ES2880524T3 - Método y sistema para la eliminación de compuestos nocivos de gas de combustión usando bolsas filtrantes de tela con un catalizador de SCR - Google Patents

Método y sistema para la eliminación de compuestos nocivos de gas de combustión usando bolsas filtrantes de tela con un catalizador de SCR Download PDF

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Abstract

Un método para la eliminación de óxidos de nitrógeno de gas de combustión de instalaciones de combustión, que comprende las etapas de hacer pasar el gas de combustión a través de una o más bolsas filtrantes de tela catalizadas con un catalizador para la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno en presencia de amoniaco añadido al gas de combustión ya sea como tal o en forma de un precursor del mismo; inyectar un gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno en el gas de combustión aguas arriba de la una o más bolsas filtrantes de tela; proporcionando el gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno mediante las etapas de oxidar catalíticamente amoniaco o un precursor del mismo con una atmósfera que contiene oxígeno para dar un gas efluente que contiene monóxido de nitrógeno y oxígeno en presencia de un catalizador de oxidación; enfriar el gas efluente hasta una temperatura ambiental de -20 a 40ºC y oxidar el monóxido de nitrógeno en el gas efluente enfriado para dar el gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno.

Description

DESCRIPCIÓN
Método y sistema para la eliminación de compuestos nocivos de gas de combustión usando bolsas filtrantes de tela con un catalizador de SCR
La presente invención se refiere a un método y un sistema para reducir la emisión de materia particulada y óxidos de nitrógeno (NOx) a partir de gases de escape y gases de combustión. En particular, el método y el sistema de la invención proporcionan una reducción mejorada de NOx a bajas temperaturas de gas.
Los gases de combustión de diferentes instalaciones de combustión, por ejemplo, calderas en centrales de energía alimentadas con sólidos o líquidos gas, generadores alimentados con petróleo u hornos de cemento, plantas de combustión alimentadas con biocombustible y plantas de incineración de residuos contienen un número de compuestos medioambientalmente problemáticos o incluso tóxicos. Estos comprenden materia particulada y NOx. El uso de filtros de partículas y la limpieza catalítica del gas de combustión reduce la cantidad de materia particulada y NOx y es por tanto beneficioso para el medio ambiente en general. En la mayoría de las zonas, la legislación requiere la reducción de NOx en el gas de combustión.
Las bolsas filtrantes de tela se usan ampliamente en muchas industrias para la eliminación de materia particulada de gases de combustión y de proceso. Son los tipos más eficientes de colectores de polvo.
Tal como se ha mencionado anteriormente, los gases de escape y de combustión contienen muy a menudo una pluralidad de contaminantes, entre otros óxidos de nitrógeno en concentraciones que tienen que eliminarse o reducirse dependiendo de la legislación local. Para este propósito están disponibles varios métodos convencionales. En todos los casos tienen que instalarse y hacerse funcionar unidades adicionales aguas arriba/debajo de las bolsas filtrantes de tela.
En la solicitud de patente en tramitación junto con la presente del cesionario US 2017/0080387 se dan a conocer bolsas filtrantes catalizadas con catalizadores activos de SCR. Estas bolsas filtrantes reducen o eliminan la concentración de NOx y la materia particulada cuando el gas de escape o de combustión pasa a través de las bolsas filtrantes.
Debido a la composición de las fibras que constituyen las bolsas filtrantes, estas tienen que hacerse funcionar a temperaturas menores de 250°C.
En la reducción catalítica selectiva (SCR, Selective Catalytic Reduction) de NOx, los compuestos de óxido nitroso se reducen de manera selectiva a nitrógeno inocuo y agua mediante la reacción con un agente de reducción, por ejemplo, amoniaco, a través de un catalizador.
Los documentos US 2015/336051 A1, US 2011/200505 A1, US 2013/149225 A1, US 2011/041481 A1 y US 4309 386 A hacen referencia a la eliminación de óxidos de nitrógeno de gases de escape mediante reducción catalítica selectiva.
La baja temperatura de gas requerida por la composición de las bolsas filtrantes se encuentra con un problema en la eliminación de NOx por medio de SCR.
El problema con los catalizadores de SCR conocidos es la eficiencia relativamente baja a temperaturas de gas por debajo de 250°C.
Esta invención se basa en la formación de NO2 de manera externa al conducto de gas de combustión y la inyección del NO2 preparado en el gas de combustión en una cantidad que promueva la denominada reacción de SCR “rápida”. El NO2 puede formarse a partir de NH3 mediante la oxidación del NH3 a NO a través de un catalizador que contiene metal precioso en una primera etapa y posteriormente la oxidación de NO a NO2 en una segunda etapa. Se sabe que la reacción de SCR puede acelerarse considerablemente y que la actividad a baja temperatura puede elevarse significativamente a cantidades equimolares de NO y NO2 en el gas de combustión mediante la reacción de SCR “rápida”:
2 NH3 + NO NO2 ^ 2N2 + 3H2O.
Por tanto, la invención proporciona en un primer aspecto un método para la eliminación de óxidos de nitrógeno de gas de combustión de instalaciones de combustión, que comprende las etapas de
hacer pasar el gas de combustión a través de una o más bolsas filtrantes de tela catalizadas con un catalizador para la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno en presencia de amoniaco añadido al gas de combustión ya sea como tal o en forma de un precursor del mismo;
inyectar un gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno en el gas de combustión aguas arriba de la una o más bolsas filtrantes de tela;
proporcionando el gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno mediante las etapas de
oxidar catalíticamente amoniaco o un precursor del mismo con una atmósfera que contiene oxígeno para dar un gas efluente que contiene monóxido de nitrógeno y oxígeno en presencia de un catalizador de oxidación;
enfriar el gas efluente hasta temperatura ambiental y oxidar el monóxido de nitrógeno en el gas efluente enfriado para dar el gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno.
El problema con los métodos y sistemas conocidos es la eficiencia relativamente baja del catalizador de SCR a temperaturas de gas de combustión por debajo de 250°C, tal como se mencionó anteriormente en el presente documento. Este problema se soluciona mediante la invención con la inyección de NO2 en el gas de combustión a las bajas temperaturas para promover la reacción de SCR “rápida”. Esta reacción es responsable de la promoción de la SCR a baja temperatura.
A temperaturas de gas de combustión por encima de 250°C, los catalizadores de SCR tienen una eficiencia suficiente y la inyección de NO2 en el gas de combustión puede interrumpirse cuando la temperatura de gas alcanza los 250°C.
La oxidación de amoniaco a NO de manera externa al conducto de gas de combustión se realiza habitualmente en un reactor con un catalizador de metal noble, normalmente platino o una aleación de platino con otros metales preciosos como componentes minoritarios a temperaturas de reacción de entre 250 y 800°C en presencia de una atmósfera que contiene oxígeno.
Para proporcionar la temperatura de reacción requerida, el reactor de oxidación puede calentarse mediante, por ejemplo, calentamiento eléctrico o calentamiento por inducción.
En una realización, la atmósfera que contiene oxígeno incluye gas recirculado caliente que proporciona entonces adicionalmente parte del servicio de calentamiento del reactor de oxidación.
El NO formado a partir de NH3 en una primera etapa mediante la oxidación del NH3 en contacto con un catalizador que contiene metal precioso se oxida posteriormente a NO2 en el gas efluente que contiene NO de la primera etapa enfriando el gas hasta temperatura ambiental para empujar la reacción de equilibrio 2NO+O2^2 NO2 hacia la formación de NO2.
El término “temperatura ambiental” tal como se usa en el presente documento significará cualquier temperatura que prevalezca en los alrededores de una instalación de combustión que emplee el método y el sistema de la invención. Normalmente, la temperatura ambiental estará entre -20°C y 40°C.
El enfriamiento y la oxidación del gas efluente que contiene NO puede realizarse en un reactor de envejecimiento dimensionado de modo que el tiempo de residencia del gas sea aproximadamente de 1 minuto o mayor.
En una realización, la reacción de oxidación se realiza en presencia de un catalizador que promueve la oxidación de NO a NO2. Esos catalizadores se conocen en la técnica e incluyen Pt sobre TiO2 , Pt sobre SiO2 y carbono activado o Pt y/o Pd sobre alúmina.
Tal como se ha mencionado anteriormente en el presente documento, la reacción de SCR rápida deseada requiere cantidades iguales de NO y NO2. En consecuencia, la cantidad de NO2 inyectado en el gas de combustión a una temperatura por debajo de 250°C se controla para dar como resultado que del 45 al 55% en volumen del contenido de óxidos de nitrógeno en el gas de combustión sea NO2 en la entrada a la unidad de catalizador de SCR.
En otro aspecto, la invención proporciona un sistema para su uso en el método según la invención.
El sistema comprende dentro de un conducto de gas de combustión un alojamiento de bolsas filtrantes con una o más bolsas filtrantes de tela catalizadas con un catalizador para la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno; aguas arriba de la una o más bolsas filtrantes de tela o del alojamiento de bolsas filtrantes medios de inyección para la inyección de amoniaco o una disolución de urea en el conducto de gas de combustión;
aguas arriba de la una o más bolsas filtrantes de tela o el alojamiento de bolsas filtrantes, medios de inyección para la inyección de gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno; y
fuera del conducto de gas de combustión,
una unidad de catalizador de oxidación de amoniaco; y
medios para enfriar y oxidar gas efluente que contiene monóxido de nitrógeno extraído del catalizador de oxidación de amoniaco para dar el gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno conectados en su extremo de salida a los medios de inyección para la inyección del gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno.
Tal como se ha mencionado anteriormente, la reacción de oxidación de NO a NO2 necesita un tiempo de residencia del gas que contiene NO de al menos 1 minuto. Normalmente, 1-2 minutos.
Esto puede conseguirse en un intercambiador de calor o bien enfriado con gas o bien enfriado con agua o alternativamente cuando se conforman los medios de enfriamiento y de oxidación como un tubo enrollado en espiral con una longitud que dé como resultado el tiempo de residencia deseado del gas que pasa a través del tubo.
En otra realización, los medios para enfriar y oxidar el gas efluente que contiene monóxido de nitrógeno están dotados de un catalizador de oxidación que promueve la oxidación de NO a NO2.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1 Un método para la eliminación de óxidos de nitrógeno de gas de combustión de instalaciones de combustión, que comprende las etapas de
    hacer pasar el gas de combustión a través de una o más bolsas filtrantes de tela catalizadas con un catalizador para la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno en presencia de amoniaco añadido al gas de combustión ya sea como tal o en forma de un precursor del mismo;
    inyectar un gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno en el gas de combustión aguas arriba de la una o más bolsas filtrantes de tela;
    proporcionando el gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno mediante las etapas de
    oxidar catalíticamente amoniaco o un precursor del mismo con una atmósfera que contiene oxígeno para dar un gas efluente que contiene monóxido de nitrógeno y oxígeno en presencia de un catalizador de oxidación;
    enfriar el gas efluente hasta una temperatura ambiental de -20 a 40°C y oxidar el monóxido de nitrógeno en el gas efluente enfriado para dar el gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno.
  2. 2. - El método según la reivindicación 1, en el que la atmósfera que contiene oxígeno comprende gas de combustión.
  3. 3. - El método según la reivindicación 1, en el que la atmósfera de oxígeno es aire ambiental.
  4. 4. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno se inyecta en el gas de combustión en una cantidad que da como resultado que del 45 al 55% en volumen de los óxidos de nitrógeno es dióxido de nitrógeno en la entrada al catalizador para la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno.
  5. 5. - El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la oxidación del monóxido de nitrógeno en el gas efluente enfriado para dar el gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno se realiza en presencia de un catalizador de oxidación.
  6. 6. - Sistema para su uso en el método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende dentro de un conducto de gas de combustión un alojamiento de bolsas filtrantes con una o más bolsas filtrantes de tela catalizadas con un catalizador para la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno;
    aguas arriba de la una o más bolsas filtrantes de tela o del alojamiento de bolsas filtrantes medios de inyección para la inyección de amoniaco o una disolución de urea en el conducto de gas de combustión;
    aguas arriba de la una o más bolsas filtrantes de tela o del alojamiento de bolsas filtrantes, medios de inyección para la inyección de gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno; y
    fuera del conducto de gas de combustión,
    una unidad de catalizador de oxidación de amoniaco; y
    medios para enfriar y oxidar gas efluente que contiene monóxido de nitrógeno extraído del catalizador de oxidación de amoniaco para dar el gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno conectados en su extremo de salida a los medios de inyección para la inyección del gas efluente que contiene dióxido de nitrógeno.
  7. 7. - El sistema según la reivindicación 6, en el que los medios para enfriar y oxidar el gas efluente que contiene monóxido de nitrógeno están en forma de un intercambiador de calor.
  8. 8. - El sistema según la reivindicación 6, en el que los medios para enfriar y oxidar el gas efluente que contiene monóxido de nitrógeno están en forma de un tubo enrollado en espiral.
  9. 9. - El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que los medios para enfriar y oxidar el gas efluente que contiene monóxido de nitrógeno están dotados de un catalizador de oxidación.
ES18722903T 2017-04-26 2018-04-05 Método y sistema para la eliminación de compuestos nocivos de gas de combustión usando bolsas filtrantes de tela con un catalizador de SCR Active ES2880524T3 (es)

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