ALTERNATIVAS TECNOLOGICAS DEL FINAL DEL TUBO

Reducción de SOx.

Sistemas de Desulfurización de Gases Efluentes (FGD - Flue Gas Desulfurization). Estos procesos se han constituído en los de mayor aplicación en países industrializado con las más severas legislaciones para el control de la contaminación atmosférica. Pueden ser clasificados de diversas formas :

Según el sistema de absorción : En húmedos y secos.

Según los productos : En sistemas No-Regenerativos y Sistemas Regenerativos.

En los sistemas húmedos los productos tienen las característica de una solución diluida o una solución sobresaturada o lechada. Los sistemas húmedos producen un sólido seco o de baja humedad. En los sistemas No-Regenerativos el producto final es un compuesto formado por el elemento activo de la solución del azufre removido y en los Sistemas Regenerativos los productos finales son la solución absorbedora libre de azufre y una corriente de SO2. La regeneración del agente absorbente es el parámetro que más influye en los costos de inversión y operación ; además los requerimientos de área y energía, la complejidad del proceso, el efecto ambiental por desechos y la comercialización de subproductos hacen a los sistemas FGD según los productos más conveniente para el estudio.

Procesos FGD No-Regenerativos.

Estos procesos utilizan como agente de remoción compuestos basados en calcio y sodio, de relativo bajo costo y considerable abundancia. En el control de emisiones de SO2, este tipo de procesos es el más utilizado y del que más experiencia se tiene. Estos procesos a su vez se subdividen en los de cal o caliza húmedos, semisecos y secos y los de doble álcali.

Procesos húmedos de cal o caliza : Han sido los más utilizados, en especial en los países con mayor avance en el control de las emisiones de SOx, especialmente en grandes unidades de producción. Estos procesos son muy similares y la remoción de SOx de los gases de combustión se logra mediante el contacto de éstos en una unidad de absorción o limpieza con una solución sobresaturada de cal o caliza, sobre la cual sucede la absorción-reacción del SOx con el calcio para formar sulfato y bisulfito de calcio. El sistema de remoción de SO2 con cal o caliza como absorbente está compuesto en forma general por las siguientes operaciones :

Los gases son previamente despojados de las partículas, (Eficiencia de remoción de polvo: más del 90%) conducidos por un ventilador de tiro forzado a través de un ducto hasta el enfriador en el cual son humedecidos y enfriados con agua, a una temperatura de saturación (aproximadamente de 60° C dependiendo del contenido de azufre). En esta unidad se consigue además la remoción de la mayor parte de los cloruros, metales pesados y otros, lo cual es conveniente para la etapa de absorción ya que éstos afectan la química del proceso, incrementan el consumo de calcio y causan corrosión. El absorbedor es la unidad central del sistema, éste es típicamente una torre aspersora desprovista de elementos internos debido a la alta tendencia de obstrucción propia de estos procesos. En cuanto a la construcción del absorbedor, la configuración de torre en el interior, asegura dos cosas; bajas pérdidas de presión con correspondientes ahorros en potencia BUF y libertad para escalamientos en superficies estructurales para asegurar una operación de mantenimiento libre y estable.

Los gases entran en contacto con la lechada en contracorriente con relaciones molares de Ca/S entre 1.05-1.15 para la cal y 1.25-1.6 para la caliza, con remociones del 90%.

Los gases despojados de SO2 pasan por un eliminador de niebla, (Demister) que retiene la lechada arrastrada por éstos, el cual debe ser lavado intermitentemente con agua con el fin de evitar la obstrucción.

Finalmente los gases saturados de agua, a una temperatura de 60° C, se recalientan hasta lograr un incremento de 25° C con el fin de disminuir la corrosión en el ducto de salida y en la chimenea, mejorar la dispersión de los gases y evitar la formación de una columna visible de humos.

La lechada efluente del proceso es conducida a unos tanques en los que se da un tiempo de residencia para lograr los siguientes efectos : disolución de la caliza o la cal adicionada y la precipitación de los sulfitos y sulfatos de calcio. Una corriente que contiene entre 10-15% de sólidos se purga permanentemente del tanque y se concentra en un clarificador y espesador hasta lograr un lodo con un contenido entre 30-45% de sólidos. Los sólidos contenidos en los lodos están constituidos por sulfitos y sulfato de calcio y reactivos sin reaccionar.

Entre los aspectos ambientales y energéticos, se puede decir que los procesos de caliza son altamente eficientes en el control de emisiones de SOx, las mejores versiones de estos presentan remociones del 95%.

El principal problema ambiental derivado de la utilización de éstos sistemas de FGD es la generación de lodos. Una unidad puede generar de 3-5 unidades en peso por cada unidad en peso de SOx removidos. Una planta con capacidad de generación 1000 MW quemando un combustible de 3.5% en peso de azufre, genera 210 ton/año de lodos. Por esta razón la mejor alternativa para el tratamiento de estos lodos consiste en la producción de yeso, el cual puede reemplazar al yeso natural en la producción de cartones de yeso y fieltro o como retardante en la fabricación de cemento. El yeso producido es recuperado en una centrifuga como sólido.

Otro problema radica en que el sulfito de calcio es altamente trixotrópico, lo cual incrementa el consumo de agua y representa un problema para la disposición final de los dos por su volumen y la dificultad de manejo; además de ser incrustante, no es bombeado como fluido ni tampoco dispuesto y transportado como sólido por su excesivo contenido de agua. Este vertimiento aporta cerca de 10 mg/l de DQO en el agua residual generada en este proceso.

Para facilitar la disposición de los lodos, se recurre al mejoramiento de sus propiedades físicas mediante la adición de cal y cenizas, con las cuales ocurren reacciones puzzolánicas que lo hacen más fácil de manejar y de disponer como un material de relleno. Otra alternativa para disminuir el impacto ambiental por desechos, es la oxidación forzada de sulfito a sulfato de calcio o yeso, hasta lograr relaciones SO4/SO3 de 0.9. Esto se consigue mediante la aireación de aire a la lechada gastada, usando un burbujeador, en relaciones varias veces superiores a la estequimétrica (2.5-3), bien sea en el absorbedor mismo o en un tanque externo a él. Por ser el CaSO4 más fácil de separar del agua, la oxidación forzada ofrece las siguientes ventajas:

El consumo energético de una unidad de FGD basada en cal-caliza está en el rango de 3-5% de la capacidad de la caldera. Este consumo depende del tipo de absorbedor, del tipo de recalentamiento de gases empleados y del grado de separación deseado de líquido de los lodos.

Un proceso simplificado, diseñado por KAWASAKI HEAVY INDUSTRIES LTD, trata gases de la combustión de crudos o carbones, volúmenes de gas de 50km3n/h. Se produce yeso como subproducto y se obtienen desulfurizaciones entre 70 - 95%.

Para mayor información contactarse con KAWASAKI HEAVY INDUSTRIES LTD. Plant Engineering Section 2. Industrial Plant Engineering Division. 1-1 Higashikawasaki-cho 3-chome, Chuo-ku Kobe 650-91 Japan. Tel: +81-78-682-5230. Fax: +81-78-682-5535.

Procesos de Doble Alcali. Este tipo de procesos se caracterizan por usar dos medios alcalinos distintos en su operación, tradicionalmente se trata de una combinación de una solución clara de algún compuesto de sodio en el absorbedor y una lechada de cal para la regeneración de dicha solución. Desde el punto de vista de la solución de absorción primaria, este proceso puede ser considerado regenerativo, debido a que el componente activo es recuperado casi en su totalidad, debiéndose reponer sólo una pequeña cantidad. Sin embargo la regeneración del álcali primario mediante la absorción indirecta de los SOx con cal, produce el mismo efecto global que los procesos de cal - caliza respecto a la generación de residuos. El sistema utilizado por el proceso de doble álcali no difiere considerablemente del usado por los procesos de cal-caliza; de igual modo éste se constituye de las siguientes operaciones:

En este proceso, los gases alimentados al absorbedor deben ser adicionados también a su temperatura de saturación, sin embargo su requerimiento de remoción de partículas es mayor que el de los procesos de cal-caliza (<0.02 g/pie3 st, en base seca) debido a que las unidades involucradas están provistas de componentes internos, tipo torre de platos o empacada, las cuales son suceptibles a presentar taponamiento.

Con tiempos de residencia cercanos a 5 segundos, relaciones líquido/gas entre 10-15 gal/1000 pies3 st y caídas de presión entre 1.5-3 KPa, pH de la solución entre 6 y 6.5 y un contenido de sólidos entre 15-30% se pueden lograr remociones del 95% de SOx.

Al igual que otros procesos no-regenerativos su principal desventaja es la generación de residuos. Sin embargo, no presenta mayores requerimientos para su disposición que los descritos en el proceso de cal-caliza, excepto un lavado de los lodos con el propósito de disminuir su contenido de sodio.

El consumo de energía de los procesos de este tipo es del orden del 3-4% de la generada por la caldera, dicho consumo depende del esquema seleccionado para el recalentamiento de los gases efluentes del absorbedor y del tratamiento dado a los lodos.

Procesos Secos de Cal. Estos procesos han sido desarrollados más recientemente que los húmedos y surgieron como una alternativa de solución al problema de la generación de lodos por los procesos mediante la obtención directa de sólidos secos mucho más fáciles de manejar y de disponer. Actualmente existen dos tipos de procesos secos utilizados a escala industrial :

1.Los procesos que utilizan un reactor tipo rociador-secador.

2. Procesos de inyección del absorbente en el ducto de salida de gases.

Los procesos secos de remoción de SOx son considerados como de eficiencias medias, por tal razón son recomendados como tratamiento de FGD en calderas que queman combustibles con contenidos medio y bajo de azufre como los combustóleos y algunos carbones. Su aplicabilidad a unidades que queman carbón con alto contenido de azufre no ha sido satisfactoriamente probada a escala industrial.

Proceso Rociador-secador. El proceso consta básicamente de una unidad de absorción, seguida por una remoción de partículas. En la de absorción se consigue, además de la remoción de los SOx, el secado de los productos de reacción y del absorbente sin reaccionar. En la colección de partículas, son retenidas tanto las cenizas y partículas emitidas por el proceso de combustión, como las formadas en la unidad de absorción.

El sistema consta principalmente de las siguientes etapas:

Los gases son alimentados calientes a través de una fina dispersión de la lechada de cal, la cual provee suficiente área específica para la transferencia de masa y calor entre éstos.

Una alta temperatura de entrada de los gases posibilita un mayor contenido de agua en la lechada, permaneciendo los sólidos húmedos por más tiempo en el rociador secador, con lo que se favorece la absorción de los SOx. El rango en que usualmente se encuentra esta temperatura está entre 120-200ºC. Los gases que salen del absorbedor se encuentran a una temperatura superior a la de saturación; cuanto más próximo a este valor, mayor será la eficiencia del absorbedor.

Las relaciones L/G usualmente se encuentran en un rango entre 0.3-0.6 gal/pies3, con relaciones molares de CaO/S entre 0.8-1.5. La eficiencia de absorción crece en la medida que se incrementa la relación de CaO/S, sin embargo, la utilización de reactivo disminuye con el incremento de dicha relación. Con estos rangos se consiguen las más altas eficiencias de remoción, entre 50-70%, para una utilización de cal entre 40-60%. Eficiencias de remoción más altas se consiguen con relaciones de Ca/S de alrededor de 2 aunque esto no resulta económicamente competitivo con los procesos húmedos.

La dispersión de la lechada se consigue mediante atomizadores rotatorios o boquillas de uno o dos fluidos, lográndose un tamaño de gota entre 25-200 m .m. Entre las ventajas que ofrecen los atomizadores rotatorios se encuentra la de un mejor control de tamaño de gota con menor tendencia al taponamiento y a la erosión; y una disminución en el consumo de energía. Por otra parte las boquillas son de fácil instalación y pueden ser dispuestas en configuraciones horizontales o verticales y requieren de bajo mantenimiento debido a la carencia de partes móviles.

Las unidades de remoción de partículas comúnmente preferidas para ser usadas en conjunto con un absorbedor de este tipo, son los filtros de mangas, debido a que la eficiencia de remoción en los precipitadores electrostáticos es afectada por la presencia de los sólidos generados en el absorbedor. Además porque en los filtros de mangas se consigue una utilización adicional del reactivo por la reacción de la cal retenida en el filtro con los SOx remanentes en la corriente gaseosa. El porcentaje de utilización de la cal en el filtro puede ser de hasta el 10% del logrado en el absorbedor, dependiendo del diseño del filtro y del contenido de humedad de los sólidos. La principal desventaja del uso de un filtro de mangas es que su operación es afectada por el contenido de humedad de los sólidos formados en el absorbedor; si ésta es excesiva, se corroe el cuerpo metálico del equipo y se produce taponamiento del filtro, lo que conlleva a un incremento en la caída de presión a través de éste.

Proceso de inyección en el ducto de gases. En este proceso la absorción química de los SOx se consigue mediante la inyección de cal en forma altamente dispersa en el ducto que conduce los gases de combustión, desde el precalentador de aire de la unidad de recolección de partículas. El proceso no requiere de unidades de absorción adicionales, y poca o ninguna modificación del ducto de gases, por lo que los requerimientos de área son mínimos. Para asegurar el secado de las partículas en el ducto, la temperatura debe mantenerse por encima de la de saturación de los gases.

Existen dos maneras de inyectar la cal en el ducto que influyen en la absorción de los SOx:

Un alto grado de humidificación se traduce en una mayor aproximación de la temperatura de los gases a la temperatura de saturación adiabática, lo que favorece la remoción de los SOx independiente del orden y el modo de inyección; aunque una excesiva humidificación causa la corrosión en el ducto y la chimenea, por la condensación de ácidos, la formación de depósitos de reactivo en las paredes de éstos y fallas en la operación en el equipo de colección de partículas, por las razones expuestas para el proceso rociador-secador.

Teniendo en cuenta la relación Ca/S, la remoción de los SOx es del 50-60% con relaciones Ca/S de 2, utilización del absorbente entre 30-50% y aproximaciones de temperaturas en los rangos mencionados anteriormente.

Entre los aspectos ambientales y energéticos de los procesos (rociador-secador e inyección en el ducto), éstos constituyen una buena alternativa en el control de emisiones de SOx, aún cuando las relativamente bajas eficiencias de remoción restringen el uso de los procesos secos a unidades que queman combustibles con bajo contenido de azufre; además, éstos procesos tienen la ventaja de producir un sólido seco de fácil disposición, con lo que se minimiza el impacto por los desechos generados sobre el suelo y las fuentes hídricas.

Energéticamente este proceso resulta igualmente atractivo por consumir solamente entre el 25-50% de la energía consumida por un proceso húmedo, para lograr una eficiencia de remoción comparable. Este menor consumo se justifica teniendo en cuenta que no se involucran procesos de bombeo y tratamiento de lodos; además no requiere recalentamiento de los gases efluentes ya que estos salen a una temperatura lo suficientemente alta para evitar la condensación de ácidos en la chimenea y lograr una buena dispersión de gases en la atmósfera.

Otras ventajas que se presentan en los procesos secos son el bajo requerimiento de área; en el caso de inyección de absorbente, éste es el mínimo esperado para un proceso FGD. Bajo consumo de agua, Formación de productos secos, baja tendencia a la corrosión, bajo consumo energético, ausencia de taponamiento por incrustaciones, baja caída de presión y mayor simplicidad.

Entre las principales desventajas se encuentran la limitada eficiencia de remoción y de utilización del reactivo, la interdependencia con el equipo colector de partículas y su menor experiencia operacional.

Procesos FGD Regenerativos

Los procesos regenerativos se caracterizan porque permiten la reutilización del agente de absorción a la vez que producen un compuesto derivado del azufre tipo H2SO4, o azufre elemental.

Este tipo de proceso ha sido utilizado principalmente en hornos y calderas industriales, de menor tamaño que las usadas en las plantas de generación de energía, debido a los costos de capital y de operación que representa, especialmente si dichas industrias se encuentran sujetas también a las limitaciones de disposición de desechos.

Los procesos regenerativos más utilizados y desarrollados son : el proceso de Wellman-Lord y el de óxido de magnesio(MgO, y en menor medida el proceso de citrato.

Proceso de Wellman-Lord. Este proceso utiliza una solución acuosa de sulfato de sodio para la absorción de los SOx, formando bisulfito de sodio. La solución cargada de SO2 es posteriormente despojada de éste y recirculada al ciclo de absorción. La corriente de SO2 formada, luego de retirársele el agua por condensación y de secarla, es procesada para producir SO2 o SO3 líquidos, ácido sulfúrico o azufre elemental ; dependiendo esto último de la demanda potencial y del costo de su producción. Las operaciones involucradas en el proceso son :

Para el pretratamiento de los gases, éstos deben ser despojados de las partículas y luego enfriados en un pre-absorbedor, con lo que se consiguen los siguientes efectos :

Un absorbedor tipo vénturi, es la unidad más utilizada para el acondicionamiento de los gases, siendo éstos posteriormente contactados con la solución de sulfito de sodio en una torre de platos (típicamente 3 a 5 platos) perforados o de caperuza, en relaciones L/G del orden de 5 gal/1000 pìes3 st., para eficiencias de remoción superiores a 90%.

El gas libre de SO2 pasa luego por un Demister que retira el líquido arrastrado por el gas, y posteriormente se recalienta incrementando su temperatura aproximadamente en 28ºC. La solución que sale del absorbedor es filtrada con el fin de evitar la presencia de cenizas en el evaporador, y seguidamente se almacena en un tanque de alimento a la sección de regeneración.

El sulfato sódico se forma como consecuencia de la oxidación del sulfito en el absorbedor . Este sulfato es eliminado derivando una fracción de dicha solución a una velocidad dependiente de formación de sulfato sódico y tratada en un cristalizador ; en éste se consigue la precipitación del sulfato en su forma decahidratada (sal de glouber). Los sulfatos formados (aproximadamente el 90% de los precipitados), son separados de la solución clara y posteriormente secados con el objeto de comercializarlos (con la industria papelera o de fertilizantes).

La solución de absorción junto con la solución clara del cristalizador se bombean al evaporador para la regeneración del sulfito de sodio. La regeneración se consigue mediante evaporadores de circulación forzada de simple o doble efecto. La evaporación del agua produce la descomposición del bisulfito y la cristalización del sulfito. Este último finalmente se separa en una centrífuga y la solución clara se recircula al evaporador.

El SO2 producido en el regenerador, al que se le suma la pequeña cantidad presente en la corriente de tope del cristalizador (5% de ésta) contiene considerable cantidad de vapor de agua, el cual se remueve en una serie de condensadores hasta una concentración final de SO2 del 85-95%, útil en un proceso de producción de ácido sulfúrico, azufre elemental, o con menor frecuencia SO2 o SO3 líquidos.

Energéticamente, el proceso es costoso ya que se incrementa considerablemente el consumo de energía por la regeneración del absorbente. Este consumo es de alrededor del 15% de la energía bruta producida.

Proceso de Oxido de Magnesio. En este proceso el agente de remoción utilizado es una lechada de óxido de magnesio que al reaccionar con los SOx forma sulfito de magnesio. Este compuesto tiene la particularidad de descomponerse a temperaturas relativamente moderadas en óxido de magnesio y SO2, lo que permite no solo regenerar el medio de absorción sino también obtener un producto de demanda comercial. El proceso consta de dos grandes secciones principalmente, la de absorción o limpiezas y la de regeneración. La primera está compuesta a su vez por la preparación de la lechada, la de absorción y la de secado de los compuestos formados. La sección de regeneración incluye, además del calcinador, la sección de recuperación de subproductos de azufre.

Los gases deben ser despojados de las partículas y enfriados hasta una temperatura entre 45-65ºC, lo cual puede lograrse pasando los gases a través de un absorbedor tipo vénturi, mediante la circulación de agua por éste, o con la remoción de partículas y el enfriamiento de los gases realizados en dos etapas consecutivas.

Los gases entran luego en contacto con la lechada de óxido de magnesio en una torre aspersora vacía (rociador-secador) similar a las usadas en los procesos de cal-caliza. La lechada de absorción se produce con un 95% de MgO proveniente de la regeneración y el resto del absorbente de reposición. Su pH se mantiene entre 6.8-7.5 y éste se controla mediante la mezcla de alimento fresco y el recirculado.

Los gases ya desulfurizados y saturados con agua, pasan a través de un Demister siendo despojados de las gotas de líquido arrastrado, y posteriormente se recalientan por las mismas razones expuestas anteriormente para los otros procesos húmedos.

La lechada que sale del absorbedor se conduce a un tanque de reciclo y posteriormente el 1-15% de éste se deriva hacia el circuito de regeneración. Inicialmente la cantidad de líquido de esta corriente se retira en un clarificador y un espesador, y luego por la centrifugación. El líquido separado se recircula al tanque de alimentación de lechada, al absorbedor o al de preparación de la lechada fresca. La torta sólida que contiene cristales de sulfito y sulfato de magnesio; y algo de hidróxido se trata en un secador de lecho fluido o más comúnmente en uno rotatorio a temperaturas entre 175-235ºC, consiguiendo la remoción del agua libre y de hidratación. Luego los sólidos se calcinan a una temperatura entre 660-725ºC para producir MgO y SO2. Si la temperatura sobrepasa los 840ºC, el MgO se degrada irreversiblemente por sinterización, haciéndose inútil para la absorción de SOx. Esta calcinación debe hacerse en una atmósfera reductora, por lo que se prefiere un calcinador de lecho fluido, en el que es más sencillo controlar el contenido de oxígeno. En uno rotatorio, este tipo de atmósfera puede lograrse con la adición de coque entre 1.5-2% en peso del alimento. El MgO regenerado luego se enfría y se almacena.

El proceso del óxido de magnesio alcanza eficiencias de remoción de SOx superiores al 90%. Otro beneficio desde el punto de vista ambiental, es la no formación de grandes masas de desechos, lo cual es conveniente para aquellas aplicaciones en donde la disponibilidad de área es limitada.

El consumo de energía de este proceso se encuentra usualmente en un rango entre 5-10% de la energía generada por la unidad de vapor; un buen porcentaje de ésta se consume en la etapa de regeneración del absorbente.

Proceso del citrato. Este proceso cuenta como medio de absorción con una solución de un compuesto de sodio, tipo hidróxido o carbonato, a la que se adiciona ácido cítrico (C4H8O7.7H2O), el cual actúa como buffer. El producto del proceso es azufre de alta pureza, obteniéndose mediante la regeneración del absorbente con H2S. De los procesos regenerativos, éste es el menos aplicado a escala industrial debido al elevado costo del buffer. El proceso consta básicamente de las siguientes etapas: Pretratamiento de los gases con absorbedor y tanque de reciclo.

Reducción de NOx.

Reducción Catalítica Selectiva (SCR -Selective Catalytic Reduction. La Reducción Catalítica Selectiva de NOx con NH3 es la tecnología predominante en el tratamiento de los gases de combustión. Se ha demostrado que ofrece reducciones del 90% en aplicaciones comerciales.

SCR se refiere al proceso en donde NOx es reducido por acción de NH3 sobre un catalizador heterogéneo en presencia de O2. El proceso es llamado selectivo porque el amoníaco reacciona preferencialmente con el NOx más que con el O2. La reacción se lleva a cabo en un rango de temperatura de 250-400ºC.

Este sistema requiere de un reactor, catalizador y un sistema de almacenamiento e inyección de amoníaco. El reactor se ubica inmediatamente después de la caldera con el fin de evitar la necesidad de recalentar el gas, también se localiza antes o después del sistema de control de material particulado. El siguiente esquema ilustra un proceso típico de Reducción Catalítica Selectiva.

HYDRICARBON PROCESSING. October 1981. NOX Controls in Review Page 115.

El impacto ambiental que tiene esta tecnología es el siguiente:

Emisiones de N, H2O y además N2 si la temperatura de reacción es demasiado alta. Amoníaco (máx. 5mg/m3). Residuos sólidos de sulfato y bisultafo de amonio, cenizas y catalizador gastado.

Reducción No-Catalíca Selectiva (SNR-Selective Non-Catalytic Reduction). Está basado en los mismos principios y reacciones químicas del proceso SCR con la excepción de que no se hace uso de catalizador. Para que se lleven a cabo las reacciones en ausencia de catalizador, el proceso exige temperaturas más altas que SCR, es decir, entre 870-1300° C. La inyección de amoníaco se realiza corrientes abajo del sistema de combustión, lo cual es térmicamente favorable a la reacción, con relaciones de alimento NH3NOx de 1.5-2. Mediante la aplicación de esta técnica, se logran reducciones de NOx del 50-60%.

La corrosión y el taponamiento de ductos debido a la producción de sulfato y bisulfato de amonio, pérdidas y emisiones de amoníaco y los riesgos que representan el uso de NH3 son desventajas que se presentan con la utilización de SNR, aunque se tienen ventajas como el bajo costo de capital de instalación y la no utilización de catalizador, aspecto favorable ambientalmente ya que no existe generación de catalizados inactivo como residuo sólido. Por razones de seguridad en el manejo de reactivos, últimamente se viene utilizando urea en lugar de amoníaco. El rango de temperaturas manejado utilizando urea es de 540-1000° C y las reducciones logradas son del 30-40%.

Absorción-Reducción Catalítica. Este proceso de reducción consiste en la combinación de dos técnicas : una absorción de SOx y una reducción catalítica de NOx. Se utiliza cobre soportado en alúmina estabilizada como catalizador. El sistema está compuesto de dos reactores que permiten la regeneración del reactor saturado de sulfato de cobre. El proceso de regeneración utiliza hidrógeno y produce una corriente rica en SO2 disponible para producir azufre o ácido sulfúrico, según :

El sulfato de cobre y el óxido de cobre ya en menor cantidad, actúan como catalizadores para la reducción selectiva de NOx por medio de la inyección de amoníaco.

Con esta técnica se pueden lograr reducciones hasta del 90% dependiendo de las relaciones NH3/NOx, de la frecuencia de regeneración y de la cantidad de catalizador.

Proceso de Haz de electrones. El proceso de Electron-Beam (haz de electrones) ha sido probado a escala piloto y promete ser una alternativa para ser aplicada a nivel industrial, debido a que logra altas eficiencias de remoción simultánea de NOx y SOx, su operación es simple y flexible, y se generan subproductos útiles como sulfatos y nitratos de amonio utilizados y evaluados como fertilizantes, enriquecedores de compost y en la regeneración química a amoníaco, ácido nítrico y ácido sulfúrico. Un haz de electrones se produce por la aceleración de electrones a través de un campo al aplicar un diferencial de potencial. Los electrones y las moléculas de gas colisionan formando una ionización molecular, produciendo átomos libres y radicales, capaces de reaccionar rápidamente con otros constituyentes moleculares.

La penetración del haz de electrones en la corriente del gas es proporcional a la energía del electón o el voltaje de aceleración e inversamente proporcional a la densidad del gas.

Este tipo de procesos se encuentran disponibles en dos arreglos : en uno de ellos el reactor (E-Beam) se encuentra a continuación de un sistema seco de desulfurización de gases efluentes (FGD-E-Beam) y en el otro a continuación de un sistema FGD seco-Filtro de Partículas.

Los costos de capital y anuales son similares para las dos variaciones del proceso, sin embargo el valor comercial de los subproductos generados en el de baja potencia lo convertiría en un sistema con menores costos anuales.

PROCESOS HUMEDOS 

Estos procesos han sido evaluados a escala piloto y desarrollados para evitar la oxidación de la fase gaseosa. Involucran la limpieza húmeda de los gases efluentes con soluciones acuosas para remover los SOx y NOx, la regeneración de la solución con respecto a la remoción del SO2 por medio de la electrodiálisis, y la regeneración adicional para permitir la remoción de los NOx.

Para el caso del NO, se utilizan complejos quelatos (formado por un quelatante y un metal) como absorbente y no una solución acuosa debido a la baja solubilidad del NO en agua. El quelato formado por el EDTA (ácido etilendiaminotetracético) y el hierro, es aquel que ha resultado más eficiente hasta el momento. Los procesos más usados son los que producen sulfato de amonio y sulfato de sodio.

Proceso del Sulfato de Amonio. En este proceso, el gas fluye a un pre-limpiador donde se le inyecta agua para enfriarlo a una temperatura alrededor de 50° C y remover la mayoría de partículas. A continuación el gas pasa al limpiador en donde entra en contacto con una solución de (NH4)2SO3 y un quelato, tal como Fe.EDTA.

El absorbente gastado se bombea a través de un filtro de partículas a una torre de electrodiálisis en la cual se produce una regeneración parcial. Luego al absorbente parcialmente regenerado pasa a un tanque de retención en donde tienen lugar las reacciones de oxidación-reducción. El absorbente después va a un absorbedor en donde los iones de amonio que se removieron en la torre de electrodiálisis se reemplazan con la inyección de amoniaco así :

NH4HSO3 + NH3 ® (NH4)2SO3

El absorbente es retornado al limpiador. En este proceso se obtiene un subproducto, el sulfato de amonio ((NH4)2SO3).

Proceso de Sulfato de Sodio. Este proceso es similar al anterior, con la diferencia de que el absorbente es una solución de sodio (carbonato o bicarbonato de sodio) en lugar de amoniaco y que como subproducto se obtiene el sulfato de sodio.

Mediante los procesos de absorción-reducción, se pueden lograr reducciones en las emisiones de NOx y SOx alrededor del 90%, aunque su desventaja para la aplicación a nivel industrial es su complejidad química y el requerimiento de un equipo sofisticado.

Reducción de Material Particulado

La actividades industriales de la fabricación de artículos de arcilla se caracteriza por la generación de material particulado principalmente en las etapas de trituración y molienda.

A continuación se describiran algunas tecnología que disminuyen las emisiones de material particulado en las etapas anteriormente mencionadas.

Cámara de Sedimentación. Para la predepuración de la corriente de elevado contenido de polvo, siempre serán de gran interés las cámaras de sedimentación. El modo de operar de estas cámaras se basa en el principio de la disminución de la velocidad en la vena gaseosa, lo que da lugar a la sedimentación del polvo. El gas que contiene polvo se hace llegar a cámaras de gran volumen, donde la velocidad disminuye de modo correspondiente, lo que da lugar a la sedimentación de las partículas gruesas por acción de la gravedad. Para imponer a la vena cambios de dirección, para que el trayecto en que se realice la sedimentación se acorte, las cámaras disponen de chapas de choque ; con ello se eleva el rendimiento de la desempolvadura. Las cámaras de sedimentación son los dispositivos más baratos debido a la sencillez de su construcción, pero también los desempolvadores de rendimiento más bajo. Solo quedan depositadas las partículas más gruesas.

Ciclones. Un ciclón consta principalmente de dos partes, una cilíndrica y una cónica. La corriente entra por la parte alta del cuerpo cilíndrico, tangencialmente, se mueve en espiral, a lo largo de la pared hacia abajo, casi hasta la parte inferior del cono ( torbellino exterior ) , desde aquí comienza a ocupar el espacio interno del ciclón, en donde se mueve hacia arriba y también en espiral ( torbellino interior ). La fuerza centrífuga hace que las particulas de polvo del gas se depositen sobre la pared del ciclón y tanto por la acción de la gravedad, como por la del torbellino exterior, se desplazan hacia abajo. La mayor parte de las partículas cae en un colector, de donde se extraen mediante una esclusa de sectores por un tornillo sin fin.

El torbellino gaseoso que sube es el gas depurado que, sin embargo, todavía contiene cierta cantidad de finas partículas sólidas.

En la industria de los artículos de arcilla los ciclones separadores se utilizan para desempolvar los gases de hornos, trituradores, secadores, molinos, dispositivos para transporte, etc.

Filtros electrostáticos. El principio de la sedimentación de polvo se basa en aprovechar el efecto de ionización de los gases en un campo eléctrico, formado entre los electrodos emisores (negativos) y los electrodos de precipitación (positivos).

Si la tensión eléctrica entre ambos electrodos es lo suficientemente alta de 48000 - 80000 voltios, el electrodo emisor comienza a emitir electrones cargados negativamente las partículas de polvo que luego se desplazaron hacia los electrodos positivos conectados a tierra, allí se depositan y quedan neutralizados. Por percusión se suelta el polvo acumulado sobre los electrodos y cae en la cámara colectora.

Existen entonces tres procesos principales paralelos en la depuración eléctrica de la corriente.

Filtro de Mangas. Este tipo de colectores es el más eficiente, llegando en algunos casos a operar al 99.95% de eficiencia. Esto nos permite obtener la retención requerida con las normas actuales y futuras.

Usando el tipo adecuado, operando correctamente y con las telas diseñadas para las condiciones de operación también es el más económico. Consta de una caja metálica que en su interior tiene una serie de bolsas que son las que retienen el polvo dejando pasar el aire sucio.

El aire sucio es aspirado de la zona de proceso y conducido por un conducto, el cual descarga en la parte inferior del colector de la zona llamada cámara de distribución donde sufre una expansión y pérdida de velocidad, logrando con esto que las partículas grandes caigan al fondo, la presión o succión obliga a la corriente de aire a pasar a la cámara de limpieza que es donde están las bolsas, el aire limpio pasa a través de la tela de las bolsas, pero no deja pasar el polvo el cual se va acumulando en la superficie de la tela.

Conforme va pasando más aire, más polvo se deposita formando una capa cada vez más gruesa, al aumentar el espesor de ésta, va presentando mayor resistencia al paso del aire limpio, a la vez que va aumentando la capacidad de retener más partículas, esto hace que la presión aumente llegando a limitar el flujo, por lo tanto llega un momento que es necesario desprender esta capa para que la tela quede limpia otra vez y empiece un nuevo ciclo. la capa se desprende mediante un sacudido de las bolsas. Esta limpieza se lleva a cabo de diferentes maneras que influyen en la eficiencia del colector, el volumen de aire que puede manejar, la duración de las bolsas, el costo de operación y el costo del equipo.

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