ES2554112T3 - Sistema de limpieza y método para la reducción de SOx en gases de escape - Google Patents

Sistema de limpieza y método para la reducción de SOx en gases de escape Download PDF

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Abstract

Sistema de limpieza (1) para la reducción de SOx y materia en forma de partículas en los gases de escape de un motor de combustión marino (104), un quemador o una caldera, comprendiendo el sistema de limpieza: un primer bucle del proceso de lavado (100) que comprende un primer lavador (102) y un primer tanque de circulación de agua (101), en donde el agua del primer tanque de circulación de agua está dispuesta para circular en el primer bucle del proceso de lavado (100), estando dispuesto el primer lavador (102) para recibir los gases de escape del motor de combustión (104), el quemador o la caldera y agua desde el primer tanque de circulación de agua (101), agua que, al menos parcialmente, está dispuesta para evaporarse y convertirse en vapor de agua dentro del primer lavador (102) por contacto con los gases de escape, con lo que el vapor de agua y los gases de escape forman gases de escape húmedos; un segundo bucle del proceso de lavado (200) que comprende un segundo lavador (202) y un segundo tanque de circulación de agua (201), en donde el agua del segundo tanque de circulación de agua (201) está dispuesta para circular en el segundo bucle del proceso de lavado (200), una comunicación (400) entre el primer y el segundo lavadores (102, 202) que permite la transferencia de los gases de escape húmedos del primer lavador (102) al segundo lavador (202); estando dispuesto el segundo lavador (202) para recibir agua desde el segundo tanque de circulación (201), agua que está dispuesta para condensar, dentro del segundo lavador (202), al menos parcialmente el vapor de agua en los gases de escape húmedos; y una comunicación (300; 300') entre el primer y el segundo bucles del proceso de lavado (101, 201) que permite un reflujo de agua del segundo bucle del proceso de lavado (200) al primer bucle del proceso de lavado (100), estando el sistema de limpieza caracterizado por que comprende además una disposición para suministrar un agente alcalino (230) a al menos el segundo bucle del proceso de lavado (200), en donde al menos un 60 % y, más preferentemente, al menos un 90 % de la cantidad total del agente alcalino suministrado al sistema de limpieza (1) se suministra al segundo bucle del proceso de lavado (200).

Description

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DESCRIPCION
Sistema de limpieza y metodo para la reduccion de SOx en gases de escape Campo tecnico
La invencion se refiere a un sistema de limpieza y a un metodo para la reduccion de SOx y materia en forma de partlculas en gases de escape de un motor de combustion marino, quemador o caldera. La invencion se refiere tambien al uso de un sistema de este tipo.
Antecedentes
Durante la combustion de combustibles fosiles, se libera azufre en el combustible en forma de oxidos de azufre (SOx). Otros contaminantes son principalmente materia en forma de partlculas, tal como hollln, aceite y partlculas de metales pesados, y oxidos de nitrogeno (NOx). Se sabe bien que la contaminacion del aire afecta gravemente a la salud de las personas y al entorno. Se sabe bien tambien que el dioxido de azufre y los oxidos de nitrogeno son los principales precursores de la lluvia acida.
Las presentes regulaciones respecto al control de emisiones para transporte internacional incluyen restricciones sobre el contenido de azufre del fueloil como una medida para controlar las emisiones de SOx. Existen provisiones especiales respecto a la calidad del combustible para SOx en las areas de control de emision y hay reducciones sustanciales en los llmites de azufre en combustible permitidos que se pueden esperar en el futuro proximo. La legislacion de MARPOL anexo VI que entro en vigor en mayo de 2005 siguiendo las especificaciones de varias directivas de la Union Europea, ha refrenado el impacto del diesel marino sobre el entorno. Para 2015, las legislaciones seran aun mas estrictas respecto a, a modo de ejemplo, los llmites para el azufre en el combustible y las restricciones para NOx.
Hay diferentes posibilidades para reducir las emisiones, tomadas en solitario o en combinacion. Una posibilidad es usar nuevos combustibles tales como combustibles destilados o combustibles de bajo contenido de azufre. Otra posibilidad es desarrollar adicionalmente metodos para controlar la emision de SOx, tales como tecnologlas de lavador en humedo, usadas normalmente a bordo de barcos, usando agentes alcalinos tales como soluciones de NaOH o tecnologlas de lavador en seco usando granulados de cal hidratada (Ca(OH)2).
Se sabe bien en la industria marina actual que para el fin de reducir los SOx en el escape de un motor de barco se puede aplicar una Limpieza de Gas de Escape (EGC).
Un lavador en humedo bien conocido del tipo EGC tambien se denomina lavador de bucle cerrado, que usa agua dulce en circulacion en combinacion con un agente alcalino tal como hidroxido sodico (NaOH) o carbonato sodico (Na2CO3) para lixiviar los oxidos de azufre y las partlculas de hollln del gas de escape. Para controlar la calidad del agua dulce en circulacion una pequena cantidad de esta puede reemplazarse ocasional o continuamente por agua dulce limpia y almacenarse en el barco o descargarse por la borda despues de la limpieza.
Aunque los lavadores del tipo mencionado anteriormente se conocen bien en la tecnica, sigue habiendo varios aspectos no resueltos o problematicos. El consumo de agua de un sistema lavador de bucle cerrado debido a la evaporacion generalmente es tan alto que tienen que anadirse grandes cantidades de agua dulce continuamente al sistema para mantenerlo en equilibrio. Adicionalmente, la limpieza del agua en un sistema lavador de bucle cerrado es crltica. Si el agua esta demasiado sucia no se permite descargarla, y puede ser diflcil evitar una acumulacion de hollln dentro del sistema lavador que eventualmente podrla bloquear las valvulas y boquillas y provocar el mal funcionamiento de los componentes del sistema lavador. Asimismo, el consumo de productos qulmicos neutralizantes del pH como NaOH o Na2CO3 tambien es tan grande que resulta caro hacer funcionar el sistema lavador.
El documento EP 1 857 169 A1 desvela un sistema lavador de agua dulce que comprende un lavador de dos secciones, en el que la primera seccion esta destinada a la retirada de azufre mientras que la segunda seccion esta destinada a la condensacion.
Sumario
Un objetivo de la invencion es proporcionar un sistema que permita un consumo de agua dulce reducido.
Esto se consigue mediante un sistema de limpieza para la reduccion de SOx y materia en forma de partlculas en gases de escape de un motor de combustion marino, quemador o caldera, comprimiendo el sistema de limpieza:
un primer bucle del proceso de lavado que comprende un primer lavador y un primer tanque de circulacion de agua, en el que el agua del primer tanque de circulacion de agua se dispone para circular en el primer bucle del proceso de lavado, estando dispuesto el primer lavador para recibir gases de escape desde el motor de
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combustion, el quemador o la caldera, y agua desde el primer tanque de circulation de agua, agua que, al menos parcialmente, esta dispuesta para evaporarse a vapor de agua dentro del primer lavador por contacto con los gases de escape, con lo que el vapor de agua y los gases de escape forman gases de escape humedos; un segundo bucle del proceso de lavado que comprende un segundo lavador y un segundo tanque de circulacion de agua, en el que el agua del segundo tanque de circulacion de agua esta dispuesta para circular en el segundo bucle del proceso de lavado,
una comunicacion entre el primer y segundo lavadores que permite transferir los gases de escape humedos del primer lavador al segundo lavador; estando dispuesto el segundo lavador para recibir agua desde el segundo tanque de circulacion, agua que se dispone para condensar, dentro del segundo lavador, el vapor de agua en los gases de escape humedos al menos parcialmente; y
una comunicacion entre el primer y segundo bucles del proceso de lavado que permite un reflujo de agua del segundo bucle del proceso de lavado al primer bucle del proceso de lavado,
comprendiendo el sistema de limpieza ademas una disposition para suministrar un agente alcalino a al menos el segundo bucle del proceso de lavado, en el que al menos un 60 % y, mas preferentemente, al menos un 90 % de la cantidad total del agente alcalino suministrado al sistema de limpieza se suministra al segundo bucle del proceso de lavado.
El sistema de limpieza inventivo tiene dos secciones - el primer bucle del proceso de lavado y el segundo bucle del proceso de lavado. El primer bucle del proceso de lavado es, debido al contacto con los gases de escape calientes, calido, con lo que se evapora una gran cantidad de agua. De esta manera, el primer bucle del proceso de lavado tiene que considerarse como un bucle de evaporation. En el primer bucle del proceso de lavado los gases de escape se limpian de la materia en forma de partlculas, como se describira adicionalmente en este documento.
El segundo bucle del proceso de lavado es mas frlo, en comparacion con el primer bucle del proceso de lavado, con lo que el agua evaporada se condensa al menos parcialmente y vuelve a su forma llquida. La evaporacion deja atras impurezas tales como sales y materia en forma de partlculas y, de esta manera, da como resultado un transporte neto de vapor de agua pura del primer bucle del proceso de lavado al segundo bucle del proceso de lavado. La palabra "puro", como se usa a lo largo de este documento, debe interpretarse que significa esencialmente libre de sales sulfato y materia en forma de partlculas.
Adicionalmente, mediante el segundo bucle del proceso de lavado que se proporciona con al menos un 60 % y, mas preferentemente, al menos un 90 % de la cantidad total de agente alcalino suministrado al sistema de limpieza, el SOx contenido en los gases de escape calientes humedos alimentados al segundo lavador se lixiviara de los gases de escape y se oxidara a sulfito acuoso y sales sulfato. De esta manera, el segundo bucle del proceso de lavado debe considerarse como un bucle de limpieza, que limpia los gases de escape del SOx.
Mediante el reflujo, el agua sucia resultante de la limpieza de SOx anterior se devuelve al primer bucle del proceso de lavado. De esta manera, las sales y la materia en forma de partlculas se acumularan y concentraran en el primer proceso de lavado. Las simulaciones han mostrado que las concentraciones de sales y materia en forma de partlculas seran hasta 20 veces mayores en el primer bucle del proceso de lavado que en el segundo bucle del proceso de lavado. Como se analizara adicionalmente mas adelante, esto es un resultado de la evaporacion, condensation y reflujo que tienen lugar en el sistema de limpieza.
El segundo bucle del proceso de lavado puede comprender un primer intercambiador de calor adaptado para enfriar el agua que se dispone para circular en el segundo bucle del proceso de lavado.
El sistema de limpieza puede adaptarse para mantener una temperatura del agua dispuesta para ser recibida por el segundo lavador en el intervalo de 0-35 °C. El enfriamiento del agua a esta temperatura puede hacerse mediante un intercambiador de calor usando, por ejemplo, agua de mar como refrigerante. Debe entenderse que la temperatura del agua de mar varla dependiendo de la geografla y del momento del ano. En general, cuanto menor es la temperatura mas agua se condensara desde los gases de escape humedos. Debe entenderse que pueden usarse otros refrigerantes distintos del agua de mar.
El sistema de limpieza puede adaptarse para mantener una temperatura del agua dispuesta para ser recibida por el primer lavador en el intervalo de 40-70 °C. Este intervalo de temperatura esta disponible debido a un efecto de equilibrio por el agua que circula en el primer bucle del proceso de lavado que se encuentra con los gases de escape calientes.
El sistema de limpieza puede adaptarse para ajustar el suministro del agente alcalino al segundo bucle del proceso de lavado de manera que un valor de pH del agua dispuesta para ser recibida por el segundo lavador esta en el intervalo de 6-10 y, mas preferentemente, en el intervalo de 7-8. Un valor de pH dentro de este intervalo puede proporcionar una retirada optima de SOx desde el gas de escape. No es deseable operar con un valor de pH de entrada alto, tal como con un valor de pH de entrada de 9 o mayor, en un lavador tradicional (por ejemplo, como se desvela en el documento EP01857169A1) puesto que esto darla como resultado un consumo excesivo de agentes alcalinos as! como que el agua de descarga podrla superar los llmites de descarga de pH permisibles. De acuerdo con esta invention, los constituyentes alcalinos en exceso de la segunda etapa del lavador no se descargan sino
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que se consumen en la primera etapa del lavador.
El sistema de limpieza puede adaptarse para mantener un valor de pH del agua dispuesta para ser recibida por el primer lavador en el intervalo de 2-8 y, mas preferentemente, en el intervalo de 2-4. Un valor de pH bajo posibilita un consumo reducido de agente alcalino en el sistema de limpieza, que se analizara adicionalmente mas adelante.
En general, el efecto de lavado en un lavador se determina por la alcalinidad del agua de lavado. El fin del primer bucle del proceso del lavado es fundamentalmente la evaporation del agua para proporcionar gases de escape humedos que se transfieran al segundo bucle del proceso de lavado en el que va a tener lugar la limpieza de SOx junto con la condensation de la humedad de los gases de escape. El valor de pH del agua en el primer bucle del proceso de lavado no tiene un mayor impacto sobre el proceso de evaporacion y, por lo tanto, puede mantenerse tan bajo como sea posible. Sin embargo, debe saberse que el criterio de descarga normal es un valor de pH por encima de 6,5, con lo que puede requerirse un ajuste del valor de pH antes de la descarga.
El agua alcalina que se somete a reflujo desde el segundo bucle de lavado se diluira cuando se encuentre con el agua en el primer bucle del proceso de lavado sin contribuir significativamente a ninguna neutralization del SOx contenido en los gases de escape que se estan alimentando al primer lavador. En general, no hay necesidad de anadir ningun agente alcalino al agua en el primer bucle del proceso de lavado.
El sistema de limpieza puede comprender una primera unidad separadora en comunicacion con el primer bucle del proceso de lavado. La primera unidad separadora se usa para retirar la materia en forma de partlculas que se concentra en el agua en el primer bucle del proceso de lavado.
El sistema de limpieza puede comprender adicionalmente una disposition de limpieza de agua adaptada para ser suministrada con el agua restante desde la primera unidad del separador, en el que la disposicion de limpieza de agua comprende un segundo intercambiador de calor adaptado para enfriar el agua restante para que las sales contenidas en su interior precipiten, y una segunda unidad separadora adaptada para separar las sales precipitadas del agua restante enfriada. El agua restante enfriada limpia de las sales precipitadas puede devolverse al segundo bucle del proceso de lavado.
De acuerdo con otro aspecto, la invention se refiere a un metodo para reducir SOx y materia en forma de partlculas en los gases de escape a partir de un motor de combustion marino, quemador o caldera usando un sistema de limpieza, comprendiendo el sistema de limpieza:
un primer bucle del proceso de lavado que comprende un primer lavador y un primer tanque de circulation de agua;
un segundo bucle del proceso de lavado que comprende un segundo lavador y un segundo tanque de circulacion de agua;
una comunicacion entre el primer y segundo lavadores;
una comunicacion entre el primer y segundo bucles del proceso de lavado; y
una disposicion para suministrar un agente alcalino a al menos el segundo bucle del proceso de lavado, comprendiendo el metodo:
- hacer circular agua desde el primer tanque de circulacion de agua en el primer bucle del proceso de lavado,
- hacer circular agua desde el segundo tanque de circulacion de agua en el segundo bucle del proceso de lavado,
- suministrar al menos un 60 % y, mas preferentemente, al menos un 90 % de la cantidad total del agente alcalino suministrado al sistema de limpieza al segundo bucle del proceso de lavado,
- recibir gases de escape desde el motor de combustion, el quemador o la caldera, y agua desde el primer tanque de circulacion de agua, en el primer lavador, agua que, al menos parcialmente, se evapora a vapor de agua dentro del primer lavador por contacto con los gases de escape, con lo que el vapor de agua y los gases de escape forman gases de escape humedos,
- transferir los gases de escape humedos del primer lavador al segundo lavador,
- recibir agua desde el segundo tanque de circulacion en el segundo lavador, agua que condensa, dentro del segundo lavador, el vapor de agua en los gases de escape humedos al menos parcialmente, con lo que el SOx contenido en los gases de escape se oxida a sulfatos; y
- proporcionar un reflujo de agua del segundo bucle del proceso de lavado al primer bucle del proceso de lavado.
El metodo esta basado en un sistema de limpieza que tiene esencialmente la misma configuration que el sistema de limpieza analizado anteriormente. De esta manera, se ofrecen las mismas ventajas y para evitar una repetition excesiva, hagase referencia a las secciones anteriores.
De acuerdo con otro aspecto mas, la invencion se refiere al uso del sistema de limpieza anterior a bordo de un barco con el fin de reducir los SOx y materia en forma de partlculas en los gases de escape de un motor de combustion marino, quemador o caldera.
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Otros objetos y caracterlsticas resultaran evidentes a partir de la descripcion detallada de las reivindicaciones. Dibujos
Se describira ahora una realizacion de la invencion, a modo de ejemplo, con mas detalle con referencia al dibujo adjunto en el que:
La Figura 1 es una vista global esquematica del sistema inventivo.
Descripcion detallada
En la Figura 1 se ilustra un sistema de limpieza 1. El sistema de limpieza 1 se usa a bordo de un barco para limpiar los gases de escape de un motor de combustion 104. Mas particularmente, el sistema de limpieza 1 esta dispuesto para retirar la materia en forma de partlculas y los gases acidos tales como SOx de los gases de escape lavando los gases de escape con agua. Como se analizara adicionalmente mas adelante, la materia en forma de partlculas se retira de los gases de escape disolviendola en el agua que despues se separa de los gases de escape. Adicionalmente, los SOx se retiran de los gases de escape lavandolos con agua que contiene un agente alcalino, por ejemplo NaOH, con lo que los SOx reaccionan con el oxlgeno y el agente alcalino para formar una sal disuelta en agua.
El sistema de limpieza 1 comprende un primer bucle del proceso de lavado 100 que tiene un primer tanque de circulacion de agua 101 y un segundo bucle del proceso de lavado 200 que tiene un segundo tanque de circulacion de agua 201.
El sistema de limpieza 1 debe considerarse como un sistema de agua dulce cerrado, es decir, funciona con agua dulce que circula en el sistema de limpieza 1 sin suministro continuo de agua dulce nueva. Debe entenderse que, por supuesto, puede suministrase agua dulce nueva para reemplazar al agua dulce que se descarga tal como por ejemplo en forma de vapor, agua restante o agua residual junto con el lodo.
Partiendo del primer bucle del proceso de lavado 100, este comprende un primer lavador 102 que tiene una primera entrada 103 conectada a un escape del motor de combustion 104 para recibir los gases de escape desde el mismo. Adicionalmente, el primer lavador 102 esta conectado a traves de una primera salida 105 del mismo a una primera entrada 106 del primer tanque de circulacion de agua 101, tanque que a su vez esta conectado a traves de una primera salida 107 del mismo a una segunda entrada 108 del primer lavador 102. De esta manera, se permite un flujo de circulacion de agua entre el primer lavador 102 y el primer tanque de circulacion de agua 10.
El agua suministrada al primer lavador 102 se distribuye dentro del mismo a traves de una pluralidad de boquillas
109. Esto se sabe bien en la tecnica, con lo que no se da una explicacion adicional. Adicionalmente, como se sabe tambien bien en la tecnica, el tiempo de residencia del agua dentro del primer lavador 102 puede aumentarse cuando el primer lavador comprende materiales de lecho de relleno aleatorios o estructurados o recirculando parte del agua desde una parte superior a una inferior del primer lavador con ayuda de una bomba adicional y boquillas de pulverization adicionales (no mostradas).
La circulacion de agua en el primer bucle del proceso de lavado 100 tiene un valor de pH en el intervalo de 2-8 y, mas preferentemente, en el intervalo de 2-4 segun se mide en la segunda entrada 108 del primer lavador 102. De esta manera, el agua recibida por el primer lavador tiene un valor de pH en el intervalo de 2-8 y, mas preferentemente, en el intervalo de 2-4.
Para tener en cuenta los contaminantes, tal como materia en forma de partlculas, que se concentran en el primer tanque de circulacion de agua 101 durante el funcionamiento del sistema de limpieza 1, como se analizara con mas detalle a continuation, el primer bucle del proceso de agua 100 esta conectado a una primera unidad separadora
110. La primera unidad separadora 110 esta conecta al primer tanque de circulacion de agua 101 a traves de una segunda salida 117 del mismo. La primera unidad separadora 110 puede ser, a modo de ejemplo, un separador de alta velocidad bien conocido en la tecnica.
La primera unidad separadora 110 esta dispuesta para separar el agua sucia en el lodo, que contiene materia en forma de partlculas, y el agua restante. El lodo recogido por la primera unidad separadora 110 puede recogerse en un tanque de lodo 113 para una descarga controlada posterior, tal como durante una parada en puerto.
El agua restante puede reintroducirse en el primer bucle del proceso de lavado 100 a traves de una segunda entrada 111 del primer tanque de circulacion de agua 101 o descargarse a traves de una primera salida 118 de la primera unidad separadora 110, una disposition de valvula 114 y una tuberla de descarga por la borda (no desvelada).
El agua restante puede someterse a un control de calidad (no desvelado) para ver si su calidad satisface o no los criterios de descarga por la borda legislados. A modo de ejemplo, hay criterios de descarga por la borda que establecen los niveles maximos de compuestos organicos, solidos suspendidos, conocidos tambien como turbiedad,
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y valor de pH cuando se arroja el agua restante al mar.
Si la calidad se considera aceptable, el agua restante puede descargarse por la borda. Si se considera no aceptable, o si la descarga no esta permitida debido a una parada en puerto o el barco esta en un area sensible, el agua restante puede acumularse en un tanque de agua restante (no desvelado) para una descarga posterior.
La primera unidad separadora 110 puede ajustarse para funcionar, y por tanto alimentarse, con agua desde el primer tanque de circulacion de agua 101 cuando se determina que el nivel de contaminacion del agua que circula en el primer bucle del proceso de lavado ha alcanzado un nivel preestablecido durante el funcionamiento. Puede ajustarse tambien para que tenga lugar con los intervalos de tiempo preestablecidos.
Como se describira mas adelante, la primera unidad separadora 110 separa la suciedad, tal como materia en forma de partlculas, lixiviandola del fondo del primer y segundo bucles del proceso de lavado 100, 200. Esto se debe a que la primera unidad separadora 110 se alimenta con agua desde el primer tanque de circulacion de agua 101 que a su vez, directa o indirectamente, se alimenta con agua desde el segundo tanque de circulacion de agua 201.
Volviendo ahora al segundo bucle del proceso de lavado 200, este comprende un segundo lavador 202. Una primera salida 203 del segundo lavador 202 esta conectada con una primera entrada 204 del segundo tanque de circulacion de agua 201. Una primera salida 205 del segundo tanque de circulacion de agua 201 esta conectada con una primera entrada 206 del segundo lavador 202 a traves de un primer intercambiador de calor 207. De esta manera, se permite un flujo de circulacion de agua entre el segundo lavador 202 y el segundo tanque de circulacion de agua 201. Adicionalmente, una segunda salida 208 del segundo lavador 202 esta conectada a una salida de gas de escape limpio 209. El agua suministrada al segundo lavador 202 se distribuye dentro del mismo a traves de una pluralidad de boquillas 213. Esto se conoce bien en la tecnica, por lo que no se da una explicacion adicional.
El primer intercambiador de calor 207, por ejemplo un intercambiador de calor de placas, esta dispuesto para enfriar el agua en circulacion entre el segundo tanque de circulacion de agua 201 y el segundo lavador 202. El refrigerante usado para el enfriamiento, en su forma mas facil, puede ser agua de mar proporcionada por una tuberla (no desvelada) en el casco.
El sistema de limpieza 1 comprende una disposition 230 para suministrar un agente alcalino que comprende un tanque de agente alcalino 210 que contiene el agente alcalino y las valvulas 231, 232.
El tanque de agente alcalino 210 esta dispuesto con una primera salida 220 que permite un suministro del agente alcalino al segundo bucle de proceso 200 en una position entre la primera salida 205 del segundo tanque de circulacion de agua 201 y el primer intercambiador de calor 207. Adicionalmente, el tanque de agente alcalino 210 esta dispuesto con una segunda salida 221 que permite un suministro del agente alcalino al primer bucle de proceso 100. Este suministro se realiza mediante una comunicacion 300 que se extiende entre una segunda salida 212 del segundo tanque de circulacion de agua 201 y una tercera entrada 116 del primer tanque de circulacion de agua 101. Como alternativa, el suministro del agente alcalino al primer bucle del proceso de lavado 100 podrla hacerse en otra posicion, tal como mediante una comunicacion 300' que se extiende entre la segunda salida 212 del segundo tanque de circulacion de agua del lavador 201 y la segunda entrada 108 del primer lavador 102.
El suministro del agente alcalino puede controlarse mediante las valvulas 231, 232.
Debe entenderse que el tanque de agente alcalino 210 puede estar igualmente dispuesto en otra posicion, por ejemplo entre el primer intercambiador de calor 207 y la primera entrada 206 del segundo lavador 202.
Al menos un 60 % y, mas preferentemente, al menos un 90 % de la cantidad total del agente alcalino suministrado al sistema de limpieza 1 deberla suministrarse al segundo bucle de proceso 200.
La alcalinidad del agua que circula en el segundo bucle del proceso 200 se ajusta con el agente alcalino a un valor de pH en el intervalo de 6-10 y, mas preferentemente, en el intervalo de 7-8 segun se mide en la primera entrada 206 del segundo lavador 202. De esta manera, el agua recibida por el segundo lavador tiene un valor de pH en el intervalo de 6-10 y, mas preferentemente, en el intervalo de 7-8.
El agente alcalino puede ser, por ejemplo, hidroxido sodico (NaOH) o carbonato sodico (Na2CO3). El experto en la materia debe entender que tambien pueden usarse otros agentes alcalinos. Debe entenderse tambien que la alcalinidad del agua y, por tanto, la dosificacion del agente alcalino puede controlarse mediante un equipo de control no desvelado.
El primer bucle del proceso de lavado 100 esta dispuesto en comunicacion con el segundo bucle del proceso de lavado 200 mediante una comunicacion 400 que se extiende entre una segunda salida 115 del primer lavador 102 y una segunda entrada 211 del segundo lavador 202. Adicionalmente, el segundo bucle del proceso de lavado 200 esta dispuesto en comunicacion con el primer bucle del proceso de lavado 100 mediante la comunicacion 300 y/o la comunicacion 300'.
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De esta manera, se permite un flujo, es decir, un reflujo de agua, del segundo tanque de agua 201 al primer bucle del proceso de lavado 100, a traves de una comunicacion 300 y/o la comunicacion 300', mientras que tambien se permite un flujo de gases de escape humedos del primer lavador 102 al segundo lavador 202 a traves de la comunicacion 400. Esto se analizara con detalle a continuacion.
En los siguientes parrafos, se analizara el funcionamiento del sistema de limpieza 1.
Durante el funcionamiento, los gases de escape calientes y sucios entraran en el primer lavador 102 con una temperatura de aproximadamente 180-350 °C. Dentro del primer lavador 102 los gases de escape se someteran a un flujo de agua suministrado desde las boquillas 109 que, en la realization desvelada, estan dispuestas en la parte superior del primer lavador 102. El agua se suministra desde el primer tanque de circulation de agua 101.
Como el agua que se encuentra con los gases de escape calientes, una gran cantidad de agua se evaporara a vapor de agua mientras que, al mismo tiempo, se reduce la temperatura de los gases de escape. Debe entenderse que la evaporation no debe ser completa, lo que garantiza un flujo de agua suficiente en el primer bucle del proceso de lavado. Como un ejemplo, un grado de evaporacion podrla ser tal que al menos un 50 % del agua recibida en el primer lavador permanece en forma llquida. El vapor de agua se entremezcla con los gases de escape para formar gases de escape humedos que se transfieren al segundo lavador 202 a traves de la comunicacion 400.
Para evitar la transferencia de agua en forma llquida, es decir, no agua evaporada, del primer bucle del proceso de lavado 100 al segundo bucle del proceso de lavado 200, puede disponerse un dispositivo antivaho 500 en la comunicacion 400. Como alternativa al dispositivo antivaho 500, la comunicacion 400 puede estar provista de uno o varios codos pronunciados o similares que impiden el paso del agua llquida.
El agua restante no evaporada se devuelve al primer tanque de circulacion de agua 101 a traves de la primera salida 105 del primer lavador 102. Esta agua contendra materia en forma de partlculas lixiviada desde los gases de escape por el agua.
El agua recirculada en el primer bucle del proceso de lavado 100 preferentemente tiene un valor de pH por debajo de 4, segun se mide en la segunda entrada 108 del primer lavador 102. De esta manera, sustancialmente no tiene lugar retirada de SOx de los gases de escape en el primer lavador 102. Por consiguiente, el primer bucle del proceso de lavado 100 debe considerarse como un bucle de evaporacion que genera agua pura evaporada que, junto con los gases de escape, se alimenta al segundo bucle del proceso de lavado 200 en forma de gases de escape humedos.
Haciendo circular el flujo de agua entre el primer lavador 102 y el primer tanque de agua 101, el intercambio de calor entre el agua y los gases de escape dara como resultado que el agua alcance una temperatura de equilibrio de aproximadamente 40-70 °C segun se mide en la segunda entrada 108 del primer lavador 102. De esta manera, el agua recibida por el primer lavador 102 tendra una temperatura dentro del intervalo de 40-70 °C.
Los gases de escape humedos entran en el segundo lavador 202 a traves de la segunda entrada 211 del mismo. Dentro del segundo lavador 202 se encontraran con un contra-flujo de agua frla proporcionado desde las boquillas 213. El agua se suministra desde el segundo tanque de circulacion de agua 201. El agua que circula en el segundo bucle del proceso de lavado, debido al primer intercambiador de calor 207, tiene una temperatura sustancialmente menor que la del agua que circula en el primer bucle del proceso de lavado 100. Dependiendo de la temperatura del refrigerante usado en el primer intercambiador de calor 207, la temperatura del agua que circula en el segundo bucle del proceso de lavado 200 puede estar en el intervalo de 0-35 °C, segun se mide en la segunda entrada 206 del segundo lavador 202. De esta manera, el agua recibida por el segundo lavador 202 tendra una temperatura dentro del intervalo de 0-35 °C. La temperatura preferida del agua que se va a alimentar al segundo lavador 202 se analizara adicionalmente mas adelante.
Cuando el flujo de gases de escape humedos se encuentra con el contra-flujo de agua frla en el segundo lavador 202, ocurrira una transferencia de calor entre los gases de escape humedos y el agua frla. Como resultado de esto, el vapor de agua en los gases de escape se condensara al menos parcialmente y el agua pura llquida resultante se entremezclara con el agua frla. De esta manera, el condensador proporciona un exceso de agua pura al segundo bucle de lavado 200.
Adicionalmente, cuando el flujo de gases de escape humedos se encuentra con el contra-flujo de agua frla, los gases de escape reaccionan con el agente alcalino en el agua que circula en el segundo bucle del proceso de lavado 200, con lo que los SOx contenidos en los gases de escape se absorben en el agua y se oxidan a sulfatos. De esta manera, el segundo bucle del proceso de lavado debe considerarse como un bucle de limpieza, donde los gases de escape se limpian de SOx.
El agua que contienen sulfato que sale del segundo lavador 202 se devuelve al segundo tanque de circulacion de agua 201 a traves de la primera salida 203 del segundo lavador 202. Adicionalmente, los gases de escape limpios resultantes saldran del segundo lavador 202 a traves de la segunda salida 208 donde pueden liberarse directa o indirectamente al aire ambiente a traves de la salida de gas de escape limpio 209.
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Parte del agua recogida en el segundo tanque de circulacion de agua 201 se recircula de vuelta al segundo lavador 202 a traves del primer intercambiador de calor 207.
Debido a la condensation de agua en el segundo lavador 202, hay un flujo neto de agua pura al segundo bucle del proceso de lavado 200 desde el primer bucle del proceso de lavado 100. Por agua pura se entiende en este documento agua que tiene una concentration baja de sales y materia en forma de partlculas.
Un flujo de agua correspondiente al flujo neto de agua pura referido anteriormente se alimenta como un reflujo de vuelta al primer bucle del proceso de lavado 100 desde el segundo tanque de circulacion de agua 201 a traves de la comunicacion 300 y/o la comunicacion 300'. El reflujo de agua contiene, debido a la action de lavado en el segundo bucle del proceso de lavado 200, donde el SOx se oxida a sulfatos, sales y otros contaminantes del lavado. Debido al reflujo, estas sustancias no deseadas se concentraran en el agua que circula en el primer bucle del proceso de lavado 100 y pueden separarse de la misma en una etapa posterior.
Para dar una idea de la relation de agua que se somete a reflujo del segundo bucle del proceso de lavado 200 al primer bucle del proceso de lavado 100 se da el siguiente ejemplo no limitante. El ejemplo se basa en simulaciones realizadas por ordenador.
Durante el funcionamiento de un motor de 2 MW, el flujo de agua en el primer bucle del proceso de lavado 100 era de aproximadamente 20 m3/h mientras que el flujo de agua en el segundo bucle del proceso de lavado 200 era de aproximadamente 40 m3/h. Cuando los gases de escape que entran desde el motor 104 tenlan una temperatura de 300 °C, la cantidad de agua que se evaporaba en el primer lavador 102 era de 2,6 m3/h. Adicionalmente, la cantidad de agua que se condensaba en el segundo lavador 202 era de 2,7 m3/h. La cantidad de agua que se condensa puede ser mayor que la cantidad de agua que se evapora debido a la humedad del aire ambiente. De esta manera, el flujo neto de agua que se va a someter a reflujo en el primer bucle del proceso de lavado 100 era 2,7/20 = 13,5 % del flujo de agua en el primer bucle del proceso de lavado.
La diferencia en la temperatura del agua usada en el primer y segundo bucles del proceso de lavado 100, 200 no afectara significativamente al rendimiento del primer bucle del proceso de lavado 100. La simulation referida anteriormente revelo que la recirculation de agua en el primer bucle del proceso de lavado 100 despues de un tiempo se estabilizaba a una temperatura de 63 °C. El reflujo de agua desde el segundo bucle del proceso de lavado 200 no afecto significativamente a esta temperatura. Las simulaciones indicaron una reduction de aproximadamente 2-4 °C.
El sistema de limpieza 1 descrito anteriormente tiene una ventaja principal en tanto que puede funcionar durante un tiempo muy largo sin realizar ninguna descarga de agua. Sin embargo, un factor limitante para hacer funcionar un sistema de lavado en bucle es que en algun punto, el agua en circulacion, en este caso el agua que circula en el primer bucle del proceso de lavado, se saturara con azufre en forma de sulfuro y sulfato. Despues, se requiere una limpieza minuciosa y descarga del agua en circulacion.
El sistema de limpieza puede estar provisto de una disposition de limpieza de agua 600 adicional, como se ilustra en la Figura 1. La disposicion de limpieza de agua 600 esta dispuesta en comunicacion con la primera unidad separadora 110. Una comunicacion 610 se extiende desde la primera salida 118 de la primera unidad separadora 110 hasta un segundo intercambiador de calor 601 a traves de una valvula 611. El segundo intercambiador de calor 601, a modo de ejemplo, puede usar agua de mar como refrigerante. El segundo intercambiador de calor 601 esta dispuesto para enfriar el agua restante proporcionada desde la primera unidad separadora 110 a una temperatura por debajo de 30 °C. El agua restante enfriada se recoge en un tanque de retention 602. Mediante la temperatura reducida del agua restante, el sulfato sodico contenido en el agua restante precipitara en forma de solidos en forma de sulfito solido o sulfato solido. El agua restante se mantiene en dicho tanque de retencion 602 durante un tiempo suficiente para que la precipitation tenga lugar antes de transferirla a una segunda unidad separadora 603. La segunda unidad separadora 603 separa los solidos del agua restante y los solidos despues se recogen en un tanque de recogida 604 para una descarga controlada posterior. El agua restante mas limpia resultante se devuelve al segundo bucle del proceso de lavado 200 a traves de una comunicacion 605 que se extiende desde la segunda unidad separadora 603 hasta el segundo lavador 202. De esta manera, en la realization desvelada el agua restante mas limpia se devuelve al segundo bucle del proceso de lavado 200 en una position entre el primer intercambiador de calor 207 y el segundo lavador 202. Sin embargo, debe entenderse que el agua restante puede devolverse al segundo bucle de lavado 200 en otras posiciones.
La segunda unidad separadora 603, en su forma mas facil, puede ser un separador basado en tecnologla de sedimentation. Sin embargo debe entenderse que pueden usarse otras tecnologlas de separador.
Usando la disposicion de limpieza de agua 600 en el sistema de limpieza 1 no hay necesidad de preparar ninguna descarga debido a la alta concentracion de sales, sino mas bien puede hacerse una precipitacion de sal controlada, y las precipitaciones de sal pueden retirarse por la segunda unidad separadora.
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De esta manera, en el sistema de limpieza ilustrado en la Figura 1, la primera unidad separadora 110 se alimenta con agua desde el primer bucle del proceso de lavado 100 que separa el agua sucia en el lodo que contiene materia en forma de partlculas y agua restante. Esta agua restante puede descargarse ya sea a traves de la valvula 114 o alimentarse a la disposicion de limpieza de agua 600 para separacion en precipitaciones de sal y agua restante mas limpia.
La temperatura preferida del agua que se va a alimentar al segundo lavador 202 depende de la cantidad de vapor de agua en el gas de escape desde el motor 104 y, de esta manera, de la humedad ambiente, del combustible del motor as! como del enfriador de aire de barrido del motor si estuviera presente (no desvelado). Si solo hay un poco de vapor de agua en el gas de escape, se requiere un alto grado de enfriamiento y, por tanto, una temperatura de agua relativamente baja, para condensar tanta agua como sea posible en el segundo lavador y, de esta manera, evitar que tenga "completarse" con el agua generada en cualquier otra parte. Esta agua "completada" normalmente es cara de generar y solo esta disponible en cantidades limitadas a bordo del barco. Si se requiere un alto grado de enfriamiento, y si se aplica el primer intercambiador de calor 107 que funciona con agua de mar en su lado frlo, el agua que se va a alimentar al segundo lavador 202 se enfrla preferentemente tan cerca como sea posible de la temperatura ambiente del agua de mar. Esto es normalmente 2-6 °C por encima de la temperatura ambiente del agua de mar. En otras situaciones con alta humedad ambiental y baja temperatura del agua de mar, podrla ser necesario limitar el enfriamiento para evitar la generacion, por condensacion, de cantidades excesivas de agua en el segundo lavador, puesto que esta agua finalmente serla necesario limpiarla y descargarla. De esta manera, el agua que se va a alimentar al segundo lavador 202 preferentemente se enfrla a una temperatura para la cual no hay un consumo global o generacion de agua por el sistema de limpieza 1 completo.
Debido a las condiciones cambiantes para un barco que esta navegando, podrla ser beneficioso generar un exceso de agua en el segundo lavador durante algunos periodos y despues acumular tal exceso de agua en el primer y segundo tanques de circulacion de agua, o en cualquier otro lugar, para un uso posterior cuando no puede conseguirse un enfriamiento y, por tanto, una generacion de agua suficientes.
La presente invention permite que el primer bucle del proceso de lavado funcione a un valor de pH bajo. Por ejemplo, si se mantiene un valor de pH de 6,5 segun se mide en la segunda entrada 108 del primer lavador 102, la relation de reaction molar entre sodio y azufre y, por tanto, tambien el coste operativo del lavador, puede reducirse en comparacion con la operation del primer bucle del proceso de lavado a un valor de pH por encima de 7, que se considera normal en la tecnica para lavadores en humedo del tipo de bucle cerrado. En un extremo, el valor de pH podrla reducirse a menos de 2. En estas circunstancias, el azufre se unirla como hidrogenosulfato sodico en lugar de sulfato sodico. La consecuencia serla que la velocidad de reaccion entre el sodio y el azufre serla de 1:1 en lugar de la normal de 2:1, que darla costes operativos de solo la mitad de los niveles normales.
En el caso de que este presente oxlgeno suficiente, se espera una oxidation completa del azufre absorbido de acuerdo con las siguientes reacciones:
2SO2 (g) + O2 (g) + 4NaOH (ac) =>2Na2SO4 (ac) + 2H2O (l) (pH>1,99)
2SO2 (g) + O2 (g) + 2NaOH (ac) =>2NaHSO4 (ac) (pH<1,99)
Como la segunda constante de acido para el acido sulfurico es 1,99, el oxido de azufre aparecera principalmente como bisulfato (HSO41-) en lugar de sulfato (SO42-) en el agua.
Todas las comunicaciones mencionadas anteriormente pueden comprender unas tuberlas adecuadas.
Debe entenderse tambien que hay numerosos lavadores disponibles y que la invencion no debe limitarse a los ejemplos desvelados del primer y segundo lavadores.
En una realization, una disposicion para suministrar un coagulante (no desvelado) puede disponerse en una position entre el primer tanque de circulacion de agua 101 y la primera unidad separadora 110. El coagulante, normalmente en forma de un ion metalico equivalente tal como Aluminio o Hierro, pueden usarse para mejorar el rendimiento de la primera unidad separadora 110, mediante el coagulante que forma los compuestos qulmicos donde la materia en forma de partlculas esta conectada con las sales metalicas. Tales compuestos qulmicos son mas pesados y mas faciles de separar por la primera unidad separadora 110 que la materia en forma de partlculas "libre".
Asimismo, debe entenderse que la presente invencion alternativa o adicionalmente puede usarse para limpiar los gases de escape de un quemador o una caldera que funcionan con aceite.
Se apreciara que son posibles numerosas variantes de las realizaciones descritas anteriormente de la presente invencion dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de limpieza (1) para la reduction de SOx y materia en forma de partlcuias en los gases de escape de un motor de combustion marino (104), un quemador o una caldera, comprendiendo el sistema de limpieza:
    un primer bucle del proceso de lavado (100) que comprende un primer lavador (102) y un primer tanque de circulation de agua (101), en donde el agua del primer tanque de circulation de agua esta dispuesta para circular en el primer bucle del proceso de lavado (100), estando dispuesto el primer lavador (102) para recibir los gases de escape del motor de combustion (104), el quemador o la caldera y agua desde el primer tanque de circulacion de agua (101), agua que, al menos parcialmente, esta dispuesta para evaporarse y convertirse en vapor de agua dentro del primer lavador (102) por contacto con los gases de escape, con lo que el vapor de agua y los gases de escape forman gases de escape humedos;
    un segundo bucle del proceso de lavado (200) que comprende un segundo lavador (202) y un segundo tanque de circulacion de agua (201), en donde el agua del segundo tanque de circulacion de agua (201) esta dispuesta para circular en el segundo bucle del proceso de lavado (200),
    una comunicacion (400) entre el primer y el segundo lavadores (102, 202) que permite la transferencia de los gases de escape humedos del primer lavador (102) al segundo lavador (202); estando dispuesto el segundo lavador (202) para recibir agua desde el segundo tanque de circulacion (201), agua que esta dispuesta para condensar, dentro del segundo lavador (202), al menos parcialmente el vapor de agua en los gases de escape humedos; y
    una comunicacion (300; 300') entre el primer y el segundo bucles del proceso de lavado (101, 201) que permite un reflujo de agua del segundo bucle del proceso de lavado (200) al primer bucle del proceso de lavado (100), estando el sistema de limpieza caracterizado por que comprende ademas una disposition para suministrar un agente alcalino (230) a al menos el segundo bucle del proceso de lavado (200), en donde al menos un 60 % y, mas preferentemente, al menos un 90 % de la cantidad total del agente alcalino suministrado al sistema de limpieza (1) se suministra al segundo bucle del proceso de lavado (200).
  2. 2. El sistema de limpieza (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el segundo bucle del proceso de lavado (200) comprende un primer intercambiador de calor (207) adaptado para enfriar el agua que esta dispuesta para circular en el segundo bucle del proceso de lavado (200).
  3. 3. El sistema de limpieza (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, adaptado para mantener una temperatura del agua dispuesta para ser recibida por el segundo lavador (202) en el intervalo de 0-35 °C.
  4. 4. El sistema de limpieza (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, adaptado para mantener una temperatura del agua dispuesta para ser recibida por el primer lavador (102) en el intervalo de 40-70 °C.
  5. 5. El sistema de limpieza (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, adaptado para ajustar el suministro del agente alcalino al segundo bucle del proceso de lavado (200) de manera que un valor de pH del agua dispuesta para ser recibida por el segundo lavador (202) esta en el intervalo de 6-10 y, mas preferentemente, en el intervalo de 7-8.
  6. 6. El sistema de limpieza (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, adaptado para mantener un valor de pH del agua dispuesta para ser recibida por el primer lavador (102) en el intervalo de 2-8 y, mas preferentemente, en el intervalo de 2-4.
  7. 7. El sistema de limpieza (1) de acuerdo con la reivindicacion 1 que comprende ademas una primera unidad separadora (110) en comunicacion con el primer bucle del proceso de lavado (100).
  8. 8. El sistema de limpieza (1) de acuerdo con la reivindicacion 7, que comprende ademas una disposicion de limpieza de agua (600) adaptada para ser suministrada con el agua restante desde la primera unidad separadora (110), en donde la disposicion de limpieza de agua (600) comprende un segundo intercambiador de calor (601) adaptado para enfriar el agua restante para que las sales contenidas en su interior precipiten, y una segunda unidad separadora (603) adaptada para separar las sales precipitadas del agua restante enfriada.
  9. 9. Metodo para reducir SOx y materia en forma de partlculas en los gases de escape de un motor de combustion marino (104), un quemador o una caldera usando el sistema de limpieza (1), comprendiendo el sistema de limpieza:
    un primer bucle del proceso de lavado (100) que comprende un primer lavador (102) y un primer tanque de circulacion de agua (101);
    un segundo bucle del proceso de lavado (200) que comprende un segundo lavador (202) y un segundo tanque de circulacion de agua (201);
    una comunicacion (400) entre el primer y el segundo lavadores (102, 202);
    una comunicacion (300; 300') entre el primer y el segundo bucles del proceso de lavado (100, 200); y
    una disposicion para suministrar un agente alcalino (230) a al menos el segundo bucle del proceso de lavado
    (200); comprendiendo el metodo:
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    15
    20
    25
    30
    - hacer circular agua desde el primer tanque de circulacion de agua (101) en el primer bucle del proceso de lavado (100),
    - hacer circular agua desde el segundo tanque de circulacion de agua (202) en el segundo bucle del proceso de lavado (200),
    - suministrar al menos un 60 % y, mas preferentemente, al menos un 90 % de la cantidad total del agente alcalino suministrado al sistema de limpieza (1) al segundo bucle del proceso de lavado (200),
    - recibir gases de escape desde el motor de combustion (104), el quemador o la caldera, y agua desde el primer tanque de circulacion de agua (101), en el primer lavador (102), agua que, al menos parcialmente, se evapora a vapor de agua dentro del primer lavador (102) por contacto con los gases de escape, con lo que el vapor de agua y los gases de escape forman gases de escape humedos,
    - transferir los gases de escape humedos del primer lavador (102) al segundo lavador (202),
    - recibir agua desde el segundo tanque de circulacion (201) en el segundo lavador (202), agua que condensa, dentro del segundo lavador, al menos parcialmente el vapor de agua en los gases de escape humedos, con lo que los SOx contenidos en los gases de escape se oxidan a sulfatos, y
    -proporcionar un reflujo de agua del segundo bucle del proceso de lavado (200) al primer bucle del proceso de lavado (100).
  10. 10. El metodo de la reivindicacion 9, que comprende ajustar el suministro del agente alcalino al segundo bucle del proceso de lavado (200) de manera que un valor de pH del agua recibida en el segundo lavador (202) este en el intervalo de 6-10 y, mas preferentemente, en el intervalo de 7-8.
  11. 11. El metodo de la reivindicacion 9, que comprende mantener un valor de pH del agua dispuesta para ser recibida en el primer lavador (102) en el intervalo de 2-8 y, mas preferentemente, en el intervalo de 2-4.
  12. 12. El metodo de la reivindicacion 9, que comprende ademas enfriar el agua dispuesta para ser recibida en el segundo lavador (202) a una temperatura en el intervalo de 0-35 °C.
  13. 13. El metodo de la reivindicacion 9, que comprende ademas mantener una temperatura del agua dispuesta para ser recibida en el primer lavador (102) en el intervalo de 40-70 °C.
  14. 14. Uso del sistema de limpieza de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8 a bordo de un barco con el fin de reducir los SOx y la materia en forma de partlculas en los gases de escape del motor de combustion marino (104), el quemador o la caldera.
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