Gecomprimeerde gassen: risico's van het comprimeren van CO2- en H2O-mengsels
Op het gebied van engineering is de compressie van gasmengsels een algemeen maar complex proces dat een diepgaand inzicht vereist in de eigenschappen en het gedrag van de betrokken gassen. Vandaag gaan we dieper in op de specifieke kenmerken van het comprimeren van kooldioxide (CO2) in combinatie met water (H2O), een scenario dat unieke uitdagingen en risico's met zich meebrengt.
De aard van CO2
CO2 is een geurloos en onzichtbaar gas dat zwaarder is dan omgevingslucht.
Bij kamertemperatuur (20 °C) en druk (1 bara) bestaat het als gas, maar het gedrag verandert in combinatie met water. Als de H2O-concentratie hoger is dan 2,33% vol, begint het water te condenseren en vormen vloeistofdruppels.
Condensatie van gasvormig H2O gebeurt bijvoorbeeld ook wanneer een heet, verzadigd gasmengsel na compressie wordt afgekoeld met een tussen- of nakoeler.
Wanneer vloeibaar H2O aanwezig is, vormt het mengsel koolzuur (H2CO3), wat een balans is tussen CO2,vloeibaar H 2O en HCO3-ionen. Dit evenwicht wordt beïnvloed door de partiële druk van CO2, die de hoeveelheid CO2 bepaalt die als gas overblijft of in HCO3-ionen in het condensaat wordt omgezet.
Hoe meer HCO3-ionen worden opgelost, hoe zuurder het condensaat wordt.
De zururisico's
Het primaire risico bij het comprimeren van een CO2 - en H2O-mengsel ligt in de vorming van zuren. Wanneer CO2 in contact komt met water, vormt het koolzuur, wat een corrosief effect kan hebben op de materialen die in de compressiekamer worden gebruikt of op elke locatie waar condensatie kan optreden.
Daarom is het gebruik van roestvast staal bij de bouw van compressoren en bijbehorende componenten van cruciaal belang. Roestvast staal biedt weerstand tegen de corrosieve aard van de zuren die worden gevormd tijdens compressie en koeling, waardoor de levensduur en betrouwbaarheid van de machines worden gegarandeerd.
Roestvast staal
Roestvast staal staat bekend om zijn corrosiebestendigheid, die voornamelijk te wijten is aan de aanwezigheid van chroom. Roestvast staal moet per gewicht minimaal 10,5% chroom bevatten. De corrosiebestendigheid van roestvast staal kan verder worden verbeterd door toevoeging van andere legeringselementen zoals nikkel, molybdeen, stikstof en titanium.
Een algemeen type, bijvoorbeeld AISI 304L roestvast staal, bevat 18,111% chroom en 8,074% nikkel, biedt een goede corrosiebestendigheid en mechanische eigenschappen, met een reksterkte van 351 N/mm² en een treksterkte van 619 N/mm². Het is ook bekend om het lage koolstofgehalte, wat helpt bij het voorkomen van intergranulaire corrosie na het lassen.
Deze eigenschappen maken roestvast staal een ideaal materiaal voor vele toepassingen, waaronder die in de medische-, voedselverwerkende- en bouwindustrie, waar duurzaamheid en hygiëne van het grootste belang zijn.
De betreffende vloeistofrisico's
Een tweede, en even belangrijk risico om rekening mee te houden bij gasmengsels die H2O bevatten als onderdeel van het mengsel, is gerelateerd aan de vorming van vloeistofdruppels vóór de compressie. Deze vloeistofdruppels zijn veel minder comprimeerbaar dan een gas. Wanneer ze een compressiekamer van een volumetrische compressor binnengaan, kunnen de krachten die nodig zijn om ze samen te drukken veel verder gaan dan waarvoor de gascompressor is ontworpen.
Dit kan leiden tot defecten aan de krukas, schade aan de zuigerstang of andere mechanische defecten.
Om de risico's te beperken die gepaard gaan met het comprimeren van natte CO2 - en met name verzadigde CO2 - is het verplicht om
een inlaatafscheider te gebruiken.
- Dit apparaat voorkomt dat er vloeibaar water in de compressiekamer komt, waardoor cilinders, kleppen en zuigers worden beschermd tegen beschadiging.
- Het garandeert ook een betrouwbare werking van de gascompressor onder veeleisende toepassingen.
De betreffende thermische risico's
Een ander aspect waarmee rekening moet worden gehouden is de specifieke warmte van het gasmengsel. De specifieke warmte geeft aan hoeveel energie er nodig is om de temperatuur van het gas te veranderen. Het comprimeren van dezelfde hoeveelheid omgevingslucht of zuivere CO2 resulteert in een andere temperatuur van het gas bij dezelfde uitlaatdruk.
Een grondige kennis van deze eigenschap is essentieel voor het nauwkeurig afstellen van het compressieproces en de bijbehorende koelingsvereisten om risico's in verband met temperatuurvariaties te voorkomen.
Een tussen- en nakoeler met de juiste afmetingen zorgt ervoor dat de compressor zo efficiënt mogelijk werkt en de bedrijfskosten tot een minimum worden beperkt.
Conclusie
Het comprimeren van CO2 - en H2O-mengsels is een taak die inachtneming van de eigenschappen van de betrokken gassen vereist.
Door de juiste materialen, zoals roestvast staal, te gebruiken en veiligheidsmaatregelen zoals inlaatafscheiders op te nemen, kunnen technici de risico's effectief beheersen en zorgen voor een veilige en efficiënte werking.