Procedimiento de desnitrificación catalítica de humos de combustión.

Procedimiento de desnitrificación catalítica de humos de combustión,

en el cual:

- unos humos que se van a tratar (1), que están previamente desprovistos de polvo, se desnitrifican mezclándolos con un reactivo de desnitrificación (8) y con un catalizador de desnitrificación en forma dividida (6, 7)

introduciéndolos después en un eliminador de polvos (201),

- una fracción (5) del flujo de los sólidos (3) recolectados por el eliminador de polvos (201), que constituye al menos el 95% y un flujo de vapor de agua seca (51) como fluido regenerante, que presenta una temperatura de al menos 220 ºC, se introducen en un reactor de reactivación (301), y

- un flujo de sólidos (6; 6+8') procedente del reactor de reactivación (301) se recicla siendo incorporado a los humos que se van a tratar (1), más arriba del eliminador de polvos (201).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E13188138.

Solicitante: LAB SA.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 259 avenue Jean Jaurès 69007 Lyon FRANCIA.

Inventor/es: TABARIES, FRANCK, SIRET,BERNARD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D53/86 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B;   aparato de vórtice   B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 53/00 Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00). › Procedimientos catalíticos.

PDF original: ES-2540985_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de desnitrificación catalítica de humos de combustión [0001] La presente invención se refiere a un procedimiento de desnitrificación de humos de combustión por vía catalítica.

Durante la combustión de materias, tales como el carbón o el fuel por ejemplo, a fin de producir energía, o bien durante la incineración de residuos, los humos procedentes de estas combustiones contienen una proporción apreciable de óxidos de nitrógeno y no pueden ser liberados a la atmósfera sin tratamiento.

Durante la combustión, otros contaminantes, en particular los gases ácidos como el ácido clorhídrico o el dióxido de azufre, se emiten, así como polvos y partículas sólidas. De una manera generalizada, los óxidos de nitrógeno deben ser eliminados y varias tecnologías están disponibles y bien aceptadas industrialmente.

En primer lugar, se puede actuar al nivel de la combustión propiamente dicha. En este caso, unos quemadores denominados «de bajo NOx» se pueden utilizar entonces en el caso de combustión de carbón o de fuel o bien se puede modificar el exceso de aire, o su superposición, de forma que, en las zonas muy calientes, la formación de óxidos de nitrógeno, a partir del nitrógeno del aire, se minimice. Se ha propuesto igualmente enriquecer la atmósfera con combustión de oxígeno o reciclar el dióxido de carbono para lograr este efecto. Este enfoque está limitado en su eficacia y se revela además poco cómodo de aplicar en el marco de la incineración de residuos. Además, esta solución no puede ser suficiente de ningún modo para llevar el contenido en óxidos de nitrógeno en los humos de combustión por debajo de 150 mg/Nm3 de óxidos de nitrógeno.

Un segundo enfoque consiste en inyectar un reactivo, usualmente amoniaco o urea, en una zona particular de la combustión. El reactivo se descompone entonces y los radicales generados reaccionan para impedir la formación de los óxidos de nitrógeno o destruir los ya formados. También en este caso, esta solución conoce unos límites y es difícil sobrepasar unos rendimientos de destrucción de más del 70%, salvo que se consienta una fuga de amoniaco que supere la decena de miligramos por Nm3. También en este caso, para el caso particular de la incineración de residuos, no se puede obtener mucho mejor que 120 mg/Nm3 de óxidos de nitrógeno sin tener una fuga de amoniaco importante. Esta solución, denominada SNCR (acrónimo de «Selective Non Catalytic Reduction») no es por tanto suficiente para responder a las necesidades de las unidades modernas.

Tradicionalmente, la técnica seguida cuando se necesita obtener unos contenidos de óxidos de nitrógeno inferiores a 80 mg/Nm3 consiste en recurrir a una desnitrificación denominada SCR (acrónimo de «Selective Catalytic Reduction») . Se hacen reaccionar los óxidos de nitrógeno con un reactivo apropiado sobre un catalizador mantenido a una temperatura relativamente elevada. El reactivo de desnitrificación empleado es típicamente amoniaco o incluso urea. Si esta técnica está bien controlada ahora, ciertas restricciones y limitaciones, como la existencia de venenos, tales como unos óxidos alcalinos, fósforo, arsénico, que pueden centrarse en los sitios activos del catalizador y como la existencia de compuestos, tales como unos sulfatos e hidrógenosulfatos de amonio, que pueden depositarse y bloquear los poros del catalizador, conducen a una pérdida progresiva de la actividad del catalizador. Esto obliga ya sea a reemplazar el catalizador pura y simplemente o a proceder a su regeneración. Tal regeneración puede ser de naturaleza térmica, elevando la temperatura del catalizador con la ayuda de quemadores, o bien derivarse de un lavado. En los dos casos, la unidad catalítica se desconecta, lo que 45 conduce a una indisponibilidad de la instalación.

Se ha propuesto, especialmente por EP 1 576 999, proceder a una división en compartimentos completa del catalizador y regenerar compartimento por compartimento, lo que permite conservar, globalmente, la instalación en línea durante la regeneración. No obstante, esta solución es costosa, por la división en 50 compartimentos, el número de registros y la complejidad de los circuitos de humos que resultan de ello.

En la práctica, los catalizadores de SCR se utilizan con mayor frecuencia en forma de catalizadores estructurados en nido de abeja, en canales o en placas, presentando una gran tasa de apertura para los humos. Tal estructura da una pérdida de carga reducida y confiere igualmente una mejor tolerancia a las partículas sólidas y a 55 los polvos, lo que se obtiene no obstante en detrimento del volumen de catalizador empleado. Para salvar esta limitación, se utiliza a veces un catalizador en gránulos, pero tal forma en gránulos se vuelve entonces muy sensible a la obstrucción y al bloqueo, acumulándose los polvos entre los gránulos. Por último, se incorpora a veces el catalizador, como principio activo, directamente en el interior de un medio filtrante, por ejemplo en unas capas rígidas o semi-rígidas, o bien en el seno de un medio semi-flexible: en este caso, como las partículas se retienen en

el exterior, estas no bloquean el dispositivo catalítico, pero este enfoque no permite regenerar el catalizador en línea una vez que esté desactivado. Además, el coste de tal medio filtrante catalítico es elevado.

Por su parte, DE-A-196 12 240 divulga un procedimiento de desnitrificación, en el cual unos humos que se van a tratar se desnitrifican enviándolos en un eliminador de polvos, después de haberlos mezclado con un catalizador de desnitrificación, en forma pulverulenta, y con amoniaco o urea, que se introducen directamente en los humos, como adición de materias frescas. Además, el catalizador se recicla, sucesivamente, por recuperación de una fracción de los sólidos recolectados por el eliminador de polvos, reactivación de esta fracción en una unidad ad hoc alimentada de aire caliente y reenvío de la salida de esta unidad en los humos que se van a tratar más arriba del eliminador de polvos. Aunque tal procedimiento parece prometedor, DE-A-196 12 240 es poco preciso, incluso no dice nada, en cuanto a ciertos parámetros indispensables para su aplicación. Además, la utilización de aire caliente para alimentar la unidad de reactivación vuelve poco viable la aplicación de este procedimiento: una fuente de aire caliente solo está raramente disponible en las instalaciones industriales de desnitrificación de humos e, incluso en el caso en que tal fuente esté disponible o bien creada, se plantea entonces la cuestión de la viabilidad económica de su utilización, en el sentido en que DE-A-196 12 240 no dice nada en cuanto a la temperatura mínima requerida para este aire caliente.

El objetivo de la presente invención es proponer una desnitrificación catalítica mejorada viable, que concilie la eficacia, el coste reducido y la posibilidad de regeneración en línea.

A tal efecto, la invención tiene como objeto un procedimiento de desnitrificación catalítica de humos de combustión, tal como se define en la reivindicación 1.

Así, la invención se basa en la utilización simple, económica y eficaz de un catalizador de desnitrificación 25 SCR en forma dividida, cuya actividad catalítica se mantiene en permanencia por regeneración continua mediante el vapor de agua seca de al menos 220 ºC.

En comparación con una regeneración con aire caliente que se considera en el estado anterior de la técnica, la regeneración con vapor de agua, conforme a la invención, presenta entre otras ventajas que, teniendo en 30 cuenta la afinidad del vapor de agua para el amoniaco, el amoniaco penetra más fácilmente en el interior de los poros saturados en vapor de agua que en unos poros saturados en aire seco. Además, la capacidad calorífica del vapor de agua es mayor (0, 473 cal/g/°C a 230 °C) que la del aire (0, 247 cal/g/°C a 230 °C) y la viscosidad es más reducida para el vapor de agua (1, 74 e-5 Pa.s a 230 °C) que para el aire (2, 70 e-5 Pa.s a 230 °C) , lo que facilita la transferencia térmica, la difusión de las especies que se van a liberar y globalmente el recalentamiento regenerativo.

Además, en la práctica, el vapor de agua es un fluido comúnmente disponible en las instalaciones industriales de tratamiento de los humos.

Por otro lado, el experto en la materia, en el ámbito de la invención, no es llevado a considerar naturalmente el vapor como fluido regenerante ya que se conoce que el agua deprime la eficacia de desnitrificación de ciertos catalizadores. No obstante, es necesario comprender bien que la exposición a una atmósfera muy rica en agua solo se hace en el reactor de reactivación del catalizador y solo, inmediatamente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de desnitrificación catalítica de humos de combustión, en el cual:

-unos humos que se van a tratar (1) , que están previamente desprovistos de polvo, se desnitrifican mezclándolos con un reactivo de desnitrificación (8) y con un catalizador de desnitrificación en forma dividida (6, 7) introduciéndolos después en un eliminador de polvos (201) , -una fracción (5) del flujo de los sólidos (3) recolectados por el eliminador de polvos (201) , que constituye al menos el 95% y un flujo de vapor de agua seca (51) como fluido regenerante, que presenta una temperatura de al menos 220 ºC, se introducen en un reactor de reactivación (301) , y -un flujo de sólidos (6; 6+8) procedente del reactor de reactivación (301) se recicla siendo incorporado a los humos que se van a tratar (1) , más arriba del eliminador de polvos (201) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual el reactivo de desnitrificación (8) se introduce en el reactor de reactivación (301) .

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el cual el reactivo de desnitrificación (8) es urea en forma 20 sólida.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la temperatura del flujo de vapor seco (51) está comprendida entre 250 y 350 ºC.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el flujo de vapor de agua seca (51) se lleva, antes de ser introducido en el reactor de reactivación (301) , a una temperatura de al menos 220 ºC por un recalentador (401) .

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el cual el recalentador (401) es una batería eléctrica. 30

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la temperatura del flujo de sólidos (6; 6+8) resultante del reactor de reactivación (301) es como mínimo de 220 ºC.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la totalidad o parte del 35 flujo de sólidos (6; 6+8) resultante del reactor de reactivación (301) se devuelve hasta los humos que se van a tratar

(1) siendo llevado por un flujo de gas (52) que sale del reactor de reactivación.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el eliminador de polvos (201) es un filtro de mangas. 40

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el reactor de reactivación (301) está constituido por un contactor de doble tornillo.


 

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