Tema 7: Control y Tratamiento de la Contaminación Atmosférica PDF

Control y Tratamiento de la Contaminación Atmosférica 4º Curso del Grado en Ingeniero Químico Industrial Tema 7 TÉCNICAS ESPECÍFICAS DE CONTROL DE EMISIÓN DE GASES CONTAMINANTES (Parte 1): ÓXIDOS DE AZUFRE Profesora: Yolanda FERNÁNDEZ NAVA...

Control y Tratamiento de la Contaminación Atmosférica 4º Curso del Grado en Ingeniero Químico Industrial Tema 7 TÉCNICAS ESPECÍFICAS DE CONTROL DE EMISIÓN DE GASES CONTAMINANTES (Parte 1): ÓXIDOS DE AZUFRE Profesora: Yolanda FERNÁNDEZ NAVA 1  CONTENIDO Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE 1. Problemática de los óxidos de azufre. 2. Técnicas de control de óxidos de azufre 3. Procesos basados en la desulfuración del combustible 4. Control de óxidos de azufre en el proceso de combustión 5. Procesos de desulfuración de los gases de combustión 5.1. Desulfuración por vía húmeda 4.1.1. Aspectos generales de la desulfuración por vía húmeda 4.1.2. Procedimientos de desulfuración por vía húmeda 5.2. Otros métodos 2  PROBLEMÁTICA DE LOS ÓXIDOS DE AZUFRE Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE  El azufre es un componente de todos los combustibles fósiles, con un contenido que varía entre el 0.1 y más del 5%  Al quemar estos combustibles (Ejemplo: centrales térmicas) se genera SO2 según la reacción: S  O2 SO2  En la atmósfera el SO2 reacciona con otros contaminantes atmosféricos:  En presencia de sustancias catalizados 1 Catalizador SO2  O2 SO3 Catalizador: Óxido metálico, partículas, óxidos de nitrógeno 2  En presencia de algunos óxidos metálicos 4 MgO  4 SO2 3 MgSO4  MgS  En atmósfera con alto contenido en humedad Catalizador 2 SO2  2 H 2 O  O2 2 H 2 SO4 Catalizador: Sales metálicas SO3  H 2 O H 2 SO4  Problemas ambientales:  Lluvia ácida  Smog “gris” o de invierno 3  TÉCNICAS DE CONTROL DE ÓXIDOS DE AZUFRE Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE  MÉTODOS GENERALES DE CONTROL  Tratamientos previos a la combustión DESULFURACIÓN DEL COMBUSTIBLE  Tratamientos durante la combustión INYECCIÓN DE REACTIVOS ALCALINOS EN EL HORNO  Tratamientos post-combustión DESULFURACIÓN DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN 4  MÉTODOS DE CONTROL PREVIOS A LA COMBUSTIÓN Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE  CAMBIO A UN COMBUSTIBLE CON MENOS AZUFRE - Gas natural - Fuels con bajo contenido en azufre - Carbones con bajo contenido en azufre  USO DE COMBUSTIBLES DESULFURIZADOS - CARBÓN: S en forma de pirita  métodos físico/químicos S químicamente ligado  Gasificación o conversión - PETRÓLEO: Oxidación o reducción Eliminación de SH2 mediante absorción - GAS NATURAL: Presencia de SH2  Eliminación mediante absorción http://www.dicyt.com/noticias/la-universidad-de-leon-experimenta-un-proceso-de- desulfuracion-del-carbon-mediante-microorganismos 5  CONTROL DE ÓXIDOS DE AZUFRE EN EL PROCESO DE COMBUSTIÓN Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE  El absorbente está en forma de polvo.  Se añade en la zona de combustión.  Generan problemas de partículas  Se suele emplear en calderas industriales e incineradores. 6  DESULFURACIÓN DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE  Gases con alta concentración en SO2: Oxidación a SO3 y obtención de H2SO4 1 Al disminuir la T el equilibrio se desplaza a la SO2  O2 SO3  22,6 kcal derecha 2 Se opera en etapas, enfriando los gases de una etapa a otra Catalizador de V2O5 sobre zeolitas 7  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Aspectos generales Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE  Gases con baja concentración en SO2  DESULFURACIÓN  El absorbente es una disolución: Disolución acuosa o lechada de un material alcalino  Los productos finales están en forma de lodo.  Se suelen emplear en centrales térmicas  Se clasifican en: Procedimientos no regenerativos: El reactivo no se recupera y los residuos finales se suelen acumular en el campo o en piscinas apropiadas. Son los más empleados Procedimientos regenerativos: El reactivo se recupera continuamente en un sistema de circuito cerrado, al tiempo que el SO2 se convierte en subproductos: compuestos de azufre (H2SO4 o SO2 concentrado) o en azufre elemental.  Emplean 2 sistemas colectores: uno para partículas y otro para el SO2 8  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Aspectos generales Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE PARÁMETROS A TENER EN CUENTA  Relación Líquido/Gas Cuanto menor sea este número menor cantidad de líquido lavador necesitamos y por tanto menor gasto y menor dimensionado de las instalaciones  pH Dependiendo del sistema empleado, el pH se debe de mantener dentro de unos límites para asegurar una alta solubilidad del SO2 y la no formación de costras  Velocidad del gas Para minimizar los costes los lavadores se diseñan a la máxima velocidad del gas posible, minimizando el tamaño de la vasija  Tiempo de residencia El gas debe permanecer dentro de la vasija el tiempo suficiente para que la mayor cantidad posible de SO2 sea absorbida. Los tiempos de residencia van desde centésimas de segundo en un lavador Venturi a varios segundos en uno de placas. 9  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Procedimientos Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE DESULFURACIÓN CON CAL (CaO) O CALIZA (CaCO3)  Si se utiliza cal, se hidrata previamente para formar hidróxido cálcico CaO  H 2 O Ca(OH ) 2  Calor  El SO2 reacciona con la lechada para formar sales adicionales de sulfitos y sulfatos  Reacciones: SO 2  H 2 O  H 2 SO 3  H   HSO 3-  H   SO 32- Con cal: SO 2 (g)  Ca(OH) 2 (s)  H 2 O Ca SO 3 ·1/2 H 2 O (s)  3/2 H 2 O (l) Con caliza: SO 2 (g)  CaCO 3 (s)  1/2 H 2 O Ca SO 3 ·1/2 H 2 O (s)  CO 2 Si hay suficiente oxígeno: Ca SO 3 · 1/2 H 2 O (s)  3/2 H 2 O (l)  1/2 O 2 (g)  Ca SO 4. 2 H 2 O (s) 10  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Procedimientos Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE DESULFURACIÓN CON CAL (CaO) O CALIZA (CaCO3) Rendimientos de un 60 a un 90% para carbones con un contenido en S de un 0,3 a 5%. Los sólidos se separan continuamente de la lechada y el líquido remanente se recircula a la torre de depuración después de haber añadido nuevas cantidades de cal o caliza 11  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Procedimientos Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE DESULFURACIÓN CON CAL (CaO) O CALIZA (CaCO3) PROBLEMAS ASOCIADOS  Corrosión Los gases de escape provenientes de la combustión pueden contener pequeñas cantidades de muchos productos químicos (Ej: Cloruros)  Depósito de sólidos, incrustaciones y taponamientos Los productos obtenidos tras el tratamiento (Sulfito y Sulfato de calcio) son poco solubles en agua, formando precipitados sobre superficies sólidas SOLUCIÓN: añadir sulfato de magnesio a la lechada de cal  Mala utilización del reactivo Los precipitados formados a partir de los productos obtenidos tras el tratamiento pueden depositarse sobre las partículas de reactivo, bloqueando de esta manera su acceso a la solución lavadora  Necesidad de recalentar el gas residual purificado Como consecuencia del proceso, los gases de combustión se enfrían hasta 50ºC, lo que provoca condensaciones en los conductos de salida y a formación de plumas visibles. SOLUCIÓN: Recalentar los gases de salida lo cual tiene la ventaja de aumentar la flotabilidad del mismo y por tanto una mejor dispersión 12  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Procedimientos Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE DESULFURACIÓN CON CAL (CaO) O CALIZA (CaCO3) Esquema de la preparación del reactivo 13  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Procedimientos Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE DESULFURACIÓN CON CAL (CaO) O CALIZA (CaCO3) Intercambiador de calor regenerativo Gas hacia Gas de chimenea combustión Aprovecha el calor de los gases de combustión para recalentar los gases a la salida del absorbedor. Al ceder su calor, los gases de combustión se enfrían, lo que permite alcanzar la temperatura óptima para el proceso de absorción (80ºC). Gas salida absorbedor Gas entrada absorbedor 14  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Procedimientos Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE DESULFURACIÓN CON SULFITO DE SODIO (Na2SO3) SO 2 (g)  Na 2 SO 3 (l)  H2O 2NaHSO 3 (l) El bisulfito se trata en un evaporador, produciéndose a la vez, dióxido de azufre, vapor de agua y sulfito sódico 2NaHSO 3 (l)  calor Na 2 SO 3  H 2 O(g)  SO 2 (g, conc) No plantea problema de costras, pues productos obtenidos son muy solubles. Problemas: El reactivo debe de ser muy puro por lo que se suele emplear en pequeñas calderas industriales. Muy caro cuando el contenido de S es alto El SO2 es transformado en azufre 15  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Procedimientos Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE DESULFURACIÓN CON DOBLE ÁLCALI  Se realiza un primer tratamiento con sosa cáustica que conduce a la formación de sulfito de sodio SO 2  2 Na(OH) Na 2 SO 3  H2O  Posteriormente el producto se mezcla con lechada de cal para conseguir precipitar el sulfito de calcio y regenerar la sosa Na 2 SO 3  Ca(OH) 2 CaSO 3 (s)  2 Na(OH)  La solución alcalina de sodio se regenera continuamente y es recirculada al absorbedor de la etapa primera  Este método presenta altos rendimientos y poca formación de costras 16  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Procedimientos Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE DESULFURACIÓN CON DOBLE ÁLCALI 17  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Procedimientos Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE DESULFURACIÓN CON ÓXIDO DE MAGNESIO  Es similar al de la lechada de cal, solo que con óxido de magnesio en vez de óxido de calcio.  Ventaja: el sulfito o sulfato de magnesio se puede calcinar fácilmente. En el proceso de calcinación se regenera el óxido de magnesio y dióxido de azufre que se puede emplear para otros propósitos (p.e. fabricar ácido sulfúrico).  Apenas si se generan lodos 18  DESULFURACIÓN HÚMEDA: Equipamiento Tema 7 (Parte 1). ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE AZUFRE Columnas de absorción tipo spray 19