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

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Page 1: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 2: AYUDA 4 CATC 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

Page 3: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 4: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 5: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 6: AYUDA 4 CATC 2013 1

TÉCNICAS Y MÉTODOS DE

REMOCIÓN DE CONTAMINANTES

ATMOSFÉRICOS

TEMA:

6

Page 7: AYUDA 4 CATC 2013 1

INTRODUCCIÓN

¿Cómo se limita la emisión de gases de efecto invernadero-GEI?

7

Page 8: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 9: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 10: AYUDA 4 CATC 2013 1

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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Page 11: AYUDA 4 CATC 2013 1

INTRODUCCIÓN

¿Cómo se limita la emisión de contaminantes sin

el uso de control agregado?

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Page 12: AYUDA 4 CATC 2013 1

INTRODUCCIÓN

¿Cómo se limita la emisión de contaminantes sin

el uso de control agregado?

12

Page 13: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 14: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 15: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 16: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 17: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 18: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 19: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 20: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 21: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 22: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 23: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

26

Page 24: AYUDA 4 CATC 2013 1

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)

METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS

DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE

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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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Page 36: AYUDA 4 CATC 2013 1

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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Page 37: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

40

Page 38: AYUDA 4 CATC 2013 1

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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Page 39: AYUDA 4 CATC 2013 1

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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Page 40: AYUDA 4 CATC 2013 1

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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Page 41: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 42: AYUDA 4 CATC 2013 1

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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Page 43: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

46

Page 44: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

47 47

Page 45: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

48

Page 46: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

49

Page 47: AYUDA 4 CATC 2013 1

METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS

DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE

50

Page 48: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

51

Page 49: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

52

Page 50: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE

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Page 51: AYUDA 4 CATC 2013 1

REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES

•Sistema de Desulfurización Húmeda

METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS

DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE

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Page 52: AYUDA 4 CATC 2013 1

REMOCIÓN DE SO2 DE GASES INDUSTRIALES

•Sistema Semiseco con utilización de cal (PROCESO NID)

METODOS DE CONTROL DE EMISIÓN DE ÓXIDOS

DE NITRÓGENO Y DE AZUFRE

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Page 53: AYUDA 4 CATC 2013 1

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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Page 54: AYUDA 4 CATC 2013 1

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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Page 55: AYUDA 4 CATC 2013 1

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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Page 56: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

59

Page 57: AYUDA 4 CATC 2013 1

REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES

60

Page 58: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 59: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 60: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 61: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

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Page 62: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 63: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 64: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 65: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 66: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

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Page 67: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 68: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 69: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 70: AYUDA 4 CATC 2013 1

• Cámaras de Deposición

• Condensación

• Ciclones

• Filtros

• Precipitadores Electrostáticos

• Lavadores – Scrubbers

• Absorción

• Adsorción

• Destrucción Térmica

REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES

73

Page 71: AYUDA 4 CATC 2013 1

REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES

74

Page 72: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 73: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 74: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 75: AYUDA 4 CATC 2013 1

CICLONES

R

vmF

2. Metodologia: proyectar la partícula contra una

pared promoviendo su centrifugación

REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES

78

Page 76: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 77: AYUDA 4 CATC 2013 1

REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES

80

Page 78: AYUDA 4 CATC 2013 1

FILTROS

REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES

81

Page 79: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 80: AYUDA 4 CATC 2013 1

REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES

83

Page 81: AYUDA 4 CATC 2013 1

PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO

REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES

84

Page 82: AYUDA 4 CATC 2013 1

PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO

TIPO HILOS TIPO PLACA

REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES

85

Page 83: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 84: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 85: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 86: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 87: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 88: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 89: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 90: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 91: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 92: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 93: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 94: AYUDA 4 CATC 2013 1

DESTRUCCIÓN TÉRMICA

REMOCIÓN DE PARTÍCULAS DE GASES

97

Page 95: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 96: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 97: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 98: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 99: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 100: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 101: AYUDA 4 CATC 2013 1

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

Page 102: AYUDA 4 CATC 2013 1

Postgrado Virtual

Minería y Medio Ambiente

LINKS RECOMENDADOS:

•www.wikimedia.com

•http://www.epa.gov/espanol

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•http://www.youtube.com/watch?v=WoISYgxowYs&feature=PlayLi

st&p=7722B54BA520B1E0&playnext=1&playnext_from=PL&index

=7 parte 1 y 2.

•http://html.rincondelvago.com/contaminacion-del-aire_2.html

•http://ecologiapqs.blogspot.com/

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GRACIAS

106