt gesponsord door Senter en uitgevoerd in een partnership met Gemeentewaterleidingen Amsterdam, WaterleidingbedrijfMidden-Nederland, Kiwa, Wageningen Universiteit en deTU Delft2!. Op het procédéSCWRvan GACzijn in diverse landen octrooien aangevraagd cq. verleend. D e r e g e n e r a t i e van d e t o e k o m s t ? Gesteld dat deopschaling tot een industrieel proces slaagt, wat zijn dan de voordelen van SCWRboven conventionele, thermische reactivatie vanGAC? •

Deconsumptie van energie (gas en electra) is naar schatting meer dan 50procent lager dan bij conventionele reactivatie; 29

PLATFORM

Temperature controller

(E~J

Pressure indicator Chamber desorption

Pump

O

O Oven refrigerant Computer

Solution

H,0 .4:

Detector

Exit

'Metering valve

Regeneratiemetsuperkritisch watervanbeladenactievekoolonderzochtopminischaa!(Universiteitvan Salamanca).

Integenstelling tot thermische reactivatie isSCWRinpotentiegeschiktvoormobiele

Eendeelvandepilotinstallatie.

installaties.Ditkangrote transportvoordelenopleveren;dehuidigepraktijk isdat

beladenGACoverafstanden totmeerdan 500kilometer wordtvervoerdomthermischtewordengereactiveerd; • Gebaseerdopdehuidige inzichten zullen detotalekosten vanregeneratieentransportingevalvanSCWRlager uitvallen; • Thermische reactivatiewordt uitgevoerd invasteinstallatiesdieeenbepaaldeminimum schaalgroottebehoeven (ordegrootte minimaal 3000mVjaar).Metnamein geïsoleerdegebieden buiten West-Europa ontstaat regelmatigeendilemma.Bij afwezigheid vanregeneratiemogelijkhedenzijn waterwerken huiverigom grootschaligeGAC-filtersteinstalleren. Andersomzijn leveranciersnietgeïnteresseerdomeenreactivatiestation tebouwen bijonvoldoendevraag.MetanderewoordenSCWRheeft als(semi-)mobieletechniekdepotentieomgenoemd dilemmate doorbreken. SCWRlijkt hiermeeeennieuweregeneratiemethodevanactievekool,diemetname geschikt isvoorbeladenGAC uitdedrinkwaterzuivering. «

LITERATUUR

1] J05ephsonJ.{ipSz). Supercriticalfluids. Environ. Sei. Techncil.16, paß. 548A-551A. 2)

VanderHoekJ.P.[zooo). Combinatievan bedrijvenbegint

3]

BallP.[1999). H20:abioßraphy ofwater.

uitgebreid kooloriderzoek.H.0 nr. 10,paß.7.

30 H 2 0 « 7-2001

View more...

Comments

Copyright � 2017 NANOPDF Inc.
SUPPORT NANOPDF