ES2205332T3 - Procedimiento para la eliminacion de dioxido de azufre a partir de gases de escape. - Google Patents
Procedimiento para la eliminacion de dioxido de azufre a partir de gases de escape.Info
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Abstract
LA INVENCION TRATA DE UN PROCEDIMIENTO PARA RETIRAR SO SUB,2 DE LOS HUMOS, MEDIANTE EL CUAL EL HUMO SE INTRODUCE EN LA ZONA DE LAVADO DE UN LAVADOR EN CONTRACORRIENTE CON EL LIQUIDO DE ABSORCION. DE ACUERDO CON LA INVENCION EL LIQUIDO DE ABSORCION SE COMPONE DE UNA MEZCLA DE AGUA DE AMONIACO, Y LIQUIDO QUE CONTIENE SULFITO DE AMONIO, QUE SE SACA POR DEBAJO DE LA ZONA DE LAVADO DEL LAVADOR Y SE RECICLA SIN TRATAMIENTO INTERMEDIO, Y SOLUCION DE SULFATO DE AMONIO, QUE SE RECICLA PROCEDENTE DEL DISPOSITIVO DE OXIDACION. LA RELACION DE MEZCLA ENTRE SULFITO DE AMONIO Y SULFATO DE AMONIO SE AJUSTA EN EL INTERVALO ENTRE 15 : 1 Y 3 : 1.
Description
Procedimiento para la eliminación de dióxido de
azufre a partir de gases de escape.
La invención se refiere a un procedimiento para
la eliminación de dióxido de azufre a partir de gases de escape,
especialmente gases de escape de centrales eléctricas y gases de
escape de instalaciones de combustión de basura, en el que
- el gas de escape es conducido de abajo arriba a través de un lavador con al menos una zona de lavado y es impulsado a contracorriente con líquido de absorción, que es cargado en el lado superior de la zona de lavado así como es extraído desde el lavador por debajo de la zona de lavado, y
- el líquido de absorción es retornado en un circuito de líquido de lavar hacia el lado superior de la zona de lavar,
donde se añade agua amoniacal al circuito de
líquido de lavar y a partir del circuito de líquido de lavar se
ramifica una corriente de líquido así como se conduce a un
dispositivo de oxidación, en el que se oxidan sulfito de amonio
((NH_{4})_{2}SO_{3}) e hidrogenosulfito de amonio
(NH_{4}HSO_{3}) presentes en el líquido en sulfato de amonio
((NH_{4})_{2}SO_{4}).
Durante la eliminación de dióxido de azufre a
partir de gases de la combustión a través de lavado del gas con una
solución acuosa de amoníaco como líquido de absorción se desarrollan
esencialmente las siguientes reacciones:
SO_{2} + NH_{3} + H_{2}O
\rightarrow
NH_{4}HSO_{3}
NH_{4}HSO_{3} + NH_{3}
\rightarrow
(NH_{4})_{2}SO_{3}
(NH_{4})_{2}SO_{3} +
SO_{2} + H_{2}O \rightarrow
2NH_{4}HSO_{3}
(NH_{4})_{2}SO_{3} +
\ ^{1}/_{2} O_{2} \rightarrow
(NH_{4})_{2}SO_{4}
En el procedimiento aparece como subproducto apto
para la venta sulfato de amonio, que se puede utilizar como
abono.
Se conoce por el documento DE-C
37 33 319 un procedimiento con las características indicadas al
principio. En la zona media de lavar de un lavador de tres fases
está conectado un circuito de líquido de lavar, al que se alimentan
agua amoniacal como agente de absorción así como agua para la
compensación del balance de substancia. Desde el circuito de líquido
de lavar se toma una subcorriente y se conduce a un dispositivo de
oxidación. Aquí se realiza la oxidación para formar una solución de
sulfato de amonio, que se procesa adicionalmente a través de
evaporación y granulación para obtener un producto apto para la
venta como abono. En el líquido de absorción conducido en el
circuito, se ajusta una alta concentración en sales disueltas,
especialmente (NH_{4})_{2}SO_{3} y NH_{4}HSO_{3}.
El líquido de absorción empleado en la zona de lavar posee una
presión parcial de NH_{3} alta, que favorece la formación de
aerosoles perturbadores. En el procedimiento conocido, aguas abajo
está conectada una tercera zona de lavar, en la que con un líquido
de lavar ajustado ácido a través de la adición de ácido sulfúrico,
se elimina por lavado el amoníaco presente en el gas hasta un valor
límite admisible. La zona de lavar adicional para la separación de
NH_{3} es costosa. Tampoco se consigue evitar en una medida
totalmente satisfactoria la formación de aerosol.
En un procedimiento conocido a partir del
documento EP-A 0 778 067 se emplea como líquido de
absorción solución de sulfato de amonio, que es extraída desde un
sumidero del lavado gaseado con aire y es conducida a instalaciones
de tobera en la cabeza del lavador. Se pretende una oxidación lo
más completa posible del líquido de absorción en el sumidero del
lavador. A partir del circuito de líquido de lavar se descarga
tanto líquido de absorción que se ajusta el contenido de sal del
líquido de absorción aproximadamente del 25 al 40% en peso. La
absorción de SO_{2} a través de la solución de sulfato de amonio
empleada en el procedimiento no es satisfactoria. Es necesaria una
zona de lavar de gran longitud para eliminar SO_{2} hasta el valor
límite admisible desde el gas de la combustión. Además, se
establece una formación de aerosol que no es ya tolerable, cuando el
humo a purificar presenta una alta concentración de SO_{2} de más
de 2700 mg/Nm^{3}. Se conocen procedimientos similares a partir de
los documentos EP-A 0 212 523 y
EP-A 0 620 187. También en estos procedimientos se
emplea una solución de sulfato de amonio como líquido de
absorción.
La invención tiene el cometido de mejorar el
procedimiento descrito al principio de tal forma que se consigue
una separación eficaz de SO_{2} con una formación de aerosol lo
más reducida posible.
Para la solución de este cometido, la invención
enseña que el líquido de lavar cargado en el lado superior de la
zona de lavar está constituido por una mezcla de
- a)
- agua amoniacal,
- b)
- líquido de lavar que contiene sulfito de amonio, que es extraído desde el lavador por debajo de la zona de lavar y es retornado sin tratamiento intermedio, y
- c)
- solución de sulfato de amonio, que es retornada desde el dispositivo de oxidación,
donde se ajusta una relación de la mezcla entre
sulfito de amonio ((NH_{4})_{2}SO_{3}) y sulfato de
amonio ((NH_{4})_{2}SO_{4}) de 15:1 a 3:1. Con
preferencia, la relación de la mezcla de sulfito de amonio/sulfato
de amonio está en el intervalo entre 10:1 a 5:1.
De manera sorprendente se ha comprobado que el
líquido de lavar que contiene sulfito de amonio mezclado con agua
amoniacal y una solución de sulfato de amonio proporciona un
líquido de absorción, que se caracteriza por una capacidad de
absorción de SO_{2} grande y no muestra ninguna tendencia a la
formación de aerosol. El SO_{2} es ligado muy rápidamente por
sulfito de amonio, que está presente en el líquido de absorción
según la invención en una concentración alta, bajo la formación de
NH_{4}HSO_{3}. Se forma un equilibrio entre SO_{2} y el gas de
la combustión, el NH_{3} alimentado como agua amoniacal y
(NH_{4})_{2}SO_{3}. La absorción de SO_{2} a través
del medio de absorción empleado según la invención se desarrolla
más rápidamente que la absorción a través de agua amoniacal sola o
a través de una mezcla de amoníaco y solución de sulfato de amonio.
A través de la absorción más rápida y efectiva de SO_{2} es
posible elevar la velocidad de la circulación del gas de la
combustión y/o trabajar con una zona de lavar corta. Con la ayuda
del procedimiento según la invención se pueden purificar gases de la
combustión con altos contenidos de óxido de azufre. Es posible
mantener constante el contenido de aerosol en el gas de la
combustión purificado por debajo de 15 mg/Nm^{3} y reducirlo en
la mayoría de los casos incluso por debajo de 10 mg/Nm^{3}. La
porción de la solución de sulfato de amonio contribuye al potencial
reducido de formación de aerosol del líquido de absorción empleado
según la invención. Esto se puede atribuir a que la presión parcial
del amoníaco del sulfato de amonio está claramente reducida con
respecto al sulfito de amonio / hidrogenosulfito de amonio.
El agua amoniacal empleada presenta, en general,
un contenido de amoníaco entre 10 y 30% en peso. Se puede formar
directamente en el lugar a través de la mezcla de amoníaco con
agua, pero también se pueden emplear otros productos de venta en el
comercio. La cantidad de carga del agua amoniacal es controlada a
través del valor pH del líquido de absorción. El valor pH se puede
ajustar en el intervalo entre pH 4,5 y 7. Con preferencia, se
ajusta el valor pH del líquido de absorción en el lado de la carga
entre pH 5 y pH 6,5, realizándose el ajuste del valor pH a través de
la alimentación de agua amoniacal.
La corriente cuantitativa del líquido que
contiene sulfito de amonio retornado directamente a la zona de lavar
eludiendo la fase de oxidación se ajusta de tal manera que el
líquido de absorción cargado en la zona de lavar contiene una
cantidad sobreestequiométrica de (NH_{4})_{2}SO_{3}
correspondiente a la ecuación de reacción
(NH_{4})_{2}SO_{3}) +
SO_{2} + H_{2}O \rightarrow
2NH_{4}HSO_{3}
para la formación de la cantidad de SO_{2}
conducida con el gas de la combustión a la zona de lavar. De manera
conveniente, se regula la corriente cuantitativa del líquido de
lavar que contiene sulfito de amonio, de tal forma que el líquido de
absorción contiene una concentración de sulfito de amonio, que es
aproximadamente 25% mayor que la cantidad estequiométrica necesaria
para la reacción estequiométrica de acuerdo con la ecuación de
reacción mencionada
anteriormente.
Según una forma de realización preferida de la
invención, el lavador contiene en la zona de lavar un relleno de
cuerpos a granel, que es regado desde el lado superior por el
líquido de absorción. La cantidad de carga del líquido de absorción
se establece de conformidad con un valor empírico para el relleno
de cuerpos a granel. La corriente cuantitativa de líquido de la
solución de sulfato de amonio retornado desde el dispositivo de
oxidación a la zona de lavar resulta a partir del siguiente balance
de masas de las corrientes de líquido:
\dot{m}_{ox} = m - m_{WF} -
m_{NH3}
con
\dot{m}_{ox} : corriente cuantitativa de la
solución de sulfato de amonio retornada desde el dispositivo de
oxidación hacia la zona de lavar.
\dot{m} : corriente cuantitativa de carga del
líquido de absorción.
\dot{m}_{WF} : corriente cuantitativa del
líquido de lavar que contiene sulfito de amonio retornado a la zona
de lavar.
\dot{m}_{NH3} : corriente cuantitativa de
agua amoniacal recién alimentada.
Desde el dispositivo de oxidación se descarga una
subcorriente de la solución de sulfato de amonio. A través de la
corriente cuantitativa descargada se puede controlar el contenido
de sal del líquido de absorción. Con preferencia se trabaja de tal
forma que la solución de sulfato de amonio es extraída con una
concentración de (NH_{4})_{2}SO_{4} del 25% en peso al
30% en peso desde el dispositivo de oxidación.
El gas de la combustión a purificar es producido,
en general, a través de la combustión de hulla, lignito, coque de
petróleo, aceite, residuos de refinería, basura y combustibles
similares en centrales eléctricas. El gas tiene habitualmente una
temperatura de aproximadamente 135 a 280ºC y se alimenta a la
instalación a través de conductos correspondientes. A la entrada a
la instalación, el gas, que contiene con frecuencia como otras
substancias nocivas ácidos halógenos como HCL, es regado con lejía
alcalina, por ejemplo NaOH o KOH en la corriente continua, para
neutralizar los ácidos halógenos. De acuerdo con una forma de
realización preferida de la invención, el gas de la combustión es
refrigerado antes de la entrada en la zona de lavar a través de
pulverización de agua fría y/o solución de sulfato de amonio y en
este caso es saturado al mismo tiempo con agua.
En otra configuración preferida del procedimiento
según la invención, está previsto que el líquido de absorción sea
extraído desde el lavador sobre un fondo permeable al gas debajo de
la zona de lavar y que la solución de sulfato de amonio empleada
para el enfriamiento sea separada en el sumidero del lavador. Desde
el sumidero del lavador se extrae de nuevo solución de sulfato de
amonio y se introduce por pulverización en la corriente de gases de
la combustión como líquido de enfriamiento. A través de la
evaporación del agua se concentra la solución de sulfato de amonio.
A través de la regulación de un flujo de alimentación de solución
de sulfato de amonio, que se extrae desde el dispositivo de
oxidación, y de la extracción de una subcorriente de solución de
sulfato de amonio concentrada desde el sumidero del lavador se puede
ajustar la concentración de (NH_{4})_{2}SO_{4} en el
sumidero del lavador. De esta manera es posible obtener soluciones
de sulfato de amonio hasta una concentración de aproximadamente 42%
en peso. A concentraciones todavía más elevadas, se produce una
cristalización perturbadora. Se ha comprobado que los cristales de
(NH_{4})_{2}SO_{4}, que se forman a altas
concentraciones en el lavador no son absorbidos y forman aerosoles,
que solamente se pueden separar utilizando instalaciones de filtro
costosas. Al menos una parte de la solución de sulfato de amonio
concentrada, que se extrae desde el sumidero del lavador, se puede
alimentar a instalaciones de obtención de sulfato de amonio y se
procesa posteriormente para obtener abonos.
A continuación se explica la invención con la
ayuda de un dibujo que representa solamente un ejemplo de
realización, La figura única muestra el esquema de una instalación
para la realización del procedimiento según la invención.
El gas de la combustión alimentado a la
instalación es rociado en un trayecto de enfriamiento 1 en la
corriente continua con una solución de NaOH o KOH, que es alimentada
a través de un conducto 2, para separar eventuales ácidos halógenos
presentes. Además, el gas de la combustión es refrigerado con agua a
través de una instalación de alimentación 3 y/o con solución de
sulfato de amonio a través de un conducto 4 y es saturado con vapor
de agua. La temperatura del líquido se mantiene en un intervalo
entre 56ºC y 60ºC, donde la temperatura de saturación del gas
determina la temperatura del líquido de enfriamiento. Con
preferencia, como líquido de enfriamiento se emplea solución de
sulfato de amonio, que se extrae con una concentración de 25 a 30%
en peso desde un dispositivo de oxidación 5 y se alimenta al
sumidero 6 de un lavador 7.
El gas de la combustión refrigerado, saturado con
vapor de agua y libre de ácido halógeno circula a continuación a la
zona de lavar 8 del lavador 7. En la zona de lavar 8, el gas de la
combustión cargado esencialmente con SO_{2} es puesto en contacto
con un líquido de absorción, que está constituido, según la
invención, por una mezcla de agua amoniacal, solución acuosa de
sulfato de amonio y solución de sulfito de amonio recién formada.
Una subcorriente del líquido de absorción extraído sobre un fondo
permeable al gas por debajo de la zona de lavar 8 es alimentada a
través del conducto 10 al dispositivo de oxidación. Allí se lleva a
cabo a través de la adición de un gas que contiene oxígeno una
oxidación de los sulfitos de amonio y de los hidrogenosulfitos de
amonio, que están presentes en el líquido, en sulfato de amonio. La
otra parte del líquido de absorción es conducida en circuito a
través del conducto 11, es mezclada con agua amoniacal procedente
del conducto 12 así como la solución de sulfato de amonio,
alimentada a través del conducto 13, procedente del dispositivo de
oxidación 5 y es conducida a la instalación de aspersión 14 por
encima de la zona de lavar 8.
La zona de lavar 8 contiene un relleno de cuerpos
a granel, que incrementa la superficie de contacto entre el gas de
la combustión y el líquido de absorción y mejora la absorción de
SO_{2}. A través del empleo de cuerpos de relleno es posible
reducir, en general, la altura de la zona de lavar 8 y, por lo
tanto, la altura de construcción del lavador 7. En el relleno de
cuerpos a granel se pueden emplear cuerpos de relleno de venta en
el comercio, que están constituidos por un material inerte frente a
los gases ácidos.
Para conseguir una absorción efectiva de
SO_{2}, se ajusta el valor pH del líquido de absorción en el lado
de la carga entre pH 5 y PH 6,5. El ajuste del pH se realiza a
través de la alimentación de agua amoniacal.
En el dispositivo de oxidación está conectado un
conducto de aire 15 con soplante. El aire alimentado a través del
conducto 15 es puesto en contacto intensivamente con el líquido que
contiene NH_{4}HSO_{3} / (NH_{4})_{2}SO_{3}. La
solución de sulfato de amonio resultante es acumulada en el sumidero
del dispositivo de oxidación 5. La concentración de sulfato de
amonio se determina, por ejemplo, a través de la medición de la
densidad. Con una concentración de sulfato de amonio de 25 a 30% en
peso, se extrae la solución de sulfato de amonio desde el sumidero
del dispositivo de oxidación 5. La subcorriente extraída a través
del conducto 16 puede ser alimentada a una instalación de obtención
de sulfato de amonio, en la que se produce sulfato de amonio puro a
través de la eliminación del agua. Una subcorriente extraída a
través del conducto 17 es alimentada al sumidero del lavador y es
utilizada en un circuito de líquido 18, conectado en el sumidero
del lavador, como líquido de enfriamiento para la refrigeración del
gas de la combustión, realizándose una concentración de la solución
de sulfato de amonio en concentraciones de sulfato de amonio de
hasta 42% en peso.
La cantidad de líquido en el sumidero del
dispositivo de oxidación 5 se puede ajustar constante a través de un
conducto de alimentación correspondiente por medio de la
alimentación de agua o de líquido de lavar procedente de un depósito
intermedio 20.
En el ejemplo de realización representado en la
figura, el lavador 7 contiene una segunda zona de lavar 21,
igualmente con un relleno de cuerpos a granel. Se carga una
solución de lavar con un valor pH entre pH 4 y pH 6 a través de un
distribuidor de líquido sobre el material a granel de la segunda
zona de lavar 21 y se pone en contacto con el gas purificado. En el
marco de la invención está que el gas de la combustión liberado de
componentes ácidos sea conducido a través de un dispositivo de
separación de aerosoles no representado, aunque con preferencia se
prescinde de una instalación de filtro de este tipo. Como
dispositivo de separación de aerosoles se puede utilizar un filtro
eléctrico húmedo dispuesto por encima de la segunda zona de
lavar.
El líquido de lavar cargado de la segunda zona es
extraído sobre un fondo colector de líquido 23 dispuesto por debajo
de la segunda zona de lavar 21 y es conducido a través de un
conducto 24 al depósito intermedio. El valor pH del líquido de
lavar es ajustado por medio de la alimentación de agua amoniacal a
través del conducto 12. El nivel del líquido en el sumidero del
depósito intermedio 20 es regulado por medio de la alimentación de
agua a través del conducto 25.
El gas de la combustión purificado es conducido a
continuación hacia la chimenea y es descargado al medio
ambiente.
Claims (8)
1. Procedimiento para la eliminación de dióxido
de azufre a partir de gases de escape, especialmente gases de escape
de centrales eléctricas y gases de escape de instalaciones de
combustión de basura, en el que
- el gas de escape es conducido de abajo arriba a través de un lavador con al menos una zona de lavado y es impulsado a contracorriente con líquido de absorción, que es cargado en el lado superior de la zona de lavado así como es extraído desde el lavador por debajo de la zona de lavado, y
- el líquido de absorción es retornado en un circuito de líquido de lavar hacia el lado superior de la zona de lavar,
donde se añade agua amoniacal al circuito de
líquido de lavar y a partir del circuito de líquido de lavar se
ramifica una corriente de líquido así como se conduce a un
dispositivo de oxidación, en el que se oxidan sulfito de amonio
((NH_{4})_{2}SO_{3}) e hidrogenosulfito de amonio
(NH_{4}HSO_{3}) presentes en el líquido en sulfato de amonio
((NH_{4})_{2}SO_{4}), caracterizado porque el
líquido de absorción cargado en el lado superior de la zona de
lavar está constituido por una mezcla de
- a)
- agua amoniacal,
- b)
- líquido de lavar que contiene sulfito de amonio, que es extraído desde el lavador por debajo de la zona de lavar y es retornado sin tratamiento intermedio, y
- c)
- solución de sulfato de amonio, que es retornada desde el dispositivo de oxidación,
donde se ajusta una relación de la mezcla entre
sulfito de amonio y sulfato de amonio de 15:1 a 3:1.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la relación de la mezcla entre sulfito
de amonio y sulfato de amonio en la solución de absorción se ajusta
en el intervalo entre 10:1 y 5:1.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el valor pH del
líquido de absorción se ajusta en el lado de carga entre pH 5 y pH
6,5, realizándose el ajuste del valor pH a través de la alimentación
de agua amoniacal.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la corriente
cuantitativa del líquido de lavar que contiene sulfito de amonio
retornada eludiendo la fase de oxidación directamente a la zona de
lavar se ajusta para que el líquido de absorción cargado sobre la
zona de lavar contenga una cantidad sobreestequiométrica de sulfito
de amonio correspondiente a la ecuación de reacción
(NH_{4})_{2}SO_{3}) +
SO_{2} + H_{2}O \rightarrow
2NH_{4}HSO_{3}
para la formación de la cantidad de SO_{2}
conducida con el gas de la combustión a la zona de
lavar.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el lavador
contiene en la zona de lavar un relleno de cuerpos a granel, que es
regado desde el lado superior por el líquido de absorción, siendo
establecida la cantidad de carga del líquido de absorción de
conformidad con un valor empírico para el relleno de cuerpos a
granel, y porque la corriente cuantitativa de la solución de sulfato
de amonio retornada desde el dispositivo de oxidación a la zona de
lavar se ajusta de conformidad con la cantidad de carga
predeterminada.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la solución de
sulfato de amonio es extraída con una concentración de sulfato de
amonio del 25% en peso al 30% en peso desde el dispositivo de
oxidación.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el gas de la
combustión es refrigerado antes de la entrada en la zona de lavar a
través de la pulverización de agua fría y/o solución de sulfato de
amonio y es saturado con agua.
\newpage
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el líquido de absorción es extraído
desde el lavador sobre un fondo permeable al gas por debajo de la
zona de lavar y porque la solución de sulfato de amonio empleada
para el enfriamiento es separada en el sumidero del lavador, siendo
tomada de nuevo solución de sulfato de amonio desde el sumidero del
lavador y siendo pulverizada a la corriente de gas de la combustión
como líquido de enfriamiento y donde en el sumidero del lavador se
ajusta una concentración de 42% en peso máximo.
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