Procedimiento para el tratamiento de cloruro alcalino en fase gaseosa en una instalación de combustión, instalación de combustión para llevar a cabo el procedimiento , y el uso de una sustancia fosforada para el tratamiento de cloruro alcalino en fase gaseosa en una instalación de combustión.

Procedimiento para el tratamiento de cloruros alcalinos en fase gaseosa en una instalación de combustión que está preparada para la combustión de combustible sólido y que comprende una cámara de combustión de la que parte un flujo de gases de escape que se hace pasar a través de un dispositivo de transferencia de calor,

y el procedimiento se caracteriza por las etapas de

- adición de una sustancia fosforada, aparte del combustible, al flujo de gases de escape, escogiéndose la sustancia entre un grupo de sustancias que forman óxido de fósforo a temperaturas de combustión de 500 ºC o superiores; en el que la sustancia fosforada se distribuye en los gases de escape en un punto anterior al dispositivo de transferencia de calor, visto en la dirección del flujo de los gases de escape, y en el que la sustancia fosforada se añade hasta una cantidad que dé lugar a la fosfatación del cloruro alcalino en fase gaseosa incluido en los gases de escape antes de que los cloruros lleguen al dispositivo de transferencia de calor.

Procedimiento para el tratamiento de cloruro alcalino en fase gaseosa en una instalación de combustión, instalación de combustión para llevar a cabo el procedimiento, y el uso de una sustancia fosforada para el tratamiento de cloruro alcalino en fase gaseosa en una instalación de combustión

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere, en un primer aspecto, a un procedimiento para reducir la corrosión en instalaciones de combustión producida por el cloro del cloruro alcalino que se forma en la combustión de combustibles sólidos que contienen cloro, y dicho procedimiento incluye el tratamiento para convertir el cloro en un compuesto menos corrosivo. En un segundo aspecto, la invención se refiere a una instalación de combustión preparada para llevar a cabo el procedimiento. En un tercer aspecto, la invención se refiere al uso de una sustancia fosforada en una instalación de combustión para el tratamiento del cloruro alcalino en fase gaseosa y su conversión en un fosfato menos corrosivo.

ANTECEDENTES Y TÉCNICA ANTERIOR

Entre los expertos en la materia, es conocido el problema que plantea la corrosión en las instalaciones de combustión causada por el cloro que se forma en la combustión de combustibles que contienen cloro. Se suele dar por sentado que los gases de combustión transportan el cloro en forma de cloruro alcalino en fase gaseosa (en la combustión de combustibles de madera, principalmente como cloruro de potasio KCl) o, como otra posibilidad, en forma de aerosoles muy pequeños de cloruro alcalino, hasta la superficie de sobrecalentadores y otros componentes que se exponen a los gases de escape en la instalación de combustión. Las reacciones entre el cloruro alcalino y óxido de hierro, por ejemplo, que pueden producirse sobre dichas superficies, dan lugar a la formación de cloro libre, el cual es altamente corrosivo en este estado.

También se sabía que la adición de azufre al combustible puede producir un efecto favorable para la reducción de la corrosión provocada por el cloro. La técnica anterior incluye también la adición de azufre aparte del combustible, como, por ejemplo, en los gases de escape en un punto posterior a la zona de combustión propiamente dicha. El objeto de estas soluciones consiste en proporcionar dióxido de azufre o trióxido de azufre reactivos para sulfatar cloruro alcalino en fase gaseosa, antes de que éste alcance las superficies de la instalación de combustión que están expuestas a la corrosión provocada por el cloro. Podemos encontrar ejemplos de estas soluciones, entre otros, en los documentos DE 19849022 y WO 02/059526.

Se cree que la capacidad del azufre para reducir el contenido de cloro en depósitos acumulados sobre dispositivos de transferencia de calor tiene su origen en la conversión de cloruro alcalino en sulfato alcalino que se produce en los gases de escape, antes de alcanzar los dispositivos de transferencia de calor, de acuerdo con la siguiente fórmula:

2KCl + SO2 + ½ O2 + H2O ↔ K2SO4 + 2HCl (1) ,

cuyo equilibrio está desplazado a la derecha cuando los gases de escape se encuentran a temperaturas por debajo de 800 ºC.

Las mediciones han señalado que es necesaria una concentración bastante alta de SO2 en los gases de escape para reducir el KCl de manera significativa con temperaturas de los gases de escape de entre aproximadamente 500 y 1200 ºC, que coinciden con el intervalo de temperaturas en el que funcionan los sobrecalentadores en el tipo más común de instalaciones de combustión. Por ejemplo, las mediciones obtenidas al quemar virutas de madera han señalado que es necesario un contenido de SO2 en los gases de escape correspondiente a entre aproximadamente 50 y 150 mg de S / MJ (megajulio) de combustible para lograr una reducción del 50% en el contenido de cloruro de potasio en los gases de escape anterior al paso por los sobrecalentadores. Esto coincide con la proporción molar de S/Cl en los gases de escape de aproximadamente 3 a 10. El aumento en el contenido de dióxido de azufre en los gases de escape entraña consecuencias negativas tales como un aumento en las emisiones de SO2 desde la instalación (problemas con la normativa sobre emisiones y licencias ambientales) y un aumento en el riesgo de corrosión a baja temperatura. El motivo de que sea necesaria tal abundancia de SO2 radica en que la reacción (1) está limitada cinéticamente a la temperatura de los gases de escape en cuestión, y, por tanto, no le da tiempo a alcanzar el equilibrio antes de que el cloruro se encuentre con los sobrecalentadores.

La reacción (1) es una reacción global que incluye una pluralidad de subetapas. La siguiente se considera una subetapa importante:

SO2 + O (+ M) ↔ SO3 (+ M) (2) ,

en la que M actúa como catalizador de la oxidación. El trióxido de azufre formado reaccionará a su vez con el cloruro alcalino de acuerdo con la siguiente fórmula:

2KCl + SO3 + H2O ↔ K2SO4 + 2HCl (3) ,

M puede ser, por ejemplo, óxido de hierro. El equilibrio de la reacción (2) se desplaza hacia la derecha al disminuir la temperatura. A temperaturas de aproximadamente 700 ºC, el contenido de SO2 y SO3 es, respectivamente, igualmente grande en situación de equilibrio (dependiendo del contenido de azufre y del contenido de oxígeno) . En ausencia del catalizador M, la reacción (2) es lenta a temperaturas por debajo de 900 ºC. En los gases de escape, la concentración de M es normalmente lenta en relación con el oxígeno y el trióxido de azufre reactivos en fase gaseosa. A consecuencia de ello, solo a una mínima parte del dióxido de azufre le da tiempo a oxidarse y convertirse en trióxido de azufre antes de que los gases de escape salgan de la instalación. Esto se ha comprobado mediante mediciones del contenido de SO3 en los gases de escape a aproximadamente 150 ºC, que indican que solo entre aproximadamente el 1 y el 3% del contenido total de óxido de azufre en fase gaseosa se encuentra como SO3.

El problema de garantizar el acceso a las cantidades necesarias de SO3 reactivo se resuelve de forma satisfactoria en el documento WO 02/059526, que describe la adición de compuestos sulfurados que forman instantáneamente SO3 para sulfatar cloruro alcalino en fase gaseosa en el intervalo de temperatura señalado.

No obstante, un problema aún no resuelto consiste en que, en determinadas condiciones de funcionamiento, el sulfato resultante es inestable, lo cual puede dar lugar a una disminución en el efecto técnico.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto eliminar el problema y proporcionar una solución alternativa para evitar o, al menos, reducir la corrosión causada por el cloro en las instalaciones de combustión.

El objeto se cumple de acuerdo con la invención en un procedimiento tal como se define en la reivindicación 1. Además, en analogía con el procedimiento, se proporciona una instalación de combustión, así como el uso de una sustancia fosforada para cumplir el objeto de la invención.

En pocas palabras, el objeto mencionado se cumple al convertir el cloruro alcalino altamente corrosivo en fosfato menos corrosivo mientras se encuentra en fase gaseosa en los gases de escape. A continuación, se explica la invención con más detalle haciendo referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

A este respecto, la expresión «sustancia fosforada» se entenderá como una sustancia o compuesto en el que se incluye el fósforo, cuyo símbolo químico es P, como producto de descomposición que se libera, aislado o con otra sustancia, dentro de un intervalo de temperaturas empleado habitualmente en una instalación de combustión preparada para la combustión de combustibles sólidos. La expresión «instalación de combustión» se refiere a la parte de una instalación de producción de calor que incluye la cámara de combustión propiamente dicha y su prolongación más allá de los dispositivos de transferencia de calor mediante los que se extrae el calor de los gases de escape. Se considerará que la expresión «sobrecalentador» queda englobada en la expresión «dispositivo de transferencia de calor». «Combustible sólido» da a entender que una parte importante del combustible consiste en material sólido. Entre los típicos ejemplos de combustibles se encuentran biocombustibles como los residuos urbanos, madera reciclada y residuos forestales, o combustibles fósiles como el lignito y la turba, así como combustibles, no mencionados en la presente memoria descriptiva, que contienen cloro y que se convierten en cloruro alcalino durante su combustión. «Gases de escape» se refiere a los gases calientes que se forman con la combustión del combustible... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el tratamiento de cloruros alcalinos en fase gaseosa en una instalación de combustión que está preparada para la combustión de combustible sólido y que comprende una cámara de combustión de la que parte un flujo de gases de escape que se hace pasar a través de un dispositivo de transferencia de calor, y el procedimiento se caracteriza por las etapas de

- adición de una sustancia fosforada, aparte del combustible, al flujo de gases de escape, escogiéndose la sustancia entre un grupo de sustancias que forman óxido de fósforo a temperaturas de combustión de 500 ºC o superiores; en el que la sustancia fosforada se distribuye en los gases de escape en un punto anterior al dispositivo de transferencia de calor, visto en la dirección del flujo de los gases de escape, y en el que la sustancia fosforada se añade hasta una cantidad que dé lugar a la fosfatación del cloruro alcalino en fase gaseosa incluido en los gases de escape antes de que los cloruros lleguen al dispositivo de transferencia de calor.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque la sustancia fosforada se escoge entre un grupo de sustancias fosforadas solubles en agua y añadidas como solución acuosa.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque la sustancia fosforada se añade en forma de suspensión que comprende partículas sólidas de la sustancia mezcladas en líquido, por ejemplo agua.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque la sustancia fosforada se añade de forma neumática.

5. El procedimiento de la reivindicación 2, caracterizado porque la sustancia fosforada es ácido fosfórico (H3PO4) .

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la sustancia fosforada es un fosfato.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, caracterizado porque la sustancia fosforada es una o varias de entre: fosfato de aluminio AlPO4, fosfato de hierro (III) FePO4 o fosfato de hierro (II) Fe3 (PO4) 2.

8. El procedimiento de la reivindicación 6, caracterizado porque la sustancia fosforada es una forma de fosfato de amonio, como: fosfato de amonio ( (NH4) ) 3PO4, dihidrógenofosfato de amonio ( (NH4) H2PO4) o hidrógenofosfato de diamonio ( (NH4) 2 HPO4) .

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sustancia fosforada se escoge entre un grupo de sustancias fosforadas que proporcionan una reacción con cloruros metálicos alcalinos en fase gaseosa de acuerdo con la fórmula general:

MCl + PO + H2O ↔ MPO + HCl,

en la que MCl representa un cloruro metálico y PO representa un óxido de fósforo.

10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sustancia fosforada se introduce en la zona de la posición de la última inyección de aire en la cámara de combustión, visto en la dirección del flujo de los gases de escape, preferentemente en un punto posterior a dicha posición de inyección de aire.

11. Instalación de combustión preparada para la combustión de combustible sólido y que comprende una cámara de combustión (2) desde la cual se conduce el gas para hacerlo pasar por un dispositivo de transferencia de calor (5) , caracterizada porque la instalación de combustión se encuentra en comunicación fluida con una fuente (9) de sustancia fosforada, y comprende unos medios (7) para introducir la sustancia fosforada en el flujo de gases de escape, aparte del combustible, a una temperatura de los gases de escape de 500 ºC o más, en un punto anterior al dispositivo de transferencia de calor, visto en la dirección de flujo de los gases de escape.

12. La instalación de combustión de la reivindicación 11, que además comprende la inyección de un suministro de aire para la combustión, caracterizada porque dicha comunicación fluida desde la fuente de aditivo (9) desemboca de manera ventajosa en la cámara de combustión en la zona, o en un punto posterior, de la posición de inyección de aire que ocupa el último lugar, visto en la dirección de flujo de los gases de escape.

13. El uso de una sustancia fosforada para fosfatar cloruro alcalino en fase gaseosa en una instalación de combustión preparada para la combustión de combustible sólido.

14. El uso de una sustancia fosforada para fosfatar cloruro alcalino en fase gaseosa de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la sustancia es ácido fosfórico (H3PO4) .

15. El uso de una sustancia fosforada para fosfatar cloruro alcalino en fase gaseosa de acuerdo con la reivindicación 5 13, en el que la sustancia es un fosfato.

16. El uso de una sustancia fosforada para fosfatar cloruro alcalino en fase gaseosa de acuerdo con la reivindicación 15, en el que la sustancia es una o varias de entre: fosfato de amonio ( (NH4) 3PO4) , dihidrógenofosfato de amonio ( (NH4) H2PO4) , hidrógenofosfato de diamonio ( (NH4) 2 HPO4) ,