Inyección en conducto dirigida para el control de SO3.

Un proceso para la reducción de emisiones de NOx y SO3 a partir de la combustión de un combustible carbonáceo que contiene azufre en la zona de combustión

(20) de un combustor (10), que comprende:

someter a combustión un combustible carbonáceo que contiene azufre con un exceso total de oxígeno para formar gases de combustión que comprenden NOx, SO2 y SO3;

introducir un agente de control de NOx que contiene nitrógeno en los gases de combustión en un punto aguas arriba de un catalizador de reducción catalítica selectiva (32) para la reducción de NOx; y

tras el catalizador y antes del contacto con el dispositivo de calentamiento de aire (23) para el calentamiento del aire de combustión entrante, introducir hidróxido de magnesio en cantidades y con tamaños de gota y concentraciones eficaces para formar partículas con tamaño nanométrico en el efluente y reducir el SO3 provocado por la oxidación de SO2.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2006/003976.

Solicitante: FUEL TECH, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 512 KINGSLAND DRIVE BATAVIA, IL 60510-2299 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: SUN, WILLIAM, H., SMYRNIOTIS,CHRISTOPHER R.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Separación de gases o de vapores; Recuperación... > B01D53/60 (Eliminación simultánea de óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno)

PDF original: ES-2527422_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Inyección en conducto dirigida para el control de S3 Campo de la invención

La presente invención se refiere a un proceso que elimina las restricciones sobre las técnicas probadas de reducción de NOx y S3, proporcionando un tratamiento especializado con introducción de reactivo eficazmente controlada para mantener la rentabilidad al tiempo que se abordan los serios problemas de control de emisiones.

La combustión de combustibles carbonáceos tiene como resultado invariable la contaminación. La regulación de la calidad de las emisiones procedentes de fuentes de combustión resulta esencial para mantener la calidad del aire que se necesita para la supervivencia. La tecnología de tratamiento de emisiones y reducción de la generación de gases nocivos ha avanzado en gran medida hacia la consecución de los objetivos normalmente propuestos de aire puro y costes razonables. Desafortunadamente, se ha comprobado que algunas soluciones tecnológicas son competitivas con respecto a otras. En estos casos, la implementación de las mismas, al mismo tiempo, con frecuencia es demasiado costosa o técnicamente complicada, lo cual tiene como resultado que las plantas antiguas o las que tienen una disponibilidad espacial insuficiente han disminuido o su actividad se ha interrumpido. La operación rentable de las plantas de generación de energía y las incineradoras es una cuestión de interés público, y las nuevas tecnologías resultan esenciales en este sentido.

La selección de combustibles fósiles tales como gas natural puede reducir algunos problemas ambientales, pero no puede eliminarlos. De manera invariable, los óxidos de nitrógeno (NOx) se forman en la combustión y, con frecuencia, se tratan por medio de reacciones no catalíticas selectivas (SNCR) o reacciones catalíticas selectivas (SCR). La combustión de otros combustibles, tales como aceite N2. 6, crean NOx y pueden provocar otros problemas para los operadores de calderas - incluyendo la formación de escoria a temperatura elevada / obstrucciones y corrosión eutéctica relacionada, erosión final en frío / obstrucción y cuestiones de opacidad relacionadas con las partículas de carbono y con la bruma ácida. En la zona de combustión, el azufre del aceite (por ejemplo, 1-5 %) se auto-cataliza para dar trióxido de azufre (SO3), que puede condensar en forma de ácido sulfúrico sobre las superficies finales posteriores (en las cuales se ha reducido la temperatura normalmente hasta menos de aproximadamente 15 2C) y favorece la corrosión y el penacho ácido. Además, SO3 puede tener como resultado la oxidación por medio de catalizadores de SCR.

Para el control de S3, la inyección de material alcalino tal como hidróxido de magnesio resulta útil; pero normalmente tiene como resultado la acumulación de sólidos a lo largo de la pared y el suelo, debido a la falta de idoneidad de las propiedades del material, diseño de equipo y proceso de inyección. La acumulación de sólidos puede conducir a la merma de un combustor o proceso. La acumulación de sólidos también conduce al uso ineficaz del reactivo. Incluso con un reactivo de control de S3 en el combustible o inyectado en los gases de combustión, sigue habiendo S3; y el efluente que alcanza el extremo frío puede provocar problemas debido a su pH ácido y la presencia de demasiado S3. El pH bajo puede afectar negativamente a la eliminación de cenizas volantes y a la corrosión final en frío.

El vapor de S3 se convierte fácilmente en ácido sulfúrico gaseoso cuando se combina con vapor de agua en los gases de combustión. Debido a que las temperaturas superficial y de gas se enfrían a través del sistema, los vapores de S3 forman una bruma de aerosol de ácido sulfúrico. El aerosol ácido contiene partículas submicrónicas de ácido, que pueden evitar la separación o captura en los dispositivos de depuración de gases y salir por la chimenea. Incluso concentraciones de S3 relativamente bajas que salen por la chimenea provocan una dispersión significativamente ligera y pueden crear fácilmente un penacho visible y una lectura de opacidad elevada. Como regla general, cada 1 parte por millón en volumen de S3 contribuye con un 1 a un 3 % de opacidad. De este modo, las concentraciones de gases de escape de únicamente 1 a 2 ppm de S3 pueden provocar opacidad y problemas de penacho ácido. Además, la deposición o la formación de ácido sobre cualesquiera superficies metálicas por debajo del punto de rocío ácido provoca corrosión dentro de la unidad, tal como en el dispositivo de calentamiento de aire, la canalización y los revestimientos de la chimenea.

La presencia de una unidad de SCR puede aumentar de manera adicional el problema de S3 por medio de la oxidación de SO2 hasta S3. No resulta común que los niveles de S3 alcancen un valor del doble (o más) a través del catalizador de SCR en un sistema típico de reducción de NOx SCR, haciéndose pasar el efluente que contiene NOx sobre un catalizador apropiado que reduce NOx a nitrógeno (N2) y agua (H2O) por medio de un reactivo que comprende amoníaco (NH3), urea [(NH2)CO(NH2)j o similares. El catalizador eficaz para reducir NOx en presencia de estos reactivos, también favorece en gran medida la oxidación de SO2 a S3. En algunos casos, SO2 también se puede oxidar a S3 por medio de otro equipo. Existe una necesidad evidente de reducir NOx, pero también se debe controlar el peligro de S3 generado por medio de un SCR u otra unidad oxidante.

Las unidades de SCR son grandes y costosas. Para resultar eficaces, deben operar a temperaturas relativamente bajas y, con frecuencia, rellenan todo el espacio disponible entre el combustor y un dispositivo de calentamiento de aire que usa una capacidad de calentamiento residual del efluente a calentar que penetra en el aire de combustión.

Debido a la operación típica a baja temperatura y la presencia de concentraciones significativas de SO3 tras la unidad de SCR, en ocasiones resulta necesario calentar el efluente para evita el penacho de corrosión, la opacidad y los problemas relacionados. El calentamiento de esta manera es una fuente adicional de ineficacia, y resultaría beneficioso si existiera una forma de evitarlo.

Históricamente, se ha reducido SO3 por medio de la introducción de un agente de tratamiento de SO3 tal como hidróxido de magnesio en posiciones apropiadas en la canalización. No todos los agentes de tratamiento alcalinos resultan útiles debido a que SO3 también reacciona con el vapor de agua y amoníaco usados para la reacción de SCR con el fin de formar sulfato de amonio y bisulfato de amonio. Ambas sales de amonio pueden provocar problemas de obstrucción y corrosión en el sistema. El bisulfato de amonio tiene un punto de fusión por debajo de 149 2C (3 2F) y el sulfato de amonio justo por encima de 232 2C (45 2F), lo que les convierte en masa fundida o pegajosos a las temperaturas típicas de operación de SCR y dispositivo de calentamiento de aire y aumenta la posibilidad de que revistan, obstruyan o provoquen corrosión del dispositivo de calentamiento de aire. La cal no se puede usar de forma práctica para eliminar SO3 ya que reacciona para formar yeso, que también puede provocar problemas de obstrucción. El yeso forma un depósito duro y no desmenuzable con una solubilidad muy baja que resulta difícil de retirar. Desde este punto de vista, hidróxido de magnesio puede ser mejor, pero no se ha introducido con eficacia aguas abajo del catalizador, debido al tamaño de partícula y los problemas de distribución.

Por ejemplo, el documento US 2418133 describe la introducción de compuestos de magnesio en el horno para reaccionar con SO3 dentro del horno.

Existe la necesidad de un proceso mejorado que pueda aumentar la compatibilidad de los tratamientos de SCR para los combustibles que contienen azufre... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso para la reducción de emisiones de NOx y SO3 a partir de la combustión de un combustible carbonáceo que contiene azufre en la zona de combustión (2) de un combustor (1), que comprende:

someter a combustión un combustible carbonáceo que contiene azufre con un exceso total de oxígeno para formar gases de combustión que comprenden NOx, S2 y S3;

introducir un agente de control de NOx que contiene nitrógeno en los gases de combustión en un punto aguas arriba de un catalizador de reducción catalítica selectiva (32) para la reducción de NOx; y

tras el catalizador y antes del contacto con el dispositivo de calentamiento de aire (23) para el calentamiento del aire de combustión entrante, introducir hidróxido de magnesio en cantidades y con tamaños de gota y concentraciones eficaces para formar partículas con tamaño nanométrico en el efluente y reducir el S3 provocado por la oxidación de S2.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se emplea dinámica de fluidos computacional para determinar los caudales y seleccionar las tasas de introducción de reactivo, ubicación(es) de introducción de reactivo, concentración de reactivo, tamaño de gota de reactivo y/o momento de reactivo.

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se introduce un catalizador de combustión y/o un agente de tratamiento de efluente en la zona de combustión del combustor.

4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en el que se emplea dinámica de fluidos computacional para determinar los caudales y seleccionar las tasas de introducción de reactivo, ubicación(es) de introducción de reactivo, concentración de reactivo, tamaño de gota del reactivo y/o momento del reactivo.

5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se diluye hidróxido de magnesio tal como se determina por medio de dinámica de fluidos computacional dentro del intervalo de un ,1 a un 2 %.

6. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en el que se diluye hidróxido de magnesio tal y como se determina por medio de dinámica de fluidos computacional dentro del intervalo de un 1 a un 1 %.

7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el efluente que se encuentra en el espacio existente entre el catalizador y el dispositivo de calentamiento de aire entra en contacto con la suspensión de hidróxido de magnesio y provoca la reducción a partículas de tamaño nanométrico por debajo de 2 nanómetros.