ayuda 4 catc 2013 1
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Postgrado Virtual
Minería y Medio Ambiente
DOCENTE: Dra. Ing. Mery Cecilia Gómez Marroquín
CICLO 2013-I Módulo: 1 Unidad: IV Semana: 4
CONTAMINACION ATMOSFERICA:
TRATAMIENTO Y CONTROL
2013 1
CONTENIDO DEL CURSO
• UNIDAD I – INTRODUCCION. PRINCIPALES
CONTAMINANTES.
• UNIDAD II – EFECTOS DE LA
CONTAMINACIÓN. ASPECTOS E
IMPACTOS AMBIENTALES GLOBALES
• UNIDAD III – FUENTES EMISORAS.
CONTAMINACION (INDOOR) Y
MONITORAMENTO Y
• UNIDAD IV – TECNICAS Y METODOS DE
REMOCION DE CONTAMINANTES
ATMOSFÉRICOS.
2
OBJETIVOS
General:
• Estudiar y evaluar el grado de
envolvimiento que tienen las ciencias
físicas, químicas y de la tierra con la
tecnología “punta” usada en la remoción
de contaminantes atmosféricos de
emisiones gaseosas industriales
3
TÉCNICAS Y MÉTODOS DE REMOCIÓN DE
CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
REMOCIÓN DEL SO2 DE LOS GASES
INDUSTRIALES
MÉTODOS DE CONTROL DE EMISIONES DE
NOX
PRE-COMBUSTIÓN. POS-COMBUSTIÓN
DESULFURACIÓN CON CAL Y/O CALCÁREO
OTROS MÉTODOS DE DESULFURACIÓN Y
PROCESOS MULTICOMPONENTES
COMBUSTIÓN EN LECHO FLUIDIZADO
SEPARADORES CICLÓNICOS
LAVADORES DE GAS, FILTROS DE MANGA Y
PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS
CONTENIDO DE LA UNIDAD IV:
4
Objetivos Específicos
• Comprender en forma clara un conjunto de
parámetros de importancia en el
mejoramiento del proceso, con la finalidad
de tratar de disminuir en forma progresiva
el efecto contaminante de nuestra
atmosfera y
• Aprender y aplicar diferentes técnicas y/o
procesos de remoción de contaminantes
gaseosos de la atmósfera.
5
TÉCNICAS Y MÉTODOS DE
REMOCIÓN DE CONTAMINANTES
ATMOSFÉRICOS
TEMA:
6
INTRODUCCIÓN
¿Cómo se limita la emisión de gases de efecto invernadero-GEI?
7
INTRODUCCIÓN
Algunas técnicas para controlar la emisión de
contaminantes del aire no requieren equipo adicional,
mientras que otras requieren control "agregado".
El control agregado es aquel que se añade a los
procesos que generan contaminación con la finalidad
de destruir o capturar los contaminantes.
La técnica elegida para controlar la emisión de
contaminantes en una determinada fuente depende de
muchos factores; para esto es importante determinar la
naturaleza del contaminante (gas o partícula).
¿Cómo se limita la emisión de contaminantes sin
el uso de control agregado?
8
INTRODUCCIÓN
Como se ha visto en las lecciones anteriores, existen
contaminantes en estado gaseoso, líquido y sólido. Los
contaminantes en estado gaseoso incluyen, óxidos de
azufre-SO2, óxidos de nitrógeno-NOx, monóxido de
carbono-CO y compuestos orgánicos volátiles (COVs).
Muchos contaminantes peligrosos son gases. Los
contaminantes en estado líquido y sólido, llamados
material particulado, incluyen el polvo de cemento,
polvos, lamas, finos de manuseo, humos, cenizas
volantes y vapores de metales pesados, etc.
¿Cómo se limita la emisión de contaminantes sin
el uso de control agregado?
9
INTRODUCCIÓN
Las técnicas para limitar la emisión de
contaminantes del aire, sin el uso de control
agregado son:
-Cambio de procesos
-Cambio de combustibles
-Buenas prácticas de operación
-Cierre de plantas
¿Cómo se limita la emisión de contaminantes sin
el uso de control agregado?
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INTRODUCCIÓN
¿Cómo se limita la emisión de contaminantes sin
el uso de control agregado?
11
INTRODUCCIÓN
¿Cómo se limita la emisión de contaminantes sin
el uso de control agregado?
12
ETAPAS
• Todos los programas se inician en una auditoria
• Es recomendado el conocimiento del proceso
• Variables ambientales: emisiones, efluentes, etc
• Variables no ambientales: datos económicos,
energéticos, ocupacional, calidad, productividad,
satisfacción, etc.
• Etapas Básicas:
• FASE I: Preparación de la auditoria
• FASE II: Evaluación de la planta
• FASE III: Síntesis, clasificación y acciones
correctivas
INTRODUCCIÓN
16
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
Durante el siglo XIX, fue detectado NOx en los
productos de combustión de combustibles
orgánicos. Al final de los años 50, comenzaron
estudios sistemáticos de procesos fisicoquímicos
de formación de estos compuestos en hornos de
calderas, motores de combustión interna, hornos
industriales, etc.
Los NOx se forman principalmente a partir del N2
del aire, según los siguientes mecanismos de
reacción:
FORMACIÓN DE OXIDOS DE NITRÓGENO-NOx
17
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
NOx
FORMACIÓN DE OXIDOS DE NITRÓGENO-NOx
A partir del
N2 del aire
A partir del N2
del combustible
NOx “térmicos”
NOx “rápidos”
NOx “del
combustible”
18
Métodos de control de emisiones
de NOx
•Pre-combustión
• Pos-combustión
•Desulfuración con cal y/o calcáreo
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
19
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE CONTROL DE
EMISIONES DE NOx
A diferencia de los óxidos de azufre, es posible
disminuir la emisión de NOx, actuando sobre los
factores que determinan su formación, en particular
sobre la temperatura máxima de llama (Tfmax) y sobre
la concentración de oxígeno de la región. También
existen métodos de pre-combustión (preventivos) y
post-combustión.
20
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE CONTROL DE
EMISIONES DE NOx
En la práctica se emplean varios de estos métodos
combinados y simultáneos, porque la eficiencia global
de reducción de NOx para solamente métodos de pos-
combustión promueven una mayor adicionalidad.
Ejemplo: las calderas actuales posuen quemadores de
baja emisión de NOx y la reducción de su grado de
nocisividad es a traves de etapas que involucran una
reducción catalítica selectiva.
21
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE CONTROL DE EMISIONES DE
NOx-METODOS PRE-COMBUSTIÓN (PREVENTIVOS)
Recirculación de los productos de combustión
•Uno de los métodos mas difundidos y estudiados
•Recirculación de PC relativamente mas frios, son los
mas eficientes (salida de calderas hasta los
quemadores)
•Inyección de gases a 300oC <> 20% aire necesaria
para la combustión (1 kg de combustible) y lleva a la
disminución de la Tfmax en 120-130oC
•Combustibles con bajo contenido de N2 su formación
ocurre predominantemente por el mecanismo térmico.
La reducción de la emisión puede estar entre 40-50% 22
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE CONTROL DE EMISIONES DE
NOx-METODOS PRE-COMBUSTIÓN (PREVENTIVOS)
Combustión por etapas
•Uno de los métodos mas efectivos para la reducción
de NOx
•Se divide en una zona de combustión primaria, con
una cantidad de aire menor que la tecnicamente
necesaria (estequiometria).
•Combustión es generalmente completa, los posibles
residuos de la misma o del aire son reinyectados a los
quemadores de la sección de combustión secundaria
•Disminución de la Tfmax y la concentración de
oxígeno [O2]. 23
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE CONTROL DE EMISIONES DE
NOx-METODOS PRE-COMBUSTIÓN (PREVENTIVOS)
Combustión por etapas
•La eficiencia aproximada del proceso de combustión por etapas es
determinada por la siguiente expresión (Sigal, 1988):
100.
1
11100.
"
1
2
NOx
NOxNOx
Donde:
, es la eficiencia del ciclo de
dos etapas (1 y 2)
1 y 2, son coeficientes de
exceso de aire primario y
secundario respectivamente. 24
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE CONTROL DE EMISIONES DE
NOx-METODOS PRE-COMBUSTIÓN (PREVENTIVOS)
Quemadores con bajas emisiones de NOx
•Disminución de la [O2], en la sección inicial de la
llama, donde ocurre la ignición y eliminación de los
materiales volátiles.
•Las zonas de menor emisión de NOx, son obtenidas a
partir de una sucesión de etapas ricas y pobres de
combustión (medios aerodinámicos).
•Tiene la ventaja de permitir la combustión por etapas
según el volumen de horno localizado, desde el
interior de este hasta la boca del quemador.
25
CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE CONTROL DE EMISIONES DE
NOx-METODOS PRE-COMBUSTIÓN (PREVENTIVOS)
Quemadores con bajas emisiones de NOx
La construcción de un quemador de menor emisión de
NOx, debe posibilitar:
•La disminución de la intensidad de la mezcla de aire
secundario (rico en oxígeno) y también de la mezcla de
combustible pulverizado y aire primario en ignición
•La intensidad de la transferencia de calor y masa
entre la mezcla de aire primario y combustible
pulverizado con los productos de combustión en el
horno son vializadas a altas temperaturas y bajas [O2]
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE CONTROL DE EMISIONES DE
NOx-METODOS PRE-COMBUSTIÓN (PREVENTIVOS)
Quemadores con bajas emisiones de NOx
•La quema eficiente del combustible con una fracción
mínima de aire primario
•La diminución de la temperatura del nucleo de la
llama, sin efectuar la estabilidad de la ignición y la
eficiencia de la combustión.
Este método resulta eficiente porque evita la mezcla
rápida de flujos de salida del quemador (combinación
del flujo lineal de la mezcla de aire
primario/combustible, con la rotación del flujo de aire
secundario y del terciario)
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Cuanto cuesta el control de las emisiones de NOx?
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¿Cuanto cuesta el control de las emisiones de NOx?
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CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE CONTROL DE EMISIONES DE
NOx-METODOS POS-COMBUSTIÓN
Inyección no catalítica de amonia
•La reacción de amoniaco y NO, con la formación de
nitrógeno gaseoso y vapores de agua, sin la utilización
de catalizadores, ocurre solamente en el rango de
temperaturas entre 800 y 1000oC.
•A temperaturas > 1100oC, la reacción entre la amonia y
el oxígeno se torna mas significativa (mas
espontánea). Las reacciones son:
NO + NH3 + 1/4 O2= N2 + 3/2 H2O (800-1000oC)
2 NH3 + 5/2 O2= 2 NO + 3 H2O (>1100oC)
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE CONTROL DE EMISIONES DE
NOx-METODOS POS-COMBUSTIÓN
Inyección catalítica de amonia (reducción catalítica
selectiva-SCR)
Conocida como SCR, porque consiste en la reducción
química del NO con NH3 en presencia de un catalizador
y de oxígeno. En este caso, el rango de temperatura
óptima para la formación de estos gases de N2 y H2O,
esta entre 300 - 450oC.
Las reacciones son:
2 NH3 + 2 NO + 1/2 O2 = 2 N2 + 3 H2O
2 NH3 + NO2 + 1/2 O2 = 3/2 NO + 3 H2O
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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Existe un gran número de técnicas de
desulfuración de productos de combustión, entre
los cuales tenemos, los que usan:
•Material calcáreo o cal hidratada (es el mas usado
~98% eficiencia & costos menores),
•Óxidos de magnesio,
•Sulfuro de sodio (método alcalino de doble ciclo),
•Bisulfuro de amonio (método cíclico amoniacal)
REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Las principales reacciones químicas que ocurren
durante la desulfuración, son:
Absorción: SO2 + H2O = H2SO3 (comun en procesos
de desulfuración húmeda)
Neutralización:
CaCO3 + H2SO3 = CaSO3 + CO2 + H2O
Oxidación: CaSO3 + 1/2O2 = CaSO4 (ocurre
solamente cuando es inyectado oxígeno)
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
•Cristalización: CaSO3+1/2H2O=CaSO3.1/2H2O
CaSO4+2H2O=CaSO4.2H2O
(precipitación del sulfuro y sulfato de calcio debido a
su baja solubilidad)
•Control de pH: CaSO3 + H2SO3 = Ca(HSO3)2
(formación de bisulfuro de calcio, para la reducción
del pH del medio)
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Los sistemas de desulfuración usando calcáreos
se clasifican de la siguiente manera:
•Procesos de inyección a seco, absorbentes secos
cuando son inyectados al flujo de productos de
combustión y separados después de la
desulfurización por medio de un separador de
partículas.
•Procesos con secador de Spray, las lamas o
solución alcalina son nebulizadas en los PC en un
secador de spray. La gotas absorben el SO2 y
otros gases ácidos, y finalmente se evaporan.
•Procesos húmedos, PC entran en el absorbedor y
ascienden a través de la zona de absorción, donde
contactan con la pulpa o solución del absorbente
que se mueve en contracorriente. 44
REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
OTROS MÉTODOS DE DESULFURACIÓN O
PROCESOS MULTICOMPONENTES
Desulfuración por magnesio
Reacciones:
MgO + SO2 = MgSO3
MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2
Mg(HSO3)2 + MgO = 2 MgSO3 + H2O (neutralización)
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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OTROS MÉTODOS DE DESULFURACIÓN O
PROCESOS MULTICOMPONENTES
Desulfuración por magnesio
Es posible la regeneración del óxido de magnesio
mediante la disociación térmica a 800-900oC. El SO2
obtenido como subproducto de la regeneración
puede ser transformado en ácido sulfúrico (H2SO4)
o azufre elemental que son productos comerciales.
La reacción que ocurre es la siguiente:
MgSO3 = MgO + SO2
Algunas veces se adiciona MgO o cal, reactivos
que intensifican los procesos de absorción. El
monitorio de la eficiencia del proceso se realiza a
través de la evaluación de la relación líquido/gas.
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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OTROS MÉTODOS DE DESULFURACIÓN O
PROCESOS MULTICOMPONENTES
Desulfuración con Bisulfuro de Sodio (Na2S)
Conocido también como método alcalino duplo o
sulfítico, y las reacciones ocurren a baja
temperatura (40oC).
Na2SO3 + SO2 + H2O = 2 NaHSO3
El sulfuro-bisulfuro de sodio, se envia a un
evaporador-catalizador (solución), donde durante el
calentamiento a 110oC ocurre la disociación del
bisulfuro en sulfuro de sodio y SO2. Los vapores
de SO2 y H2O se condensan constituyendo un
producto comercial. La solución de sulfuro de
sodio es nuevamente enviada a un absorbedor.
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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OTROS MÉTODOS DE DESULFURACIÓN O
PROCESOS MULTICOMPONENTES
Proceso NOx
Caracterizado porque combina un reactor catalítico
selectivo para la remoción del NOx, con la posterior
oxidación del SO2, hasta SO3, el enfriamiento del
gas con la conversión del SO2 en vapores de
H2SO4, y la condensación final del mismo (Durrani,
1994).
Eficiencia de remoción ~94% SO2 y NOx. Fue
obtenido H2SO4 como subproducto con 93% de
pureza. También se removió hasta un 99% de
metales pesados presentes en los gases (Makansi,
1994).
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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OTROS MÉTODOS DE DESULFURACIÓN O
PROCESOS MULTICOMPONENTES
Proceso SNRB
Es realizado en un filtro de mangas de alta
temperatura con el catalizador localizado dentro de
las mangas, y la inyección previa de un absorbente.
Esto permite la reducción simultánea de la ceniza
volátil, de SO2 y NOx. La eficiencia de remoción
alcanzada fue de 80% SO2, encima de 90% para el
NOx y hasta un 99% para la ceniza volátil.
Fuente: Electo Eduardo Silva Lora, “Prevenção e
Controle da Poluição nos Setores Energético,
Industrial e de Transporte”. 2da. Edición; 2002,
p.303-326.
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Opciones Tecnológicas
•Desulfurización semi-seca con cal
•Desulfurización con agua de mar
•Desulfurización Húmeda piedra caliza/yeso
•Nuevo concepto: FLOWPAC
Diseño básico
Principios de Operación
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
•Tamaño de la unidad, factor de capacidad y vida
útil esperada
•Limites de emisión
•Ubicación de la Planta
Otros, tales como:
•Costos,
•Calidad y disponibilidad de reactivos &
•Venta o Disposición de subproductos
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Acercamiento Multitecnológico
Tecnologías de Desulfurización
•Sistema Seco con utilización de cal (*)
•Sistema Semiseco con utilización de cal (NID)
•Desulfurizacion con agua de mar
(SWFGD)
•Desulfurizacion Húmeda piedra caliza/yeso (WFGD)
(*) solo disponible en América
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
•Sistema de Desulfurización Húmeda
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
•Sistema Semiseco con utilización de cal (PROCESO NID)
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
•Sistema seco con utilización de absorbentes (PROCESO FDA)
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
•Planta de
Generación
de Laziska,
Polonia
•2x120 MWe
•95% remoción
SO2
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
Sistema Semiseco NID – Primera Instalación
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
•Producción de Energía: 2 x 120 MW
•Combustible Principal: Carbón, max. 1.4% S
•Flujo de Gas: 2 x 518'000 Nm3/h
•Temperatura: max. 165 °C
•SO2 al ingreso:1'500 - 4'000 mg/Nm3
•Eficiencia de remoción SO2:95% (80 % garantizado)
•Absorbente: CaO
•Particulas al ingreso (NID): max. 22 g/Nm3
•Emisión de Partículas: 15 mg/Nm3 (50 mg/Nm3 garantizado)
•Transporte de Producto Final: Sistema Neumático para fase
densa
•Producto Final: Relleno de minas de carbón
•En operación desde el año 1996
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
Planta de Laziska- Datos de Desempeño del
Sistema Semiseco NID – Primera Instalación
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
Desulfurización por
agua de mar-
Ciclo del Azufre
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
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REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
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REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
Desulfurización por agua de mar
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
61
REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
Desulfurización por agua de mar
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
62
REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
63
REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
Otros proyectos de desulfurización por agua de mar
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
64
REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
Desulfurización Húmeda-Absorbedor de torre atomizadora
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
65
REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
Desulfurización Húmeda - Absorbedor FLOWPAC
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
66
REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
FLOWPAC– Concepto Básico de Sistema Compacto
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
67
REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
Fuente: ALSTOM Environmental Control Systems / GM
FLOWPAC– Concepto Básico. Características
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
68
REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES
FLOWPAC– Concepto Básico. Características
•99% remoción de SO2
•Reducción de la emisión de MP hasta menos de
10 mg/Nm3
METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS
DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE
69
REMOCIÓN DE MERCURIO DE LOS GASES
Las emisiones del proceso pirometalúrgico de cinc
contienen dióxido de azufre, arsénico, plomo y
cadmio. Se recupera el dióxido de azufre mediante
la producción de ácido sulfúrico. Un componente
importante de los gases del horno de reducción es
monóxido de carbono. Los vapores de cinc no
condensados se lavan y se devuelven al proceso
de refinación. El proceso electrometalúrgico de
cinc produce las mismas emisiones atmosféricas,
con la adición ocasional de mercurio (que se
elimina con un lavador). Los efluentes de los
lavadores, purgación de la planta de ácido, y
unidades de lixiviación, pueden contener los
mismos elementos que las emisiones
atmosféricas. 70
Análisis Globales:
Composición química
Flujos o Caudales de los gases
Temperatura y
Presión
CARACTERIZACIÓN DE LA FUENTE
TECNICAS DE MONITORAMIENTO Y
CARACTERIZACIÓN DE LAS EMISIONES
GASEOSAS Y MATERIA PARTICULADA EN
SUSPENSIÓN
71
Análisis Individuales:
Fórmula Molecular
Punto de Fusión y Ebullición
Solubilidad
Propiedades de Adsorción y Absorción
Reactividad Química
Calor de Condensación y Disolución
Distribución de Partículas y Densidad de Sólidos
Límites de Olores
Efectos Fisiológicos
Potencial de Hidrógeno-pH
Presión de Vapor
CARACTERIZACIÓN DE LA FUENTE
72
• Cámaras de Deposición
• Condensación
• Ciclones
• Filtros
• Precipitadores Electrostáticos
• Lavadores – Scrubbers
• Absorción
• Adsorción
• Destrucción Térmica
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
73
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
74
CÁMARAS DE DEPOSICIÓN
• Modo mas antiguo y simple de remover MP de un gas
• Deposición de la MP por la disminución de la velocidade de
arrastre
• Puede ser un simple tubo horizontal con huecos en la base
• Es usado como tratamiento primário
• Posee bajo costo
• Fácil confección (propia planta)
• Baja eficiencia para partículas < 10 mm
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
75
CÁMARAS DE DEPOSICIÓN
COSTOS (en US$ ):
• Inversión: 330 a 11000 por m3.s-1
• O & M: 13 a 470 por m3.s-1
• Costos anuales: 40 a 1350 por m3.s-1
• Efectividad: 0,01 a 3,90 por ton
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
76
CONDENSACIÓN
Remoción de calor del vapor calentado por el sistema de
enfriamento, provocando la condensación del vapor y su
separación de la fase gaseosa.
Q = U . A . T
Q = calor transferido (kW)
U = coeficiente de transferencia térmica (kW/m2.ºC)
A = área de intercambio térmico (m2)
T = diferencia de temperatura entre el líquido y el vapor (ºC)
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
77
CICLONES
R
vmF
2. Metodologia: proyectar la partícula contra una
pared promoviendo su centrifugación
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
78
CICLONES
• Baja Inversión
• Sin partes móviles, bajo mantenimiento
• Baja pérdida de carga
• Ocupan poco espacio
COSTOS (en US$):
• Inversión: 4100 a 5000 por m3.s-1
• O & M: 1600 a 2600 por m3.s-1
• Costos anuales: 2000 a 3100 por m3.s-1
• Efectividad: 0,32 a 50 por ton
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
79
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
80
FILTROS
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
81
FILTROS
COSTOS (en US$):
• Inversión: 13.000 a 55.000 por m3.s-1
• O & M: 11.000 a 52.000 por m3.s-1
• Costos anuales: 13.000 a 83.000 por m3.s-1
• Efectividad: 46 a 290 por ton
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
82
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
83
PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
84
PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO
TIPO HILOS TIPO PLACA
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
85
PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO
COSTOS (en US$):
• Inversión: 65.000 a 400.000 por m3.s-1
• O & M: 10.000 a 20.000 por m3.s-1
• Costos anuales: 20.000 a 75.000 por m3.s-1
• Efectividad: 55 a 950 por ton
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
86
LAVADOR TIPO ORIFÍCIO - MP
• Se basa en el pasaje de un flujo
gaseoso por los orifícios de una
placa submersa en una pelicula
líquido
• Buena eficiencia para MP < 10 mm y
> 2 mm
• Eficiencia varia entre 90 a 99%
• Flujo o caudal hasta 24 m3.s-1
• Temperatura, hasta 150ºC
• Concentraciones de MP hasta
aprox. 23 g.m-3
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
87
LAVADOR TIPO ORIFÍCIO - MP
• Trabaja con MP explosivos y
inflamables
• Baja velocidad de recirculación del agua
• Promueve el “arrastre” de los gases
• Puede neutralizar los ácidos y álcalis
• Genera efluente líquido
• Problemas de corrosión
• Problemas con bajas temperaturas
• Puede trabajar con “sprays”
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
88
LAVADOR TIPO ORIFÍCIO - MP
CUSTOS (en US$ ):
• Inversión: 1.000 a 3.600 por m3.s-1
• O & M: 800 a 14.000 por m3.s-1
• Costos anuales: 950 a 15.400 por m3.s-1
• Efectividad: 88 a 140 por ton
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
89
ABSORCIÓN - GASES
Principales tipos
• Cámaras de spray
• Torres de platos
• Torres de hinchamiento
Requisitos
• Contaminante debe ser soluble en el líquido
• Buenos para contaminantes inorgánicos y orgánicos polares
• Agua muy usada para NH3, Cl2 y SO2
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
90
ABSORCIÓN - GASES
CUSTOS (en US$ ):
• Inversión: 2.200 a 12.000 por m3.s-1
• O& M: 3.300 a 15.000 por m3.s-1
• Costos anuales: 3.600 a 16.000 por m3.s-1
• Efectividad: 0,25 a 1,10 por ton
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
91
ABSORCIÓN - GASES
Control de gases inorgánicos
• Agua es el solvente mas usado
• Adición de NaOH, Na2CO3 y Ca(OH)2 para retener los
ácidos
• Adición de H3PO4 para retención de NH3
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
ABSORCIÓN - GASES
CONTROL DE COVs
• Dificultad de encontrar el solvente adecuado
• Solventes deben tener:
• Baja presión de vapor
• Baja viscosidad
• Bajo costo
• Óleos o aceites minerales
• Poca disponibilidad de datos termodinámicos para
establecer criterios de equilíbrio en las fases L-V
• Posibilidad de recuperar o COV por stripping (remoción
de COV usando calor y vacio)
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
93
ADSORCIÓN - GASES
• Retención de un contaminante en la fase gaseosa
(adsorbido) para a fase sólida (adsorbente)
• Mas empleado en corrientes diluídas
• Adsorbente mas usado es el carbón activado
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
94
ADSORCIÓN - GASES
Elección del adsorbente
Carbón Activado:
• Mas usado
• Malo para contaminantes polares
• Bueno para moléculas con P.E. > 30ºC
• Eficiencia aumenta con su peso molecular
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
95
ADSORCIÓN - GASES
COSTOS (en US$):
• Inversión: 210 a 640 por m3.s-1
• O & M: 350 a 7.600 por m3.s-1
• Costos anuales: 430 a 7.700 por m3.s-1
• Efectividad: 40 a 710 por ton
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
96
DESTRUCCIÓN TÉRMICA
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
97
DESTRUCCIÓN TÉRMICA
Equipamientos comerciales competitividad
• No son muy usuales
• Pocos parámetros de control
• Caracterización de la corrente de entrada
• cantidad de aire
• cantidad de contaminantes
• Problemas con moléculas conteniendo los sgts elementos:
Cl, Br, I, F, Si, P, Zn, Pb, Cd, S, otros
(al ser evacuados de las chimeneas, pueden envenenar el
catalizador)
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
98
OTROS EQUIPOS DE SEPARACIÓN DE GASES
Espectrofotómetros y
colorimetros para medición
del color de los gases
Espectrofotómetro de
absorción en infrarojo (FTIR)
con detector fotoacústico
(PAS), accesorios ATR y
DRIFTS, microscopia-FTIR y
bases de datos con
espectros en infrarojo
REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES
99
COMPARACIONES – Costos de Instalación
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Camara de Deposição
Ciclone
Filtro
Precipitador Eletrostático
Lavador Venturi
Lavador Orifício
Lavador Condensação
Absorvedores
Adsorvedores
Milhares US $
100
COMPARACIONES – Costos Operación y Mantenimiento
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Camara de Deposição
Ciclone
Filtro
Precipitador Eletrostático
Lavador Venturi
Lavador Orifício
Lavador Condensação
Absorvedores
Adsorvedores
Milhares US $
101
COMPARACIONES – Costos anuales
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Camara de Deposição
Ciclone
Filtro
Precipitador Eletrostático
Lavador Venturi
Lavador Orifício
Lavador Condensação
Absorvedores
Adsorvedores
Milhares US $
102
COMPARACIONES – costo por tonelada minimizada
0 500 1000 1500 2000 2500
Camara de Deposição
Ciclone
Filtro
Precipitador Eletrostático
Lavador Venturi
Lavador Orifício
Lavador Condensação
Absorvedores
Adsorvedores
Destruição Térmica
US $
103
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS • Figueruelo Alejano J. E., Marino Dávila M. Química Física del
Ambiente y de los Procesos Medioambientales. En: Editorial
Reverté S.A. Impreso en España y Mexico; 2004. 613 p.
• Morao B. M., Yokoji A., Malynowskyj A., Alves D.C., Takano C.,
Cunha Q.E., et al. Introdução a Siderurgia. Cap. 11 – Siderurgia
y Medio Ambiente. En: Ediciones Obras de Difusion de la
Colección de Libros de Metalurgia y Materiales. Libros de la
ABM (Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais); Sao
Paulo. 2007.p 361-73.
• Silva Loa E. E. Prevenção e Controle da Poluição nos Setores
Energético, Industrial e de Transporte. En: Ediciones
Interciência Limitada. 2da. Edição. Impreso en Rio de Janeiro -
Brasil.; 2002. p 01-91 y p. 209-474.
104
Postgrado Virtual
Minería y Medio Ambiente
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=7 parte 1 y 2.
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106
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