Sebuah primer pada oksidasi termal dan penumpukan partikel

Pengoksidasi termal regeneratif (RTO) dan jenis sistem oksidasi termal lainnya telah terbukti menjadi metode yang sangat efektif dan hemat energi untuk mengurangi senyawa organik volatil (VOC) dan polutan lain yang dikeluarkan oleh pabrik industri. Namun, materi partikulat dalam aliran emisi dapat menjadi masalah yang sangat menjengkelkan, yang mengakibatkan pengotoran dan penyumbatan lapisan media. Oleh karena itu, perhatian yang cermat harus diberikan untuk memilih bentuk dan bahan media pertukaran panas untuk mengurangi potensi masalah dengan partikel dan untuk memastikan operasi sistem oksidasi termal yang andal, ekonomis dan aman.

Oksidasi Termal Regeneratif
Oksidator termal pada dasarnya adalah insinerator yang secara termal atau katalitik mengubah emisi sarat polutan menjadi karbon dioksida dan uap air. Proses oksidasi biasanya mencapai tingkat efisiensi penghancuran/penghapusan (DRE) lebih baik dari 99 persen untuk VOC, polutan udara berbahaya (HAPS), dan bau.

Oksidator termal regeneratif meminimalkan konsumsi bahan bakar dengan "meregenerasi" atau menggunakan kembali panas yang dihasilkan oleh sistem. Kipas menarik udara dari sistem pengumpulan bilik cat dan sumber lainnya, dan udara dipanaskan terlebih dahulu oleh media penukar panas ke suhu oksidasi termal, biasanya 1.400 hingga 1.600 derajat Fahrenheit. Udara kemudian bergerak ke ruang bakar untuk waktu tinggal yang ditentukan (0,5 hingga 2,0 detik), di mana reaksi eksotermik terjadi, mengubah VOC menjadi karbon dioksida dan uap air. Sebelum dibuang ke atmosfer, udara panas yang telah dimurnikan melewati media bed untuk menangkap energi panas yang akan digunakan untuk memanaskan udara yang masuk terlebih dahulu. Katup secara terus-menerus mengganti aliran antara media bed:siklus dengan udara dingin yang masuk ke media bed yang baru saja dipanaskan oleh pembuangan panas, diikuti oleh siklus dengan udara buang panas yang mengalir melalui media bed untuk memanaskannya kembali.

RTO dapat beroperasi pada efisiensi termal 85 hingga 99 persen, mengurangi atau menghilangkan kebutuhan untuk membakar gas alam di ruang bakar. RTO sangat efektif untuk aliran proses dengan pemuatan pelarut rendah hingga sedang dan dapat berdiri sendiri pada tingkat batas ledak bawah (LEL) sedang. Dengan kata lain, setelah sistem cukup panas, pembakar gas alam dapat dimatikan jika ada cukup gas yang mudah terbakar di aliran pembuangan.

Pengoksidasi Termal Lainnya
Untuk tingkat pemuatan pelarut yang lebih rendah, di bawah 4 persen LEL, sistem katalitik sering direkomendasikan. Pengoksidasi katalitik regeneratif (RCO) memiliki desain yang mirip dengan RTO, kecuali bahwa media pertukaran panas keramik yang paling dekat dengan zona pembakaran dilapisi atau diresapi dengan logam mulia yang berfungsi sebagai katalis yang memungkinkan oksidasi pada suhu yang jauh lebih rendah (600 hingga 1.000 derajat Fahrenheit). Sebuah sistem katalitik membutuhkan adanya jenis VOC yang akan teroksidasi pada suhu yang lebih rendah ini. RCO menggunakan prinsip yang sama seperti catalytic converter pada kendaraan bermotor yang mengoksidasi karbon monoksida dan hidrokarbon yang tidak terbakar menjadi karbon dioksida dan air.

Untuk aliran gas buang dengan tingkat LEL tinggi, oksidator termal sederhana dapat digunakan, tanpa kemampuan regenerasi termal apa pun. Dalam kasus seperti itu, pemuatan pelarut yang tinggi dapat mendukung pembakaran tanpa pemanasan awal dan seringkali dengan sangat sedikit atau tanpa pembakaran gas alam.

Untuk aliran udara dengan konsentrasi VOC yang relatif rendah, penyerap putar dapat digunakan untuk memusatkan aliran dan meningkatkan tingkat LEL, untuk memungkinkan penggunaan perangkat oksidasi yang lebih kecil dan/atau lebih hemat energi. Knalpot proses yang sarat polutan melewati unit adsorpsi putar dimana VOC diadsorpsi pada media zeolit ​​atau karbon aktif. Udara murni dibuang ke atmosfer, dan pelarut kemudian dikeluarkan dari media dengan desorpsi dengan aliran udara panas yang lebih kecil, yang kemudian dikirim ke perangkat oksidasi.

Penghapusan Partikulat Hulu
Meskipun sistem oksidator digunakan terutama untuk mengurangi VOC, semua aliran emisi mengandung sejumlah materi partikulat, dan partikel-partikel ini dapat menyebabkan pengotoran lapisan, penurunan kinerja, dan bahkan kebakaran yang berbahaya dan merusak. Beberapa metode penghilangan partikulat hulu antara lain cascade (pencucian air), baffle dan media filtrasi. Lainnya, seperti presipitator elektrostatik basah dan kering (ESP) dan pengumpul debu siklon, dapat mengurangi, tetapi tidak menghilangkan partikel yang masuk ke RTO.

Dampak Penumpukan Partikulat
Partikulat yang menembus lebih dalam ke lapisan media akan cenderung terbakar. Namun, partikel kimia reaktif dapat menyebabkan masalah bahkan ketika mereka menembus jauh ke dalam media.

Sebagian dari partikulat yang masuk ke RTO akan terkumpul pada permukaan dingin media bed. Tergantung pada desain media, penumpukan partikulat dapat dengan cepat menyebabkan penyumbatan alas media. Memasukkan menyebabkan beberapa masalah signifikan. Memblokir aliran udara menghasilkan peningkatan penurunan tekanan, memaksa kipas angin yang diinduksi untuk bekerja lebih keras dan mengkonsumsi lebih banyak listrik. Kapasitas RTO berkurang, karena alas media menjadi kurang efektif dalam mentransfer panas, karena "zona mati" berarti berkurangnya luas permukaan yang terpapar aliran udara dan lebih sedikit massa media yang tersedia untuk menahan energi panas. Selain itu, penumpukan partikulat menghadirkan bahaya kebakaran yang serius.

Satu-satunya solusi remediasi untuk gejala-gejala ini adalah mencuci atau membakar media tempat tidur, proses yang melibatkan waktu henti yang mahal. Seiring waktu, frekuensi prosedur wash-out dan bake-out biasanya meningkat sampai satu-satunya solusi yang layak adalah penggantian media yang lengkap.

Jenis Media
Selama beberapa dekade terakhir, beberapa jenis media perpindahan panas telah digunakan untuk RTO. Tiga kategori utama adalah pengemasan acak, blok terstruktur monolitik dan pengemasan struktur bergelombang.

Pengemasan acak. Awalnya, pada 1970-an, berbagai macam bahan pengepakan acak digunakan di RTO, termasuk kerikil, bola keramik, dan segala jenis bentuk. Bahan pengepakan dibuang secara acak ke dalam RTO untuk membentuk media bed. Pengaturan acak lebih disukai untuk mencegah sarang yang akan menyempitkan aliran dan menyebabkan area mati yang mengumpulkan partikulat.

Pada 1980-an, produsen dan pemilik RTO menemukan bahwa "sadel" keramik yang dikembangkan untuk operasi transfer massa kimia memberikan bentuk yang optimal untuk pengemasan acak RTO. Dibandingkan dengan jenis pengemasan acak lainnya, bentuk sadel meminimalkan penurunan tekanan (untuk konsumsi listrik yang lebih rendah oleh kipas induksi) dan memaksimalkan luas permukaan (untuk efisiensi perpindahan panas yang lebih tinggi).

Selama bertahun-tahun, pemasok media RTO telah menyempurnakan desain sadel keramik. Misalnya, Koch Knight LLC telah mengembangkan desain Pengemasan Acak FLEXISADDLE Penurunan Tekanan Rendah tiga rusuk yang unik (atau Pengemasan Acak LPD), yang menyediakan area terbuka tinggi dan desain aerodinamis yang membatasi sarang dan mengurangi penurunan tekanan hingga 20 persen dibandingkan dengan pelana standar media.

Beberapa produsen melapisi atau menghamili sadel LPD ini dengan katalis logam untuk digunakan dalam RCO. Pengepakan juga tersedia dalam alumina tahan glasir untuk menahan paparan serangan kimia alkali, yang mungkin dihasilkan dari pembersihan asap kimia atau garam logam yang digunakan dalam aplikasi pelapisan listrik.

Blok Terstruktur Monolit. Alternatif lain untuk aliran partikulat rendah yang sangat bersih, seperti monolit sarang lebah keramik Cordierite yang diimpor, tersedia. Blok monolit adalah bentuk kemasan terstruktur yang ditempatkan dalam pengaturan formal, bukan dibuang secara acak. Sel-sel memanjang melalui blok dalam saluran lurus yang tegak lurus dengan permukaan dingin.

Keuntungan dari desain ini adalah secara teoritis menyediakan saluran lurus dan aerodinamis untuk aliran udara. Kerugiannya adalah jika partikulat menyumbat saluran di muka dingin, di mana aliran masuk memasuki blok, maka seluruh saluran ini menjadi zona mati.

Kemasan Terstruktur Bergelombang. Media pertukaran panas keramik paling canggih untuk RTO adalah pengemasan terstruktur bergelombang. Kemasan ini terbuat dari lembaran keramik bergelombang. Sudut kemiringan kerut dari lembaran yang berdekatan dibalik, memastikan distribusi aliran udara yang sangat baik ke seluruh lapisan media. Bahkan jika suatu area dari lapisan media menjadi tersumbat oleh partikulat, efek pencampuran dan penyebaran dari gelombang bolak-balik mencegah zona bawah di atas area yang disumbat.

Studi lapangan telah menunjukkan bahwa, setelah pemasangan, RTO dengan kemasan terstruktur bergelombang mengkonsumsi jumlah gas alam yang sama dengan RTO dengan blok terstruktur monolit, meskipun yang pertama memiliki distribusi aliran udara yang unggul, dan yang terakhir memiliki kapasitas penyimpanan panas yang sedikit lebih tinggi. Keuntungan dari solusi bergelombang menjadi dramatis dari waktu ke waktu karena kemampuan yang jauh lebih unggul untuk menahan pengotoran yang disebabkan oleh penumpukan partikulat.

Biaya Operasi Seumur Hidup
Pemilik oksidator termal memiliki sejumlah opsi yang tersedia saat memasang sistem baru atau mengganti alas media dari sistem yang ada. Untuk sistem pengurangan VOC di industri finishing, di mana partikulat dapat menjadi perhatian, kemasan terstruktur bergelombang harus dipertimbangkan. Solusi canggih ini mungkin lebih mahal untuk dibeli dan dipasang, tetapi akan memberikan penurunan tekanan yang lebih rendah, efisiensi perpindahan panas yang lebih tinggi, pengoperasian yang lebih andal, dan masa pakai yang lebih lama dibandingkan dengan media alternatif. Pengurangan jangka panjang yang signifikan dalam konsumsi energi saja dapat jauh lebih besar daripada biaya tambahan untuk memasang media pertukaran panas canggih.

Tentang penulis:
Paul Sims adalah manajer penjualan Wilayah Tenggara di Koch Knight LLC. Dia dapat dihubungi di [email protected].