Hoe worden flowmeters gebruikt in een katalytische behandeling van vluchtige organische stoffen (VOS)?

Hoe worden flowmeters gebruikt in een katalytische behandeling van vluchtige organische stoffen (VOS)?

Jean-Francois Lamonier
Cover Image

Jean-François Lamonier is docent-onderzoeker aan de Universiteit van Lille en is een expert op het gebied van katalytische behandeling van Vluchtige Organische Stoffen (VOS). Hij is verantwoordelijk voor het onderzoeksteam ‘Remediation and Catalytic Materials’(REMCAT) van het ‘Laboratory of Catalysis and Solid State Chemistry’ (UCCS). Dit team is gespecialiseerd in katalytische verwijdering van luchtverontreinigende stoffen uit stationaire bronnen (industrie) en mobiele bronnen (voertuigen). In deze blog presenteert hij zijn onderzoeksactiviteiten en legt hij uit wat de functie is van meetinstrumenten en massflowregelaars in zijn toepassingen.

De kernactiviteiten van het REMCAT team

Het onderzoeksteam REMCAT (Remediation and Catalytic Materials) van het Laboratory of Catalysis and Solid State Chemistry (UCCS)

Het team van REMCAT bestaat uit 6 docenten-onderzoekers. Hun activiteiten zijn gericht op de katalytische nabehandeling van luchtverontreinigende stoffen, vooral stikstofoxiden (NOx et N2O) en Vluchtige Organische Stoffen (VOS). Ons team beschikt over een brede expertise in heterogene katalyse: katalysatorsynthese, karakterisering van nieuwe katalytische formuleringen, evaluatie van de prestaties ervan door middel van uitvoerige katalytische tests, geavanceerde karakterisering van katalysatoren door middel van operando infraroodspectroscopie, reactiekinetiek en reactormodellering.

Een efficiënte behandeling van luchtverontreiniging door niet-thermisch plasma te combineren met katalyse

Op basis van dit scala aan vaardigheden op het gebied van milieukatalyse kunnen wij originele procedés ontwikkelen waarbij verschillende technologieën worden gecombineerd voor een efficiëntere, goedkopere en milieuvriendelijker behandeling van luchtverontreiniging. Dit doen wij in samenwerking met verschillende nationale en internationale onderzoeksteams, zoals de Research Group Plasma Technology van de Universiteit Gent. Dit onderzoeksteam is gespecialiseerd in de ontwikkeling van plasmareactoren en wij dragen hieraan bij dankzij onze expertise op het gebied van heterogene katalyse. Gezamenlijk werken we aan de ontwikkeling van procedés waarin niet-thermisch plasma gecombineerd wordt met katalyse. Dit onderzoek wordt uitgevoerd in een onlangs opgericht Internationaal Geassocieerd Laboratorium voor plasmakatalyse en via het Europees INTERREG V-project 'DepollutAir', dat ons onderzoek momenteel financiert.

Het gebruik van een adsorptiefunctionaliteit in het plasmakatalyse-omzettingsproces

Voor de klassieke procedés die met behulp van plasmakatalyse de Vluchtige Organische Stoffen (VOS) afbreken die in door de industrie uitgestoten gassen aanwezig zijn, is een constante energie-input nodig. In onze werkwijze wordt aan het afbraakprocedé via plasmakatalyse een functionaliteit toegevoegd waarbij de verontreinigende stof vooraf wordt geadsorbeerd. Daarmee wordt bij het elimineren van VOS een sequentiële toepassing van het plasma mogelijk, waarbij de adsorberende stof wordt geregenereerd, zodat veel energiezuiniger kan worden gewerkt. Ons team draagt zijn expertise bij aan de ontwikkeling van nieuwe materialen voor adsorptie/katalyse en aan de geavanceerde karakterisering van deze materialen.

Massflowmeters en massflowregelaars in toepassingen op het gebied van katalytische behandeling van Vluchtige Organische Stoffen (VOS)

Voor ons onderzoek moeten we VOS-mengsels genereren om door de industrie uitgestoten gassen te simuleren. Die uitgestoten gassen verschillen naargelang van het soort industrie. Om de industriële realiteit zo getrouw mogelijk na te bootsen, moeten we een gasflow kunnen genereren met heel variabele gehalten aan VOS en met VOS die heel verschillend van aard zijn, zoals formaldehyde, tolueen, chloorbenzeen, trichloorethyleen en butanol.

Afbeeldingsomschrijving

Verdunningssysteem met Coriolis flowmeter

Daartoe gebruiken we een verdunningssysteem dat wordt aangeleverd door Bronkhorst. Dit systeem bestaat uit een Coriolis massflowmeter, een drukregelaar (tegendrukregelaar) en een aantal thermische massflowregelaars. We hadden apparatuur nodig waarmee we lage VOS-concentraties kunnen bereiken, omdat de steeds strengere normen leiden tot een daling van het VOS-gehalte van de emissies in de atmosfeer. Ook moest het systeem zo flexibel mogelijk zijn, zodat het geschikt is voor zowel de aard van de diverse vloeistoffen die in het systeem worden ingebracht en in gas omgezet, als voor de VOS-gehalten in de uitgestoten gassen, die kunnen variëren van 10 tot 1000 ppmv.

Katalytische formuleringen

De relatieve vochtigheid van de uitgestoten gassen is een belangrijke parameter waarmee rekening moet worden gehouden bij de ontwikkeling van katalytische formuleringen. De aanwezigheid van waterdamp kan namelijk een positief of negatief effect hebben op de prestaties van het katalyseprocedé. Met het systeem voor gasgeneratie moest dus ook een variabele relatieve vochtigheid in het gasmengsel gegenereerd kunnen worden.

Afbeeldingsomschrijving

Om een katalytische formulering te krijgen die geschikt is voor de industrie, moet bovendien niet alleen worden nagegaan dat de katalysator actief en selectief is (d.w.z. dat de katalysator de gewenste producten moet genereren), maar ook dat hij door de tijd stabiel is. Je hebt immers weinig aan een katalysator die maar één dag werkt en de volgende dag moet worden vervangen. Daarom moeten we ervoor zorgen dat de geproduceerde gasuitstoot gedurende meerdere dagen constant blijft. Als een katalytische test wordt uitgevoerd gedurende één dag, kunnen we een luchtpomp gebruiken. Maar als we willen kijken of de katalysatoren door de tijd heen stabiel zijn, moeten we langdurige testen uitvoeren om te zien of de katalysator in staat is gedurende meerdere dagen actief te blijven. Met een klassiek systeem zou het ingewikkelder zijn om langdurige tests uit te voeren, terwijl dankzij het systeem van Bronkhorst een constante, continue flow zonder onregelmatigheden in de VOS-uitstoot in de lucht kan worden gegenereerd. Dit is absoluut een pre voor de validatie van ons proces.

Afbeeldingsomschrijving

Lees meer over het onderzoek van Jean-François Lamonier en van het REMCAT-team van de 'Unité de Catalyse et Chimie du Solide'.

Afbeeldingsomschrijving

Wilt u op de hoogte blijven van deze en andere ontwikkelingen? Meld u aan voor onze maandelijkse nieuwsbrief!