ES2349655T3 - Procedimiento e instalación de depuración de humos que contienen contaminantes ácidos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de depuración de humos (1) que contienen contaminantes ácidos, que comprenden ácido clorhídrico y dióxido de azufre, caracterizado porque comprende las etapas siguientes: - se alimentan con los humos que hay que depurar (1), a una temperatura comprendida entre 120 ºC y 250 ºC, preferentemente entre 140 ºC y 180 ºC, a un separador de gases-sólidos (101), al cual se alimenta igualmente con un reactivo de neutralización (2), especialmente cal, magensia, carbonato sódico o bicarbonato sódico; - se recoge una fracción (4) de los humos depurados (3), comprendida entre el 5 % y el 25 %, preferentemente entre el 5 % y el 10 %, del caudal total de estos humos depurados (3); - se admite esta fracción recogida (4) en un reactor de activación (104), a una temperatura comprendida entre 150 ºC y 300 ºC, preferentemente entre 160 ºC y 230 ºC, así como con un contenido de agua comprendido entre el 20 % y el 60 %, preferentemente entre el 30 % y el 50 %; - se admite igualmente una fracción (10) de los residuos sólidos (9) procedentes del separador de gases-sólidos (101), en el citado reactor de activación (104), con el fin de activar estos residuos sólidos, que comprenden reactivo de neutralización, por intermedio de la citada fracción recogida (4) de los humos depurados (3); y - se recicla (por 12) al menos una parte de los residuos sólidos activados en el interior del reactor de activación (104), así como al menos una parte de los gases efluentes de este reactor, hacia el separador de gases-sólidos (101).

Description

La presente invención se refiere a un procedimiento y a una instalación de depuración de humos que contienen contaminantes ácidos.

En el sentido de la invención, estos contaminantes ácidos comprenden especialmente, pero no exclusivamente, ácido clorhídrico y dióxido de azufre. Estos contaminantes son generados por numerosas actividades industriales, tales 5 como las incineradoras, los hornos cementeros o las refinerías de petróleo. Con miras al tratamiento de estos contaminantes ácidos, varios procedimientos son conocidos y de utilización comercial corriente.

En primer lugar, se encuentran los procedimientos húmedos en los cuales loa gases que hay que depurar son puestos en contacto con un líquido de lavado 10 que, por absorción, capta los contaminantes ácidos y los neutraliza. Varias tecnologías están disponibles, desde los lavadores que utilizan una pulverización en lluvia hasta los lavadores con lecho de relleno, pasando por los lavadores de platos. Si bien estos procedimientos son eficaces y producen comparativamente pocos residuos sólidos, estos con caros en términos de inversión. 15

A continuación, se encuentran los procedimientos secos en los cuales un reactivo de neutralización, habitualmente cal o bicarbonato sódico, es inyectado en los gases que hay que depurar. El producto de la reacción, así como el exceso de reactivos, son recogidos entonces en un filtro de mangas o en un electrofiltro.

Estos procedimientos, menos caros en inversión, están sometidos no 20 obstante a costes operatorios sensiblemente más elevados que los procedimientos húmedos. En efecto, para una depuración forzada es necesario un exceso de reactivo, lo que induce costes sustanciales vinculados a este reactivo y, sobre todo, al tratamiento y a la puesta en descarga de los residuos sólidos.

Se ha buscado mejorar esta situación con los procedimientos semisecos en 25 los cuales el reactivo es puesto en contacto con los gases que hay que depurar, no en forma sólida, sino en forma de un líquido o de una pasta, habitualmente una lechada de cal. Al contacto con los gases calientes, el agua se evapora, quedando al final un residuo sólido de una composición similar al de los procedimientos secos, que es recogido en un filtro o un electrofiltro. 30

Esta solución representa un progreso con respecto a los sistemas secos porque la existencia temporal de una fase húmeda permite reducir el exceso necesario de reactivo. La cantidad consumida de reactivos es menor, igual que la cantidad de residuos producidos. Por el contrario, la instalación correspondiente es compleja puesto que ésta incluye necesariamente un reactor de atomización / 35 evaporación.

Se ha buscado igualmente disminuir la cantidad de reactivos y de residuos producidos en los sistemas secos humidificando previamente el reactivo, por ejemplo pulverizando el agua sobre cal, en un husillo o tambor, antes de ponerle en contacto con los gases calientes. Se realiza por tanto con menor gasto una especie de procedimiento semiseco que aprovecha la humidificación en 5 superficie del reactivo, lo que conduce a una activación de este último.

Esta solución, descrita especialmente en el documento FR-A-2 572 951, implica no obstante ciertos inconvenientes. En efecto, ésta va acompañada de un riesgo de obstrucción, o apelmazamiento, de las unidades de transporte de los reactivos, que es tanto más importante cuanto mayor es la concentración de ácido 10 clorhídrico en los humos.

Precisado esto, la invención pretende poner remedio a los citados diferentes inconvenientes de la técnica anterior.

En particular, ésta pretende proponer un procedimiento que, al tiempo que asegure una activación satisfactoria del reactivo de neutralización, permita 15 liberarse del problema de obstrucción anteriormente citado.

Ésta pretende igualmente proponer un procedimiento de este tipo, que sea ventajoso en términos económicos.

A tal efecto, ésta tiene por objeto un procedimiento de depuración de humos que contienen contaminantes ácidos, que comprenden ácido clorhídrico y/o 20 dióxido de azufre, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

- se alimenta con los humos que hay que depurar, a una temperatura comprendida entre 120 ºC y 250 ºC, preferentemente entre 140 ºC y 180 ºC, a un separador de gases-sólidos, al cual se alimenta igualmente con un reactivo de neutralización, especialmente cal, magnesia, carbonato sódico o bicarbonato 25 sódico;

- se recoge una fracción de los humos depurados, comprendida entre el 5 % y el 25 %, preferentemente entre el 5 % y el 10 %, del caudal total de estos humos depurados;

- se admite esta fracción recogida en un reactor de activación, a una 30 temperatura comprendida entre 150 ºC y 300 ºC, preferentemente entre 160 ºC y 230 ºC, así como con un contenido de agua comprendido entre el 20 % y el 60 %, preferentemente entre el 30 % y el 50 %;

- se admite igualmente una fracción de los residuos sólidos procedentes del separador de gases-sólidos, en el citado reactor de activación, con el fin de 35

activar estos residuos sólidos, que comprenden reactivo de neutralización, por intermedio de la citada fracción recogida de los humos depurados; y

- se recicla al menos una parte de los residuos sólidos activados en el interior del reactor de activación, así como al menos una parte de los gases efluentes de este reactor, hacia el separador de gases-sólidos. 5

De acuerdo con otras características de la invención:

- se calienta la fracción recogida de los citados humos depurados antes de admitirla en el interior del reactor de activación, en particular en un quemador;

- se humidifica la fracción recogida de los humos antes de admitirla en el interior del reactor de activación, en particular por pulverización de agua o por 10 inyección de vapor vivo;

- se realiza un lecho fluidificado, o un lecho en surtidor, de la citada fracción de los residuos sólidos, en el interior del reactor de activación;

- se utilizan medios de separación, previstos aguas abajo del reactor de activación, especialmente un ciclón, con el fin de reenviar una parte de los 15 residuos sólidos activados hacia este reactor.

La invención tiene por objeto igualmente una instalación para la puesta en práctica del procedimiento definido anteriormente, que comprende:

- medos de alimentación de los humos que hay que depurar;

- un separador de gases-sólidos, en el cual desembocan los medios de 20 alimentación de humos que hay que depurar;

- medios de admisión de un reactivo de neutralización, que desembocan en el separador;

- medios de recogida de una fracción de los humos depurados;

- medios de admisión de una fracción de los residuos sólidos procedentes 25 del separador;

- un reactor de activación, en el cual desembocan los medios de recogida de la fracción de los humos depurados, así como los medios de admisión de la fracción de los residuos sólidos; y

- medios de reciclaje de al menos una parte de los residuos sólidos 30 activados en el interior del reactor de activación, así como al menos una parte de los gases efluentes de este reactor, siendo puestos en comunicación estos medios de reciclaje con el separador de gases-sólidos.

De acuerdo con otras características de la invención:

- el separador de gases-sólidos es del tipo de filtro de mangas; 35

- la instalación comprende igualmente medios de calentamiento, especialmente un quemador, en los cuales desembocan los medios de recogida, estando dispuestos estos medios de calentamiento aguas arriba del reactor de activación;

- esta instalación comprende igualmente medios de humidificación, en los 5 cuales desembocan los medios de recogida, estando previstos estos medios de humidificación aguas arriba del reactor de activación;

- los medios de reciclaje desembocan en medios de separación, especialmente un ciclón, apropiados para reenviar hacia el reactor de activación, una parte de los residuos sólidos activados previamente en este reactor. 10

Se va a describir ahora la invención, refiriéndose a la figura única aneja, que es una representación esquemática de una instalación de depuración de humos de acuerdo con la invención.

Un dispositivo de depuración de los gases 101, de una tecnología en sí conocida y que por ejemplo puede ser un filtro de mangas, recibe los humos que 15 hay que depurar 1 a una temperatura comprendida entre 120 ºC y 250 ºC y preferentemente entre 140 ºC y 180 ºC, así como una aportación de reactivo fresco 2 y de un producto activado 12 que proviene de un reactor de activación 104. Este reactivo 2, denominado de neutralización, es por ejemplo cal, en particular de gran superficie específica, magensia, carbonato sódico o también 20 bicarbonato sódico.

Una parte 4 de los humos depurados 3 que salen de este separador 101 es dirigida hacia una unidad 102 que por ejemplo puede ser un quemador de gas o de fueloil, o bien una batería de calentamiento eléctrico. Esta fracción representa entre el 5 % y el 25 % del caudal total, y preferentemente entre el 5 % y el 10 %. 25 Para hacer esto, se utiliza, de manera opcional, un ventilador no representado y no objeto de la invención. La parte 5 de los gases no recogida es dirigida hacia un tratamiento complementario o bien hacia una chimenea, no representada.

Los gases así recalentados en la unidad 102, a una temperatura comprendida entre 160 ºC y 450 ºC, son admitidas en una cámara de 30 humidificación 103, que en variante puede estar integrada en el reactor de activación 104. En la cámara 103 se introducen agua o bien vapor de agua 7 en cantidad tal que la humedad absoluta de los gases sea llevada a un valor comprendido entre el 20 % y el 60 % en volumen, siendo expresada la humedad sobre una base total húmeda. Así, a título indicativo, el 40 % de humedad 35 significa que 100 volúmenes de humos comprenden 40 volúmenes de agua en

forma de vapor, así como 60 volúmenes de otros gases, por ejemplo de N2, de CO2, de O2 y de trazas de contaminantes ácidos. Los gases así recalentados y humidificados son introducidos entonces en el reactor 104.

Una parte 10 de los residuos sólidos 9 procedentes del separador 101, que contienen todavía una fracción de reactivo no utilizado, es dirigida hacia el 5 reactor de activación 104, eventualmente por medio de husillos y de capacidades intermedios no representados y no objetos de la invención. Por otra parte, la parte 11 de los residuos no reciclados es evacuada del sistema.

En el reactor 104, los residuos sólidos 10, que contienen reactivo de neutralización, son sometidos a una operación de activación, que pone en 10 práctica reequilibrados de naturaleza química, termoquímica o termodinámica. En efecto, por el estado de la técnica es conocido que la humidificación aumenta la actividad aparente de un reactivo de neutralización de este tipo. Además, los iones cloruro y el cloruro cálcico aumentan esta actividad aparente, en particular en lo que se refiere al dióxido de azufre. Las reacciones de equilibrado, tales 15 como CaCl2 + Ca (OH)2 = 2 Ca OH Cl resultan especialmente favorecidas por la presencia de agua.

La fracción de los gases depurados, recogida por el flujo 4 y después calentada y humidificada, es admitida en el interior del reactor 104 a una temperatura comprendida entre 150 ºC y 300 ºC. A este respecto, se señalará que 20 la temperatura en el interior del reactor 104 puede ser regulada por la puesta en práctica más o menos forzada de la unidad 102. En otras palabras, se ajusta la temperatura del flujo 6, que sale de la unidad 102, con el fin de obtener la temperatura deseada en el interior del reactor 104. Evidentemente, la temperatura de consigna que hay que obtener a la salida de la unidad 102 es igualmente 25 función de la humedad de los flujos 6 y 8, así como de la elección hecha para el flujo 7, según que se utilice vapor de agua o agua líquida. Por otra parte, como se ha visto anteriormente, el flujo 8 es admitido en el interior del reactor 104 con un contenido de agua comprendido entre el 20 % y el 60 %.

Se observará que el flujo gaseoso 8 sirve de gas vector, con miras a la 30 activación de los sólidos en el interior del reactor 104. Por otra parte, en el caso en que el reactor sea del tipo de lecho fluidificado o de lecho en surtidor, este flujo gaseoso sirve para fluidificar, al menos parcialmente, los sólidos 10 admitidos en este reactor 104. En lo que concierne a los lechos en surtidor, o « spouted beds », se hará referencia a la publicación « Pressure Fluctuation in Jet 35

Spouted Beds » aparecida en octubre de 2004, en el volumen 82 de « The Canadian Journal of Chemical Engineering ».

El flujo 12 que sale de este reactor 104, que comprende humos previamente depurados y residuos sólidos activados, es devuelto aguas arriba del separador 101. Estos residuos sólidos así activados, que comprenden especialmente 5 reactivo de neutralización forman, con el reactivo fresco 2, el conjunto del reactivo que va a servir para la captación de los contaminantes ácidos por el separador 101.

De manera opcional, no representada en la figura única, solamente una parte del flujo 12 es devuelta al filtro, mientras que la otra parte por ejemplo 10 constituida por las partículas más gruesas, las menos reactivas, es reenviada hacia el reactor 104 por un dispositivo de clasificación / separación, por ejemplo de naturaleza ciclónica. Así, una parte de los sólidos activados es ventajosamente reciclada hacia este reactor 104.

La invención permite realizar los objetivos anteriormente mencionados. 15

En efecto, la invención autoriza una activación satisfactoria de los residuos sólidos 9, que comprenden reactivo de neutralización, gracias a la utilización de la fracción recogida de los humos depurados. Por otra parte, la invención es ventajosa en términos económicos, dado que se aprovecha el flujo gaseoso pre-existente, formado por los humos depurados. 20

Finalmente, la invención permite liberarse de los fenómenos de obstrucción, encontrados en la técnica anterior. En efecto, la temperatura que reina en el interior del reactor de activación 104 es suficientemente elevada, para evitar sensiblemente este tipo de fenómeno. Además, la utilización de un lecho fluidificado o de un lecho en surtidor, en el interior del reactor de activación, 25 contribuye a reducir todavía más cualquier riesgo de obstrucción.

La invención puede ser comprendida mejor con la ayuda del ejemplo siguiente:

55000 Nm3/h de humos de una instalación de combustión, a 150 ºC, o sea aproximadamente 69750 kg/h (que contiene el 14 % de H2O), son mezclados con 30 el flujo que sale del reactor de activación 104. La mezcla, a una temperatura de aproximadamente 152 ºC, es alimentada a un filtro de mangas 101. El 10 % de los gases efluentes son recirculados hacia un quemador de gas que eleva la temperatura de 152 ºC a 173 ºC. 1000 kg/h de vapor vivo a 6 bares y a 159 ºC son alimentados aguas arriba del reactor de activación 104, que recibe igualmente 35

el 80 % de los residuos recogidos en el filtro de mangas. La temperatura en el interior del reactor de activación se establece en 170 ºC.

Flujo másico t % H2O

1(*) Humos que hay que depurar 69750 kg/h 150 ºC 14 % 1bis (*) Gases introducidos en el filtro (sin sólidos) 78610 kg/h 152 ºC 15,9 % 4(*) Gases reciclados para activación 7860 kg/h 152 ºC 15,9 % 5 (*) Gases depurados 70750 kg/h 152 ºC 15,9 %

Flujo másico t % H2O

6(*) Salida del quemador 7860 kg/h 173 ºC 15,9 % 7(*) Vapor vivo 1000 kg/h 159 ºC 100 % 8(*) Gases que sirven para la activación 8860 kg/h 170 ºC 30 %

(*) Los números en la tabla anterior son relativos a los flujos gaseosos 5 indicados en la figura.

La referencia 1bis designa la suma del flujo 1 y de la fracción gaseosa del flujo 12.

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Claims (11)

1. REIVINDICACIONES
2. 1. Procedimiento de depuración de humos (1) que contienen contaminantes ácidos, que comprenden ácido clorhídrico y dióxido de azufre, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

   - se alimentan con los humos que hay que depurar (1), a una temperatura 5 comprendida entre 120 ºC y 250 ºC, preferentemente entre 140 ºC y 180 ºC, a un separador de gases-sólidos (101), al cual se alimenta igualmente con un reactivo de neutralización (2), especialmente cal, magensia, carbonato sódico o bicarbonato sódico;

   - se recoge una fracción (4) de los humos depurados (3), comprendida entre 10 el 5 % y el 25 %, preferentemente entre el 5 % y el 10 %, del caudal total de estos humos depurados (3);

   - se admite esta fracción recogida (4) en un reactor de activación (104), a una temperatura comprendida entre 150 ºC y 300 ºC, preferentemente entre 160 ºC y 230 ºC, así como con un contenido de agua comprendido entre el 20 % y el 15 60 %, preferentemente entre el 30 % y el 50 %;

   - se admite igualmente una fracción (10) de los residuos sólidos (9) procedentes del separador de gases-sólidos (101), en el citado reactor de activación (104), con el fin de activar estos residuos sólidos, que comprenden reactivo de neutralización, por intermedio de la citada fracción recogida (4) de 20 los humos depurados (3); y

   - se recicla (por 12) al menos una parte de los residuos sólidos activados en el interior del reactor de activación (104), así como al menos una parte de los gases efluentes de este reactor, hacia el separador de gases-sólidos (101).
3. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque 25 se calienta la fracción recogida (4) de los citados humos depurados (3) antes de admitirla en el interior del reactor de activación (104), en particular en un quemador (102).
4. 3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque se humidifica la fracción recogida (4) de los humos (3) antes de admitirla 30 en el interior del reactor de activación (104), en particular por pulverización de agua o por inyección de vapor vivo.
5. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se realiza un lecho fluidificado, o un lecho en surtidor, de la citada fracción (10) de los residuos sólidos (9), en el interior del reactor de 35 activación (104).
6. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utilizan medios de separación, previstos aguas abajo del reactor de activación (104), especialmente un ciclón, con el fin de reenviar una parte de los residuos sólidos activados hacia este reactor (104).
7. 6. Instalación de depuración de humos para la puesta en práctica de acuerdo 5 con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende:

   - medios de alimentación de los humos que hay que depurar (1);

   - un separador de gases-sólidos (101), en el cual desembocan los medios de alimentación de humos que hay que depurar;

   - medios (2) de admisión de un reactivo de neutralización, que desembocan 10 en el separador (101);

   - medios de recogida de una fracción (4) de los humos depurados (3);

   - medios de admisión de una fracción (10) de los residuos sólidos (9) procedentes del separador (101);

   - un reactor de activación (104), en el cual desembocan los medios de 15 recogida de la fracción (4) de los humos depurados, así como los medios de admisión de la fracción (10) de los residuos sólidos; y

   - medios (12) de reciclaje de al menos una parte de los residuos sólidos activados en el interior del reactor de activación (104), así como al menos una parte de los gases efluentes de este reactor, siendo puestos en comunicación estos 20 medios de reciclaje con el separador de gases-sólidos (101).
8. 7. Instalación de depuración de humos de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque el separador de gases-sólidos (101) es de tipo de filtro de mangas.
9. 8. Instalación de depuración de humos de acuerdo con las reivindicaciones 25 6 o 7, caracterizada porque la instalación comprende igualmente medios de calentamiento (102), especialmente un quemador, en los cuales desembocan los medios de recogida, estando dispuestos estos medios de calentamiento aguas arriba del reactor de activación (104).
10. 9. Instalación de depuración de humos de acuerdo con una cualquiera de las 30 reivindicaciones 6 a 8, caracterizada porque esta instalación comprende igualmente medios de humidificación (103), en los cuales desembocan los medios de recogida, estando previstos estos medios de humidificación aguas arriba del reactor de activación (104).
11. 10. Instalación de depuración de humos de acuerdo con una cualquiera de 35 las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada porque los medios de reciclaje (12)

    desembocan en medios de separación, especialmente un ciclón, apropiados para reenviar hacia el reactor de activación (104), una parte de los residuos sólidos activados previamente en este reactor.