Método de regeneración de catalizadores SCR envenenados por componentes fosforados de los gases de combustión.

Un método para regenerar un catalizador SCR envenenado con fósforo,

comprendiendo el método tratar elcatalizador envenenado con fósforo con un hidróxido de metal alcalino a un pH de 10 a 14.

Método de regeneración de catalizadores SCR envenenados por componentes fosforados de los gases de combustión.

Campo de la invención La presente invención se refiere a un método de regeneración de cualquier tipo de catalizador de reducción catalítica selectiva (SCR) , más concretamente a un método de regeneración de un catalizador SCR envenenado, hasta el punto que está desactivado, por componentes fosforados que hay en un gas combustible.

Antecedentes de invención Los procesos térmicos a altas temperaturas, por ejemplo la generación del vapor para la producción de electricidad en las centrales energéticas que utilizan combustibles fósiles, crean con frecuencia subproductos perjudiciales para el medio ambiente. Estos compuestos, concretamente los óxidos nitrosos (NOx) , han sido retirados de los gases combustibles de los procesos térmicos a altas temperaturas antes de ser descargados al medio ambiente, por ejemplo antes de salir de la central energética y entrar en contacto con el medio ambiente. Lo normal para retirar los NOx de los gases combustibles es el proceso de reducción catalítica selectiva (SCR) , donde se inyecta un reactivo reductor, habitualmente amoníaco, para que se mezcle con el gas combustible, y se envía a través de una cámara de reacción catalítica, donde el catalizador facilita la reducción de los NOx con el agente reductor, para formar nitrógeno elemental y agua. El catalizador, con frecuencia denominado catalizador DeNOx, ayuda a estas reacciones y habitualmente está construido de dióxido de titanio que contienen los óxidos de metales de transición, tales como por ejemplo vanadio, molibdeno y volframio, para actuar como componentes catalíticamente activos. El catalizador está dispuesto en láminas en forma de panal o como una estructura ondulada y situada paralelamente a la dirección del flujo de gas combustible. Sin embargo, durante la operación, el catalizador sufre una pérdida de actividad y de eficacia como resultado del taponamiento con cenizas y de la desactivación de los componentes activos a partir de ciertos compuestos contenidos en el gas combustible que son venenosos para el catalizador.

En la industria, hay también una tendencia a encontrar fuentes de combustibles alternativas a los combustibles fósiles. Uno de estos ejemplos es el uso de biocombustibles tales como biorresiduos y biomasa que se refieren a material biológico vivo o recientemente muerto que se puede usar como combustible o en la producción industrial. La producción de biomasa como una fuente alternativa de combustible es una industria que está creciendo. Tales materiales pueden incluir materia de origen vegetal o materia de origen animal y residuos biodegradables que se pueden quemar como combustibles, y que habitualmente excluye el material orgánico que ha sido transformado mediante procesos geológicos en sustancias tales como carbón o petróleo.

No obstante, el uso de biocombustibles, tales como la biomasa o la harina de huesos, usado solo o junto con combustible fósil, presenta nuevos retos para la regeneración de catalizadores. Además de los muchos componentes de los gases combustibles, venenosos para el catalizador, que habitualmente afectan a la actividad de un catalizador usado en la limpieza de los gases combustibles de los procesos térmicos, como por ejemplo una central energética que quema combustibles fósiles tradicionales, hay otros compuestos venenosos para el catalizador que presentan mayores retos para la regeneración de los catalizadores SCR. Por ejemplo, representa un reto la regeneración de catalizadores envenenados con fósforo debido a la desactivación de los catalizadores.

Según el artículo titulado “Deactivation Mechanisms of SCR Catalysts During the Co-Combustion of Bio-Residues”, de J. BecK, S. Unterberger, K. Hein, se analiza la sustitución de combustibles fósiles por biorresiduos tales como lodos procedentes de aguas de cloacas, madera residual o harina de huesos o de carne, por ser de creciente interés para la reducción de emisiones de dióxido de carbono (CO2) . Según el artículo, durante la co-combustión de estas mezclas de combustibles en las centrales energéticas de combustión de carbón existentes, se observa una aumentada desactivación del catalizador SCR-DeNOx. Se puede observar el mismo efecto cuando se queman ciertos combustibles fósiles, o cuando otros gases combustibles que exponen una composición similar son tratados mediante un proceso SCR. El análisis de las muestras de catalizador desactivado indica que la alta concentración de fósforo y de compuestos de sodio como componentes de biorresiduos, tiene una influencia significativa sobre la tasa de desactivación del catalizador. El artículo establece que para determinar el efecto de estos compuestos, se llevaron a cabo experimentos a escala de laboratorio usando gas combustible sintético impurificado, y en ensayos en banco de pruebas se investigó el comportamiento del fósforo durante la combustión del carbón y del combustible secundario rico en fósforo. El análisis del carbón sub-bituminoso de Powder River Basin indica también la presencia de especies alcalinas y de fósforo unidas orgánicamente. Recientes experiencias operacionales mostraron que en el caso de la co-combustión de harina de carne y de huesos (MBM) , en calderas de centrales térmicas alemanas, una parte del 4% en peso de MBM da lugar a una grave desactivación del catalizador SCR instalado. El fósforo y los compuestos alcalinos en el combustible fueron considerados como elementos desactivadores primarios.

En la Tabla 1 se muestra una descomposición elemental típica y los porcentajes de concentración de muchos biocombustibles alternativos usados en centrales energéticas. Por ejemplo, la Tabla 1 expone las fuentes que incluyen madera, cereales, lodos de cloacas, y harina de carne y de huesos (MBM) . Como se muestra en la Tabla 1, el fósforo representa una alta concentración en tales combustibles y da cuenta de un gran porcentaje de lo que se necesita retirar del catalizador mediante la regeneración del catalizador SRC.

Tabla 1

Elemento Análisis de cenizas Madera* (concentración %) Cereales (concentración %) Lodos de cloacas (concentración %) Harina de huesos MBM (concentración %)

Silicio (Si) SiO2 20 – 70 0, 5 – 5 5, 6 – 25, 7 --

Aluminio (Al) Al2O3 5 – 10 0, 1 – 1 1, 1 – 8, 5 --

Calcio (Ca) CaO 2 – 30 0, 1 – 1 1, 4 – 42, 9 --

Sodio (Na) Na2O 1 – 10 0, 1 – 2 0, 1 – 0, 8 4 – 7

Potasio (K) K2O 2 – 15 10 – 30 0, 3 – 1, 6 1, 5 – 4

Fósforo (P) P2O5 1 – 5 10 – 60 1, 2 – 4, 4 25 – 40

*Incluye molturas de tarimas, virutas de madera, residuos de moliendas, y residuos de madera limpia Por eso, existe la necesidad de un método para la regeneración del catalizador SCR que concretamente se desactiva a partir de los componentes fosforados que hay en los gases combustibles procedentes de procesos térmicos tales como los de las centrales energéticas, especialmente en el caso de la co-combustión de biomasa en vez de únicamente carbón.

El documento EP0353467 describe un método para regenerar un catalizador SCR que está desactivado por componentes del gas combustible, por ejemplo metales pesados y compuestos de metales pesados, respectivamente, concretamente compuestos de arsénico y metales alcalinos, metales alcalinotérreos y silicio contenido en el polvo combustible. El tratamiento de regeneración comprende tratar el catalizador con soluciones acuosas de hidróxidos de metales alcalinos y/o hidróxidos de metales alcalinotérreos.

El documento DE19829916 describe un método para regenerar un catalizador SCR que está desactivado por metales pesados u óxidos de metales pesados y compuestos de metales alcalinos, metales alcalinotérreos y de fósforo. El tratamiento de regeneración comprende lavar el catalizador en una solución para el tratamiento con ultrasonidos que comprende bases, ácidos, detergentes o agentes complejantes para mejorar la limpieza del catalizador. Para la regulación del valor del pH se emplean bases, preferiblemente sosa cáustica, y ácidos, preferiblemente ácido clorhídrico.

El documento WO2004/026447 describe un método para regenerar un catalizador SCR que está envenenado por fósforo y compuestos de fósforo, método que comprende tratar el catalizador envenenado por fósforo con soluciones acuosas de sales alcalinotérreas que dan reacción alcalina, hidróxido de amonio, sales de amonio que dan reacción alcalina o ácidos orgánicos solubles en agua con un valor de pK que oscila entre 2, 5 y 5, 5.

Resumen de la invención La presente invención... [Seguir leyendo]

1. Un método para regenerar un catalizador SCR envenenado con fósforo, comprendiendo el método tratar el catalizador envenenado con fósforo con un hidróxido de metal alcalino a un pH de 10 a 14.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el hidróxido de metal alcalino es hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, o una combinación de ambos.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el método se realiza a una temperatura de hasta 80ºC (176ºF) .

4. El método según la reivindicación 3, en el que el hidróxido de metal alcalino es hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, o una combinación de ambos.

5. El método según la reivindicación 3, en el que el catalizador envenenado con fósforo se trata en un baño de remojo, una solución para tratamiento con ultrasonidos, o una combinación de ambos.

6. El método según la reivindicación 5, en el que el baño de remojo o la solución para el tratamiento con ultrasonidos comprende además una sustancia tensioactiva.

7. El método según la reivindicación 3, en el que el catalizador se trata a una temperatura en un intervalo de 16ºC (60ºF) a 60ºC (140ºF) .

8. El método según la reivindicación 7, en el que el catalizador se trata a una temperatura en un intervalo de 49ºC (120ºF) a 54ºC (130ºF) .

9. El método según la reivindicación 3, en el que el pH está en el intervalo de 12 a 13.

10. El método según la reivindicación 1, en el que el tratamiento del catalizador envenenado con fósforo, con un hidróxido de metal alcalino, comprende sumergir en un baño de remojo, una solución para tratamiento con ultrasonidos, o una combinación de ambos, en el que el baño de remojo o la solución para el tratamiento con ultrasonidos tiene un pH en el intervalo de 10 a 14, y una temperatura en el intervalo de 16ºC (60ºF) a 60ºC (140ºF) .

11. El método según la reivindicación 10, en el que el hidróxido de metal alcalino es hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, o una combinación de ambos.

12. El método según la reivindicación 10, en el que la temperatura del baño de remojo o la solución para el tratamiento con ultrasonidos está en un intervalo de 49ºC (120ºF) a 54ºC (130ºF) .

13. El método según la reivindicación 10, en el que la temperatura del baño de remojo o la solución para el tratamiento con ultrasonidos comprende además una sustancia tensioactiva.

14. El método según la reivindicación 10, en el que la concentración de hidróxido de metal alcalino es de 0, 1% en peso a 4% en peso.