BRPI0613753A2 - método para reduzir a proporção de poluentes em gases de combustão e método para preparar uma composição de utilidade para esse método - Google Patents
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Abstract
METODO PARA REDUZIR A PROPORçAO DE POLUENTES EM GASES DE COMBUSTAO E MéTODO PARA PREPARAR UMA COMPOSIçãO DE UTILIDADE PARA ESSE METODO A invenção refere-se a um método para re- duzir a proporção de poluentes em gases de combustão, que compreende pulverizar uma composição de descontaminação com os gases de combustão. De acordo com a in- venção, a composição mencionada anteriormente compreen- de uma composição líquida que contém um extrato aquoso de polissacarídeos da parede de células de plantas. A invenção também se refere a um método para preparar a composição que é usada para executar o método.
Description
MÉTODO PARA REDUZIR A PROPORÇÃO DE POLUENTES EM GASESDE COMBUSTÃO E MÉTODO PARA PREPARAR UMA COMPOSIÇÃO DEUTILIDADE PARA ESSE MÉTODO
Campo Técnico da Invenção
A presente invenção relaciona-se com ocampo técnico dos procedimentos, métodos e produtosdestinados a reduzirem os óxidos de nitrogênio (NOx),óxidos de enxofre (SOx), enxofre reduzido total (TRS) edioxinas produzidos na combustão de óleos fósseis (car-vão, petróleo, gás natural, óleo combustível) por fon-tes fixas (estações de energia térmica, usinas incine-radoras, fábricas de cimento, instalações petroquímicase outras) que provocam sérios problemas de poluição am-biental e saúde pública.
Estado da Técnica Anterior à Invenção
As emissões de NOx, CO2 e SOx associadascom o desenvolvimento industrial são atualmente reco-nhecidas pelos governos e entidades intergovernamentaisinternacionais como sendo uma das causas mais importan-tes da poluição global e mudanças climáticas.
Muito embora a concentração de SO2 no am-biente venha caindo gradualmente (devido às restriçõeslegais e ao uso de campos dessulfurados e tecnologiasde dessulfuração de gás), as emissões de NOx continuama aumentar (na Europa alcançando valores de emissão de30-40 kg por habitante anualmente) e atualmente excedemfacilmente os níveis que o ecossistema terrestre podesuportar. 0 chamado "efeito de estufa" do NOx é 320vezes mais alto do que aquele do CO2 e a concentraçãode NO2 no ambiente (que é quatro vezes mais nocivo doque o NO e o precursor de ácidos nitrico e nitroso)gera um nevoeiro enfumaçado fotoquimico tóxico que équase permanente em muitas partes densamente povoadasdo planeta, com concentrações que excedem 50 ppb. Vá-rias advertências da comunidade cientifica e declara-ções de intenções governamentais têm, desde os anos 80,têm chamado a atenção para a urgente necessidade de re-duzir as emissões de NOx por entre 10% e 50% pelo finaldo último século (Hjalmarsson A.K., IEACR, 24, 21,1990), com muito pouca reação até à recente ratificaçãodo que é conhecido como o Protocolo de Kyoto, com assubseqüentes quotas-partes de emissões e pesadas tari-fas nas indústrias provocadoras de contaminação.
A implementação de tecnologias de reduçãocataliticas não-seletivas em fontes móveis (em outraspalavras, a introdução de catalisadores bimetálicos queusam metais preciosos - platina/ródio ou plati-na/paládio - nos tubos de escapamento de automóveis quefazem o NOx e 02 reagir com o CO e outros hidrocarbone-tos não queimados) possibilitou que a emissão de NOxproveniente de fontes móveis fosse aliviada.
Em fontes estacionárias de NOx (em outraspalavras, grandes instalações petroquímicas, estaçõesde potência térmica, incineradores, e assemelhados) asituação é mais problemática.
As causas principais dos problemas de e-missões industriais de NOx residem na combinação debaixa eficiência, periculosidade e alto custo dos sis-temas de eliminação de NOx que estão sendo atualmenteaplicados, ou foram propostos que em patentes sob esteaspecto.
A tecnologia conhecida como "redução cata-litica seletiva" (SCR) é o método que foi mais usadodesde o final da década dos anos 70 do último século.
Ele usa amônio como redutor, que é injetado nos gasesde saida na presença de catalisadores que são adequa-dos. Desenvolvida no Japão mais de 30 anos atrás, estatecnologia foi aplicada pela primeira vez a uma estaçãotérmica aquecida por carvão ao término de 1980, maistarde na Alemanha em 1985, e vem sendo introduzido atu-almente em vários países e setores industriais com mo-dificações diferentes. É um método dispendioso. 0 ca-pital total e custos operacionais associados com a ins-talação de um dispositivo de SCR em uma instalação pa-drão são calculados atualmente como sendo superiores a€ 3.500.000 (capital) e € 70.000 / y (operacionais).
Considerando-se as reduções máximas nas emissões de NOxque podem ser alcançadas, isto conduz a um custo demais que € 25.000 por tonelada de NOx filtrado.
Outra tecnologia que foi proposta compre-ende a que é conhecida como "redução seletiva não-catalítica", que utiliza principalmente amônio ou uréiacomo reagentes químicos redutores que são injetados natorre a temperaturas adequadas e que permite uma redu-ção de até 60% de NOx. A técnica apresenta a vantagemde que nenhum catalisador precisa ser usado, mas tem adesvantagem de requerer um consumo mais alto de amônio,temperaturas de reação mais altas (800-1000 C) e o fatode que a amônia que não reage forma subprodutos quecorroem o equipamento da instalação.
Uma terceira tecnologia consiste em pro-cessos combinados para a eliminação de S02 e NOx. Em-bora foram desenvolvidos processos vários ao laborató-rio e nivel teórico, há só alguns em operação. Em al-guns casos, eles interessam processos independentes quepodem eliminar o S02 ou ambos, S02 e NOx. Na NOx eli-minação fase, amônia é usada como um redutor na presen-ça de carbono ativo. Existem várias instalações, dasquais a primeira teve inicio na Alemanha em 1987. Aredução de NOx com amônio na presença de carbono ativo,que funciona como um catalisador, constitui na realida-de um processo de SCR que utiliza carbono ativo comocatalisador.
Nestes tipos de tecnologias convencionaispara eliminação de NOx, foi introduzida uma gama de a-perfeiçoamentos e patentes, que basicamente afetam acomposição e a geometria dos catalisadores (que consis-tem em óxido de titânio, óxido de ferro, diferentes ti-pos de zeólitos, metais preciosos, diferentes formas decarbono ativado, e outros, e manufaturados na forma depelotas, painéis em colméia, placas, microcápsulas, eassemelhados), descritos, por exemplo, em publicaçõesEP-A-O 393 917, EP-A-O 311 066, ES 2 090 269 Τ3, ES 2103 223 Al; ο tratamento e regeneração de sistemas dedepuração de gás descritos, por exemplo, nas publica-ções ES 2 182, 373 T3 e os sistemas de injeção de amô-nia descritos, por exemplo, nas publicações ES 2 147742 T3, ES 2 173 437 T3; os sistemas de preparação paravários tipos de catalisador metálico descritos, por e-xemplo, nas publicações ES 2 094 012 T3, EP-A 472 014,EP-A 385 164, EP-A 317 875; e a produção de diferentesabsorventes de alumina porosa descritos, por exemplo,nas patentes US No. 5.180.703 e US No. 4.798.711, ES 2108 369 T3.
As tecnologias descritas nestes documentosintroduzem aperfeiçoamento em numerosos inconvenientesdas tecnologias de redução de NOx convencionais, taiscomo:
• Perda progressiva de reatividade dos catalisadores
• Baixa eficiência (em porcentagem ou durabilidade)do processo
• Baixa relação de s/v dos carreadores
• Contaminação (desativação) dos redutores metálicos
• Alto custo dos catalisadores, tanto de carbonoquanto metálicos, e dificuldades em abastecimentoatual e, acima de tudo, futuro do último
• Bloqueio dos poros nos leitos fluidifiçados pelosgases
• Necessidade de temperaturas altas (acima de 800°C)de forma que certos catalisadores orgânicos modifi-cados podem ser efetivos (por exemplo, carvão-Cu oucarvão-Fe, por exemplo, Minsheng Pharm. Factory,patente chinesa No. 1056825, ou o Mitsui Kozan KKjaponês (No. 920622 B) ou para baixas temperaturaspara os catalisadores metálicos serem efetivos
• Periculosidade do transporte de grandes quantidadesde amônia concentrada
• Formação de subprodutos que podem atacar e podemcorroer as instalações de combustão
• 0 alto custo da montagem e manutenção de sistemasde eliminação de NOx na instalação industrial
• Complexidade e custo na preparação e/ou ativação decatalisador, e assemelhados.
Não obstante, até mesmo estas tecnologiascontinuam sofrendo desvantagens, tais como a necessida-de para usar catalisadores de metais preciosos (óxidosou sulfatos de Ti, V, Fe, Mo, W, Ni, Co, Cu, U, Ag, Mg,B, Nb, Sb, Bi, Mn, e outros) , carbono ativado em qual-quer forma, a necessidade para leitos fluidificados, ouso de produtos tóxicos, agentes de contaminação ou a-brasivos (amônia, uréia, e outros) , o uso de zeólitosativados em qualquer uma de suas formas, a necessidadepara se contar com alguma maquinaria ou processo espe-cifico para sua aplicação, o uso de absorventes de si-licone-alumínio, a implementação de sistemas de depura-ção específicos, os quais todos eles aumentam o custoou tornam complicada a descontaminação efetiva dos ga-ses de combustão industriais.Descrição da Invenção
A presente invenção tem o objetivo de su-perar as desvantagens de sistemas convencionais parareduzir a proporção de poluentes como NOx, SOx, dioxi-nas e/ou enxofre reduzido total presente nos gases decombustão, por meio de um método que compreende pulve-rizar uma composição de descontaminação com os gases decombustão, método esse em que a composição liquida éuma composição liquida que contém um extrato aquoso depolissacarideos de paredes de células de plantas.
O extrato aquoso pode ser selecionado apartir de extratos de plantas de fanerógamas que contêmpelo menos 4%, em peso,, com referência ao seu peso se-co, de polissacarideos de parede de célula, algas quecontêm pelo menos 9%, em peso, em relação ao seu pesoseco de polissacarideos de parede de célula, e as suasmisturas. Em particular, os polissacarideos são polis-sacarideos solúveis, coloidais e de particulados queprovêm da parede de célula de planta. Estes polissaca-rideos podem ser parcialmente hidrolisados.
Extratos aquosos de algas adequados são,por exemplo, extratos de algas verdes (Chlorophyta) ,tais como, por exemplo, extratos de algas verdes dosgêneros Ulva, Enteromorpha e as suas misturas, extratosde algas vermelhas (Rhodophyta) , como por exemplo ex-tratos de algas vermelhas dos gêneros Hypnea, Eucheuma,Kappaphycus, Gracilaria Ulvaf Enteromorpha e as suasmisturas, e extratos de algas castanhas (Phaeophyta),como por exemplo extratos de algas castanhas dos gêne-ros Macrocystis, Laminaria, Ascophyllumr Ecklonia, Fu-cus e as suas misturas. Os extratos podem ser mistura-dos entre si.
De acordo com a invenção, preferencialmen-te o extrato inclui 0,5 a 7%, em peso, e mais preferi-velmente 1,5 a 4%, em peso, de polissacarideos de pare-de de célula. Preferentemente, o extrato inclui 2 a15%, em peso, e mais preferivelmente 3 a 7% em peso, dematéria seca.
A composição que pode ser usada na presen-te invenção pode conter de 1 a 100%, em peso, de extra-to aquoso e entre 99 e 0%, de água. A referida compo-sição inclui preferivelmente de 5 a 50%, em volume, deextrato aquoso e entre 95 e 50%, em volume, de água, emais preferivelmente de 10 a 40%, em volume, de extratoaquoso e entre 90 e 60%, em volume, de água. As compo-sições deste tipo são especialmente adequadas como com-posições líquidas pulverizáveis que podem ser postas emcontacto mediante pulverização das mesmas de uma manei-ra por si mesma convencional nos gases de combustãodescarregados por um conduto de pós-combustão, tal co-mo, por exemplo, um conduto de gases.
Desta forma, as composições da presenteinvenção podem ser aplicadas por meio de injetores con-vencionais, pulverizadores ou nebulisadores nos condu-tos de pós-combustão para gases, de uma maneira tal queeles são distribuídos tão uniformemente quanto possívelao longo da totalidade do perímetro interno do condutode gás. Usualmente é suficiente uma pressão de 2 a 5bars.
A composição em termos de polissacarídeosde parede de célula das composições usadas no método dapresente invenção (com um alto teor em compostos poli-galacturônicos, polimanurônicos e poligulurônicos, mu-copolissacarídeos, proteoglicanos e polissacarídeos depectina) conferem-lhe tanto a capacidade para auto-construir uma malha supramolecular reticulada hidratadana zona de injeção quanto, também, uma alta reatividadee atividade catalítica com relação ao NOx.
A malha de supramolecular formada pelosextratos de planta aquosos usados no método da presenteinvenção é organizada como um "nuvem catalítica" porcausa das propriedades coloidais intrínsecas do polis-sacarídeos de planta que inclui, ao mesmo tempo em quepermite o trânsito desobstruído para os gases e uma su-perfície enorme para reação catalítica para NOx que éde ordens de grandeza maiores do que aquelas dos zeóli-tos com a relação de S//V mais alta. As propriedadescatalíticas da nuvem formada pela composição são confe-ridas à mesma tanto pelos polissacarídeos de parede decélula quanto pelos minerais que, de um modo natural,são adsorvidos nos mesmos (especialmente em plantas deorigem marinha), e também pelos solutos no processo dehidrólise da planta que permanecem dissolvidos na cama-da de hidratação do polissacarídeos no processo de ne-bulisação-pulverização.
Desta forma, a especificidade reativa dospolissacarideos descritos (do mesmo modo que a enormerelação de superficie/volume da malha que é formada em-butida na sua camada de hidratação correspondente) quecompõem a nuvem catalitica e a sua regeneração constan-te (desde que eles sejam injetados constantemente poruma sucessão de injetores nos condutos de descarga degás) confere-lhes uma reatividade enorme, uma superfí-cie reativa enorme e eficiências constantes, muito maiselevadas do que qualquer outro produto ou método previ-amente aplicado.
A duração (persistência) da nuvem catali-tica formada pelas composições usadas de acordo com apresente invenção é uma função das seguintes variáveis:temperatura dos gases, fluxo dos gases, diluição dosextratos de planta aquosos, fluxo e número de pulveri-zadores/nebulisadores instalados no conduto. Na depen-dência dessas variáveis, cada instalação industrial po-de adaptar a aplicação das composições às característi-cas dos gases emitidos por ela, preferivelmente em umagama de temperaturas que varia entre 30 e 350°C, e maispreferivelmente entre 50 e 90°C.
A aplicação dos extratos de planta aquosospara redução de NOx nos gases de combustão gera, aomesmo tempo, uma redução nas emissões de SOx (óxidos deenxofre), enxofre e dioxinas totais reduzidos. Esteefeito é possivelmente devido às mesmas propriedades,justificativa e hipótese da composição e efeito da nu-vem catalitica descritas na seção anterior referente àeliminação de NOx.
Para preparar uma composição de utilidadepara o método descreveu acima, isto pode ser feito sub-metendo fragmentos de plantas que contêm polissacarí-deos de parede de célula a um processo de extração, so-lubilização e hidrólise em um meio de reação aquoso sobum pH entre 2 e 11, e preferivelmente sob um pH situadoentre 3 e 8. Os fragmentos de plantas são preferivel-mente desidratados e esmagados e/ou moídos até alcança-rem uma granulometria que poderá variar entre 10 e10.000 micrômetros e que se situa preferivelmente entre30 e 300 micrometros.
A extração, solubilização e hidrólise par-cial podem ser levadas a cabo a uma temperatura situadaentre 20 e 90 °C, e particularmente a uma temperaturasituada entre 50 e 70 °C, com a hidrólise sendo reali-zada durante entre cerca de 1 a 24 horas, por exemplo,e preferivelmente de 3 a 8 horas. É especialmente ade-quado realizar-se a hidrólise mediante agitação com ro-tores que giram com uma velocidade de rotação entre 30e 400 rpm.
MODALIDADES DE CONCRETIZAÇÃO DA INVENÇÃO
A presente invenção é ilustrada, além dis-so, por meio dos seguintes exemplos de aplicação.
EXEMPLO 1
10 kg de algas verdes previamente desidra-tadas do gênero Ulva, 10 kg de algas vermelhas previa-mente desidratadas do gênero Gracilaria e 10 kg de al-gas castanhas previamente desidratadas do gênero Fucusforam misturados, esmagados e moídos até ser obtida umamistura de fragmentos de algas com dimensões de partí-cula entre 100 e 200 micrômetros. A mistura de frag-mentos foi introduzida em um tanque provido de um rotorem forma de cruz girando a uma velocidade de 20 rpm com500 litros de água a uma temperatura de 60 °C. O pH damistura de fragmentos/água era de 6,7 e a mistura foimantida sob agitação durante 6 horas com a obtenção deum extrato de planta aquoso bruto.
O extrato bruto foi retirado do tanque efiltrado por meio de um filtro com uma dimensão de ma—lha de 100 micrômetros, com a finalidade de obter-se umextrato de planta aquoso filtrado.
Diluiram-se 10 kg de extrato de planta a-quoso filtrado com 10 kg de água e a composição assimobtida foi aplicada por meio de pulverizadores em 4barras para quatro níveis em um de combustão que emitiugases a uma temperatura de 50 °C, com uma concentraçãode 250 ppm de NOx.
Obtiveram-se eficiências de redução noconteúdo de NOx dos gases, consecutivamente de: 65%,80%, 90% e 97%, respectivamente. Além disso, as emis-sões de SOx foram reduzidas de acordo com uma percenta-gem situada entre 50% e 65%, e as emissões de dioxinasforam reduzidas em pelo menos 25%.
Claims (28)
1. - Método para reduzir a proporção de po-luentes nos gases de combustão, caracterizado pelo fatode compreender a pulverização de uma composição de des-contaminação sobre os gases de combustão, método noqual a composição compreende uma composição liquida quecontém um extrato aquoso de polissacarideos da paredede célula de plantas.
2. - Método, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de que o extrato aquoso éselecionado a partir de extratos de plantas fanerogâmi-cas que contêm pelo menos 4%, com referência ao seu pe-so seco, de polissacarideos de parede de célula, algasque contêm pelo menos 9%, em peso, com referência aoseu peso seco de polissacarideos de parede de célula, eas suas misturas.
3. - Método, de acordo com a reivindicação-1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o extrato aquosode algas é selecionado entre os extratos de algas ver-des (Chlorophyta) , extratos de algas vermelhas (Rhodo-phyta) e extratos de algas castanhas (Phaeophyta) , e assuas misturas.
4. - Método, de acordo com a reivindicação-3, caracterizado pelo fato de que o extrato aquoso dealgas verdes (Chlorophyta) é selecionado a partir dealgas do gênero Ulva, extratos de algas do gênero Ente-romorpha e suas misturas.
5. - Método, de acordo com a reivindicação- 3, caracterizado pelo fato de que o extrato aquoso dealgas vermelhas (Rhodophyta) é selecionado a partir dealgas do gênero Gracilaria, extratos do gênero Eueheu-ma, extratos do gênero Kappaphycus, extratos do gêneroHypnea e as suas misturas.
6. - Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o extrato aquoso dealgas castanhas (Phaeophyta)r é selecionado a partir dealgas do gênero Macrocystis, extratos do gênero Lamina-ria, extratos do gênero Ascophyllum, extratos doe gêne-ro Eeklonia, extratos do gênero Fueus e as suas mistu-ras.
7. - Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que oextrato compreende 2 - 15%, em peso, de material seco.
8. - Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o extrato compreende- 3 - 7%, em peso, de material seco.
9. - Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato deque o extrato compreende 0,5 - 7%, em peso, de polissa-carideos de paredes de células.
10. - Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o extrato compreende 1,5 - 4%, em peso, de polissacarideos de paredes de cé-lulas .
11. - Método, de acordo com qualquer umadas reivindicações precedentes, caracterizado pelo fatode que os polissacarídeos de paredes de células são po-lissacarideos solúveis, coloidais e particulados prove-nientes da parede de células de plantas.
12. - Método, de acordo com a reivindicação-11, caracterizado pelo fato de que os polissacarídeosde paredes de células são parcialmente hidrolisados.
13. - Método, de acordo com qualquer umadas reivindicações precedentes, caracterizado pelo fatode que a composição compreende de 1 a 100%, em peso, doextrato aquoso e de 99 a 0%, de água.
14. - Método, de acordo com qualquer umadas reivindicações precedentes, caracterizado pelo fatode que a composição compreende de 5 a 50%, em volume,do extrato aquoso e de 95 a 50%, em volume, de água.
15. - Método, de acordo com qualquer umadas reivindicações precedentes, caracterizado pelo fatode que a composição compreende de 10 a 30%, em volume,do extrato aquoso e de 90 a 70%, em volume, de água.
16. - Método, de acordo com a reivindicação-12, caracterizado pelo fato de que a composição líquidaé pulverizada nos gases de combustão descarregados pormeio de um conduto de pós-combustão.
17. - Método, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato deque a proporção de poluentes selecionados entre NOx,SOx, dioxinas, enxofre reduzido total e suas misturas éreduzida.
18. - Método, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato deque a composição é pulverizada nos gases de combustão auma temperatura entre 30 e 350°C.
19. - Método, de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato deque a composição é pulverizada nos gases de combustão auma temperatura entre 50 e 90°C.
20. - Método para preparar uma composiçãode utilidade para o método de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato deque compreende submeter fragmentos de plantas que con-têm polissacarideos de paredes de células a um processode extração e solubilização em um meio de reação aquososob um pH entre 2 e 11.
21. - Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o pH está entre 3 e 5.
22. - Método, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que os fragmentosde plantas são fragmentos desidratados.
23. - Método, de acordo com a reivindicação 20, 21 ou 22, caracterizado pelo fato de que os frag-mentos de plantas são fragmentos triturados e/ou moí-dos.
24. - Método, de acordo com qualquer umadas reivindicações 20 a 23, caracterizado pelo fato deque a extração, solubilização e hidrólise parcial sãorealizadas a uma temperatura entre 20 e 90°C.
25. - Método, de acordo com a reivindicação-24, caracterizado pelo fato de que a temperatura variade 50 a 70°C.
26. - Método, de acordo com qualquer umadas reivindicações 20 a 25, caracterizado pelo fato deque a hidrólise é realizada durante 1 a 24 horas.
27. - Método, de acordo com a reivindicação-26, caracterizado pelo fato de que a hidrólise é reali-zada durante 3 a 8 horas.
28. - Método, de acordo com qualquer umadas reivindicações 20 a 27, caracterizado pelo fato deque a hidrólise é realizada com agitação com rotoresque giram a uma velocidade de rotação entre 30 e 400r.p.m.
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