Procedimiento para la purificación de gases de combustión que contienen óxidos de nitrógeno.

Procedimiento para la purificación de gases de combustión (I) que contienen óxidos de nitrógeno,

en el cual: - se hacen circular los gases calientes a purificar, a una temperatura comprendida entre 200 y 270ºC, preferentemente entre 220 y 250ºC,

- se introduce una solución de urea (2) en estos gases calientes,

- se alimentan los gases, a los cuales fue añadida esta solución de urea, en un catalizador de desnitrificación (3), y se regula el tiempo de permanencia de los gases, entre el punto de inyección de la urea y el punto de puesta en contacto de estos gases con el catalizador, y/o la temperatura de los gases entre estos dos puntos, de manera que la reacción (II) de destrucción, en amoniaco, del ácido isocíanico procedente de la descomposición (I) de la urea, donde

(I) NH2-CO-NH2 → NH3 + HNCO

y

(II) HNCO + CO-H2O → NH3 + CO2,

durante la puesta en contacto de los gases con el catalizador, es incompleta, de manera que para un mol de urea introducida en los gases, hay presente al menos 0,2 mol de ácido isociánico a nivel del catalizador, y que el ácido isociánico así presente en estos gases reacciona, en presencia del catalizador, con los óxidos de nitrógeno para reducirlos al estado de nitrógeno.

Procedimiento para la purificación de gases de combustión que contienen 6xidos de nitrógeno.º

La presente invención se refiere a un procedimiento para la purificación de gases de combustión que contienen 6xidos de nitrógeno.

Durante la combustión de materiales tales como, por ejemplo, carb6n o aceite combustible para fines de la producción de energia o bien durante la incineración de desechos, los gases procedentes de la combustión contienen una proporción apreciable de 6xidos de nitrógeno y no pueden ser evacuados a la atm6sfera sin tratamiento.

Para efectuar esta operación de reducción de los 6xidos de nitrógeno, denominada desnitrificación, son posibles tres planteamientos.

Primeramente, se puede actuar a nivel de la combustión propiamente dicha. Los quemadores denominados de "bajo Nox" se pueden utilizar en el caso de la combustión de carb6n o de aceite combustible o bien se puede modificar el exceso de aire o su nivel de manera que, en las zonas muy calientes, se minimice la formación de 6xidos de nitrógeno a partir del nitrógeno del aire. Se ha propuesto igualmente enriquecer la atm6sfera de combustión en oxigeno o reciclar el C02 para obtener este efecto. En todos los casos, estas posibilidades son limitadas y, de cualquier forma, son insuficientes si se quiere reducir en mas del 70% la cantidad de 6xidos de nitrógeno a emitir.

Un segundo planteamiento consiste en inyectar un reactivo, habitualmente amoniaco o urea, en una zona particular de la combustión. El reactivo se descompone entonces y los reactivos generados van a reaccionar para impedir la formación de los 6xidos de nitrógeno o destruir los que ya se han formado. De ahi, que entonces esta solución presenta limitaciones y es dificil sobrepasar los rendimientos de destrucción en mas del 70%, salvo que se permita una fuga de amoniaco que sobrepase la decena de miligramos por metro cubico normal, lo cual es mas de lo requerido. Para el caso en que se desee una eliminación pulsada de los 6xidos de nitrógeno, esta solución, denominada SNCR, no es por tanto la apropiada.

La tercera via posible consiste en hacer reaccionar los 6xidos de nitrógeno con un reactivo apropiado sobre un catalizador que se mantiene a una temperatura relativamente elevada. Esta solución, denominada SCR, utiliza en las grandes instalaciones amoniaco o soluciones amoniacales, o bien genera amoniaco por descomposición de urea en un reactor externo y distinto del reactor catalitico. Para aplicaciones particulares, se pueden utilizar otros reactivos, tales como propano. El catalizador contiene habitualmente 6xidos de tungsteno W203 y de vanadio V205, aunque son convenientes otras formulaciones, en particular las que contienen cobre. Esta solución, adoptada en casi todos los casos en los que se requiere una desnitrificación pulsada, ofrece entre otras ventajas, el destruir igualmente las dioxinas y los furanos en el caso de la incineración de desechos.

No obstante, la cantidad de amoniaco, reactivo normalmente utilizado, se debe adaptar cuidadosamente a la composición de los gases y a su caudal. En efecto, si no se inyecta bastante reactivo se tendra una purificación insuficiente, mientras que si se inyecta demasiado reactivo, se corre el riesgo de encontrarse con una fuga de amoniaco, es decir una situación en la cual el exceso de amoniaco no es destruido por el catalizador y en la cual este amoniaco se presenta en los gases purificados.

Ademas de este inconveniente, se sabe que a la entrada del catalizador, el amoniaco puede reaccionar con el di6xido de azufre igualmente presente en los gases de incineración o de combustión y formar sales de amonio. Estas sales de amonio, como el sulfato o el hidr6genosulfato de amonio, se pueden depositar sobre el catalizador y bloquearlo o desactivarlo. Por ultimo, se advierten reacciones entre el amoniaco y otras sales tales como NaCl o KCl, que se encuentran frecuentemente en las incineraciones. Entonces, van a tener lugar reacciones de tipo:

2 NaCl º NH3 º S02 º º 02 º Na2S04 º 2 NH4Cl 2 KCl º NH3 º S02 º º 02 º K2S04 º 2 NH4Cl Estas reacciones son perniciosas de dos maneras: primero porque el cloruro de amonio que se forma sobre el catalizador se puede sublimar con bastante facilidad y descomponerse para liberar NH3 y HCl, que se vuelven a encontrar en la chimenea. Por otra parte, se producen reacciones de tipo sólido-sólido o bien cambios de fase cristalina que agravan los problemas de adherencia y de ensuciamiento del catalizador. Tales fenómenos, que conducen al taponamiento de los lechos de catalizador y a su desactivación, tienen lugar igualmente.

Por ultimo, las soluciones amoniacales o el amoniaco presentan serios problemas de seguridad. Se ha propuesto muchas veces utilizar urea como reactivo en lugar del amoniaco. Por ejemplo, en el documento US 6, 805, 849 se utiliza urea pero con un catalizador de oxidación especial. El documento US 5, 281, 403 describe un metodo de conversión y de inyección y dispone un catalizador en el interior de la lanza de inyección. El documento US 7, 090, 810 utiliza un flujo derivado de los gases a tratar, para hacer la conversión. Todas estas invenciones aportan un punto de complejidad al sistema y apuntan a convertir tambien lo mas completamente posible la urea en amoniaco, agua y gas carb6nico antes del catalizador principal de la SCR.

Por ultimo, el documento W0 98/22209 A describe un procedimiento de purificación de los gases de combustión que contienen 6xidos de nitrógeno, en el cual:

- se hacen circular los gases calientes a purificar, a una temperatura comprendida entre 200 y 270º C,

- se introduce una solución de urea en estos gases calientes,

- se alimentan los gases, a los cuales se anadi6 esta solución de urea, con un catalizador de desnitrificación, y

- se regulan el tiempo de permanencia de los gases, entre el punto de inyección de urea y el punto de puesta en contacto de estos gases con el catalizador, y/o la temperatura de los gases entre estos dos puntos, con objeto de que el acido isocianico procedente de la descomposición de la urea este presente en estos gases puestos en contacto con el catalizador y reaccione alli con los 6xidos de nitrógeno para reducirlos al estado de nitrógeno.

Habiendose precisado esto, la invención tiene la finalidad de proponer un procedimiento que permite reducir sensiblemente la aparición de fugas de amoniaco, mencionada anteriormente, al tiempo que limita sustancialmente el ensuciamiento del catalizador debido a la presencia de sales, como se ha especificado anteriormente.

A este efecto, tiene por objeto un procedimiento de purificación de gases de combustión segun la reivindicación 1 anexa.

Segun una caracteristica ventajosa, el tiempo de permanencia de los gases entre el punto de inyección de la urea y el punto de puesta en contacto de los gases con el catalizador esta comprendido entre 0, 5 y 3 segundos.

La invención se va a describir a continuación, en referencia a los dibujos anexionados, dados unicamente a titulo de ejemplo no limitativo, en los cuales:

- la figura 1 es una vista esquematica, que muestra una instalación de purificación de gases que permite la realización del procedimiento conforme a la invención; y

- la figura 2 es una grafica, que muestra las diferentes reacciones que intervienen durante la ejecución de este procedimiento.

La figura 1, que representa una disposición tipica de SCR, ayuda a comprender mejor la invención. Los gases a tratar 1, todavia no purificados de sus 6xidos de nitrógeno, se conducen a un conducto 100, a una temperatura comprendida entre 200 y 270º C y, preferentemente, entre 220 y 250º C. Una solución de urea 2 se introduce por las toberas de atomización 101, que son de una tecnologia en si conocida. La solución de urea, en una concentración comprendida entre 10 y 60%, se introduce de forma continua y se regula de modo a obtener la reducción deseada de la concentración de 6xidos de nitrógeno.

En contacto con los gases calientes, la solución 2 atomizada en estado de finas gotitas por las toberas 101, se evapora rapidamente. Las mezcladoras estaticas 102, de tecnologia en si conocida, homogeneizan el flujo gaseoso.

Segun el procedimiento objeto de la invención, en la zona A, situada entre las toberas de inyección 101 y un lecho de catalizador 3 de tipo conocido, tiene lugar una descomposición parcial de la urea en acido isocianico y amoniaco. Como se puede ver, se trata sin embargo de ajustar los parametros de esta descomposición,... [Seguir leyendo]