Tratamiento catalítico de efluentes gaseosos. Cinéticas de degradación de contaminantes gaseosos.

Introducción

Desde un enfoque eminentemente práctico, el programa de Tratamiento de Efluentes Gaseosos propone estrategias de control y reducción basada en la contaminación en origen, al margen de las soluciones de tratamiento y corrección que, en la mayor parte de los casos, consigue un traspaso de contaminantes de un medio físico a otro.

Se describen aquellos contaminantes que pueden causar efectos perjudiciales sobre el hombre y su entorno, producto principalmente del empleo de combustibles fósiles en la generación de energía, sistemas de calefacción y vehículos a motor. Dependiendo del tipo de contaminante, los mecanismos de circulación atmosférica pueden dispersarlos y transportarlos a diferentes lugares, a veces bastante distantes del punto de lanzamiento.

Cuando hacemos referencia a el tratamiento de efluentes gaseosos se está hablando de un procedimiento muy extendido en casi todo el mundo, que tiene como objetivo central la purificación de los gases contaminantes que son emitidos por industrias o incluso, por las personas en el ámbito del hogar. Cada tratamiento de efluentes gaseosos varia muchísimo en sus características principales dado que los gases a eliminar no son todos iguales cuestión que exige un planeamiento exclusivo, en otras palabras, cada tratamiento de efluentes gaseosos se destina a un tipo específico de gas a purificar y puede ocurrir que un mismo tratamiento no sirva para todos los gases.

Es sabido que el los tratamientos de efluentes gaseosos son fundamentales hoy en día en todos los países del mundo con el fin de palear las graves consecuencias ambientales que generan el vertido sin control de gases tóxicos. Esto genera que todos los días miles y miles de empresas en todas partes del mundo arrojen sus gases sin control y sin ningún tipo de tratamiento de efluentes gaseosos previo, acompañados muchas veces de residuos sólidos y líquidos, cuestiones que generan muchísimos dolores de cabeza para los habitantes cercanos a las zonas industriales y también por supuesto, generan fuertes inconvenientes en el medioambiente.

Por todo esto que acabamos de mencionar, se hace más que necesaria la inmediata implantación de un tratamiento de efluentes gaseosos. Vale destacar, que cuando hablamos de contaminación atmosférica, fruto de la no aplicación de un tratamiento de efluentes gaseosos, nos estamos refiriendo a la presencia en el aire de agentes o energías que generen algún tipo de riesgo, daño o malestar de importancia para los hombres y sus bienes y para la naturaleza.

Tecnologías de depuración. Efluentes gaseosos de la incineración.

La incineración es la combustión completa de la materia orgánica hasta su conversión en cenizas, usada en el tratamiento de basuras: residuos sólidos urbanos, industriales peligrosos y hospitalarios, entre otros.

La incineración se lleva a cabo hornos mediante oxidación química en exceso de oxígeno. Los productos de la combustión son cenizas, gases, partículas tóxicas y algunas con efectos cancerígenos, así como calor, que puede ser usado para generar energía eléctrica.

Contaminantes procedente de la incineración de residuos

La utilización de incineradoras como tratamiento de residuos produce una serie de emisiones gaseosas y de partículas, residuos sólidos (cenizas) y efluentes líquidos nada beneficiosos para el medio ambiente como

- Óxidos de nitrógeno (NOX): Los más importantes son NO y NO2. Los óxidos de nitrógeno son precursores de la formación de ozono (O3) y nitratos de peroxiacilo (NPA), oxidantes fotoquímicos constituyentes del «smog» (niebla con humo), y contribuyen a la formación de aerosoles nítricos que causan lluvia ácida y niebla.

- Dióxido de azufre (SO2): Se forma por la combustión de materiales que contienen azufre. El SO2 es el principal responsable de la producción de lluvia ácida. 50 mg/m3, como valor medio diario, pudiendo llegar a 200 mg/m3, pudiendo llegar a 200 mg/m3 como valor medio semihorario.

- Monóxido de carbono (CO): Se forma cuando la combustión de materiales carbonosos es incompleta. 50 mg/m3, como valor medio diario; 150 mg/m3 en el 95% de todas las mediciones, calculado a partir de los valores medios obtenidos cada 10 minutos o 100 mg/m3 detodas las mediciones.

- Partículas: Se forman por combustión incompleta del combustible y por arrastre físico de los materiales no combustibles. 10 mg/m3 como media diaria y hasta 30 mg/m3.

- Metales: Algunos artículos como plásticos, revistas, pilas, etc., contienen elementos metálicos, estos pueden permanecer en las cenizas o ser emitidos por las incineradoras. En concreto, se ha observado la presencia de Cd, Zn, Sb, Ag, In y Sn en los gases de salida, así como también de Hg en menores concentraciones. La posibilidad de que un compuesto metálico se volatilice o bien forme partículas sólidas dependerá de su naturaleza química.

Debido a la posible toxicidad de los efluentes vertidos durante la incineración, el control que se debe realizar ha de ser exhaustivo.

- Gases ácidos: La incineración de residuos que contienen flúor y cloro genera gases ácidos, como el fluoruro y el cloruro de hidrógeno. Se encuentran cantidades traza de flúor en muchos productos, mientras que el cloro se localiza en los plásticos, sobre todo en el policloruro de vinilo, y en el poliestireno y el polietileno, que suelen llevar aditivos que contienen cloro.

- Dioxinas y furanos: las dioxinas son unos compuestos orgánicos clorados pertenecientes a la familia de las policlorodibenzodioxinas (PCDD). Hay algunas evidencias que demuestran que estas sustancias se producen en todos los procesos de combustión. Se han propuesto tres fuentes de dioxinas y furanos en las emisiones procedentes de la incineración de residuos urbanos:

Una de las causas más probables de la generación de dioxinas y furanos en la incineración es la formación a partir de sus precursores orgánicos en las zonas más frías de la post-combustión, por la acción del cloruro de hidrógeno que se genera durante el proceso.

- PAHs: Se forman al quemar parcialmente materiales que contienen carbono, por tanto son productos de una mala combustión. Estos compuestos son comunes en la atmósfera de las ciudades y su existencia es preocupante porque muchos son cancerígenos como el benzo[a]pireno o el benzo[a]antraceno.

Para controlar la contaminación atmosférica, la planta incineradora puede incluir, por ejemplo, la inyección de amoníaco en la propia zona de combustión para controlar los óxidos de nitrógeno, una depuradora seca o húmeda (por ejemplo, con lechada de cal) para controlar los óxidos de azufre y un filtro de mangas para separar partículas. Los gases limpios se conducen a la chimenea para salir a la atmósfera.

Sistemas de control de partículas

La primera forma ampliamente reconocida de contaminación del aire fue el humo, partículas finas de carbono que se originan de la ignición incompleta de combustibles, y ceniza inorgánica que procede de la materia no combustible que se encuentra dentro del combustible. La eliminación de partículas de los gases que son liberadas a la atmósfera es de suma importancia en el control de la contaminación. La técnica elegida en cada caso dependerá del contaminante considerado, del proceso responsable de la formación de este contaminante y del nivel de control exigido. La tecnología moderna ofrece varios métodos para retener partículas y eliminar gases. Dentro de los equipos para el control de partículas se encuentran los siguientes:

-Separación en cámaras decantadoras por gravedad

Este método está basado en el hecho de que las partículas sólidas o liquidas suspendidas en un gas caen a través de este, bajo la acción de la gravedad, a una velocidad que depende del tamaño, la densidad y la viscosidad del gas. El gas se expansiona uniformemente para llenar la altura de la cámara que tiene una longitud. Por debajo de la cámara de sedimentación se hallan tolvas que en que cae el polvo cuando abandona la corriente gaseosa.

Los aparatos de gravedad o cámaras de sedimentación, son los equipos más simples que utilizan. Por debajo de la cámara de sedimentación se hallan las tolvas en que cae el polvo cuando abandona la corriente gaseosa, en éstas tolvas no existe flujo y, por lo tanto, tras haber caído el polvo por debajo del nivel de las mismas queda retenido en la cámara de sedimentación.

Para calcular el comportamiento de un aparato de este tipo, los ingenieros ambientales en general se apoyan en uno de dos modelos:

•Se supone que el fluido que pasa por ellos no se mezcla en su totalidad (modelo de flujo en bloque o flujo tapón)

•se supone un mezclado total, en todo el aparato o en toda la sección transversal perpendicular al flujo.

Ventajas de su uso:

-Costo de instalación bajo.

-Costo de energía bajo.

-Excelente seguridad.

-Puede fabricarse de casi cualquier material.

Desventajas

-Ocupa mucho espacio.

-Eficiencia de recolección muy baja.

-Separación por Inercia

Los colectores de inercia se basan en el cambio repentino de la dirección del flujo de gas, entonces la partícula tiende a continuar durante un tiempo corto en la dirección original del flujo de gas y pasa a un espacio muerto donde puede sedimentar, consiguiéndose mayor eficacia de separación que en el caso anterior. Estos aparatos provocan la separación del polvo bien por efecto simple de la inercia. El ciclón posee la mayor eficacia de los aparatos basados en la separación por inercia.

Separador por inercia

-Separación en cámaras ciclónicas (ciclones)

El ciclón posee la mayor eficacia de los aparatos basados en la separación por inercia. El ciclón sencillo, consta de un recipiente cilíndrico vertical donde se introduce el gas a través de una entrada tangente horizontal. El polvo se concentra, por la acción del giro, en la capa del gas próximo a la pared del recipiente, por la acción del giro, en la capa del gas próximo a la pared del recipiente. La columna de giro del gas circula a lo largo del recipiente y, por último, cambia de dirección y sale por el conducto situado en el eje del recipiente. Las partículas caen a la tolva colocada por debajo de la columna móvil del gas.

Un separador ciclónico está compuesto básicamente por un cilindro vertical con fondo cónico, dotado de un entrada tangencial, normalmente rectangular.

Ventajas

-Son aparatos poco costosos.

-Los gastos de funcionamiento y de mantenimiento son mínimos.

-Simple y reproducible debido a la ausencia de partes en movimiento.

-Sus interiores lisos impiden la acumulación de polvo.

-Muy confiable para condiciones rudas de operación ( cargas grandes, polvos abrasivos, temperaturas altas, períodos largos de operación)

Desventajas

-Para una eficiencia alta, se requiere un tamaño grande, o una caída de presión muy alta.

-Separadores húmedos (lavadores scrubbers)

Estos sistemas utilizan fases mezcladas de gas y líquido, de manera que la materia suspendía en el gas pase al líquido absorbedor, fácilmente separable del aparato de limpieza de gases, dejando el gas limpio para ser emitido a la atmosfera. El mecanismo de lavado (scrubbers), consiste en hacer pasar el gas cargado con partículas por una cámara en la cual es puesto en contacto directo con un líquido, que generalmente es agua, de tal forma que las partículas a removerse son colectadas en las gotas del líquido. Estos aparatos están basados en la colisión entre las partículas y las gotas de líquidos en suspensión en el gas. La colisión y la coalescencia se provocan mediante una o más de las siguientes causas:

1) efectos de la inercia y de la gravedad

2) efecto electrostático

3) tensiones de difusión

4) disminución de la temperatura del gas

La forma más conveniente de clasificar los lavadores de partículas, parece ser aquella en la que se considera la energía que demanda el dispositivo para mover el fluido en su interior; de manera que los lavadores se clasifican en:

-Lavadores de baja energía

-Lavadores de energía moderada, y

-Lavadores de alta energía

-Precipitadores electrostáticos

Este mecanismo de remoción es llevado a cabo por medio de aparatos conocidos como precipitadores electrostáticos (ESP´s), en los cuales las partículas son atrapadas por la acción de fuerzas electrostáticas generadas por el precipitador. En estos dispositivos, el gas contaminado es ionizado al fluir a través de electrodos cargados eléctricamente (positiva o negativamente), de manera que la carga es transferida a las partículas contenidas en el flujo gaseoso. Esto quiere decir que las partículas cargadas eléctricamente, sujetas a un campo eléctrico, son atraídas hacia los electrodos que crean dicho campo y depositadas sobre ellos.

Este proceso requiere de tres etapas.

1) introducción de una carga eléctrica sobre las partículas suspendidas.

2) depósito de las partículas cargadas, bajo la influencia del campo eléctrico, sobre los electrodos colectores.

3) transferencia del material recogido desde los electrodos a una tolva de almacenamiento de la que puede extraerse continuamente o a intervalos.

Los precipitadotes electrostáticos se usan sobre todo en procesos de alto índice de escape y de emisión, como las plantas generadoras de electricidad de caldeo por carbón y las plantas siderúrgicas.

Las ventajas que ofrece la precipitación electrostática son:

-Alta eficiencia de colección, inclusive para partículas muy pequeñas

-Puede manejar grandes volúmenes de gas

-Permite la recuperar el material colectado ya sea sólido o líquido

-Puede manejar gases a alta temperatura

-Caída de presión pequeña

- Bajo costo de operación

Las desventajas que presenta la precipitación electrostática se citan a continuación.

-Alto costo instalado

-El espacio requerido es grande

-Las variaciones en las condiciones de operación pueden afectar su buen desempeño

-Poco adecuado cuando la resistividad de las partículas es demasiado alta o demasiado baja

-Separación por filtros de tejido (filtros de mangas)

Este mecanismo de remoción de partículas es llevado a cabo mediante dispositivos llamados filtros, los cuales son estructuras porosas elaboradas con materiales fibrosos o granulados. Cuando el gas pasa a través de los diminutos espacios que quedan entre las fibras, las partículas son retenidas en la estructura del filtro y la fracción de partículas que logren atravesarlo dependerá de las características de éste. A medida que transcurre el tiempo, el material filtrante se va a ir obstruyendo, produciéndose un aumento en la caída de presión del dispositivo, junto con un incremento en la eficiencia de remoción del filtro de mangas. Es entonces cuando las partículas deben ser removidas de los filtros, para lo cual el fondo de la cámara que alberga las mangas servirá también como depósito de las partículas que caen al efectuar la limpieza, la cual es realizada adecuadamente sin detener el proceso.

Las ventajas que ofrece un filtro de mangas son:

-Eficiencia de colección es muy alta

-Permite manejar flujos de gas pequeños o muy grandes

-Se puede utilizar para filtrar diversos tipos de polvos

-Consumo de energía moderado

Las desventajas que pueden presentarse son:

-El espacio que ocupan es grande

-Riesgos de explosión e incendio ante la presencia de chispas

-El manejo de gases húmedos provoca problemas en la limpieza de las mangas

-Condiciones extremas de temperatura y corrosión pueden dañar las mangas

Filtro de mangas

Mecanismos de captación de partículas

Impactación inercial

La inercia de las partículas es la fuerza que mayoritariamente interviene en la separación de las mismas del aire. La inercia de una partícula está determinada por su masa y su velocidad. En la zona de captación de los equipos inerciales la corriente de aire, que ha penetrado a través del dispositivo de entrada, es obligada a cambiar de dirección y las partículas contenidas en ella, con suficiente inercia, son separadas del flujo de aire impactando sobre una superficie que puede ser un sólido o un líquido. En la figura 1 se muestra esquemas de cómo ocurre la impactación de las partículas sobre diferentes medios.

Asimismo, el diseño del equipo, la forma y dimensiones del dispositivo de entrada del aire y la distancia que debe recorrer el aire dentro del equipo hasta la superficie de impactación, son aspectos que determinarán las características de la captación, entre ellos se pueden destacar:

-La zona de impactación, o zona en la que la partícula puede ser desviada significativamente de su trayectoria original.

-La distancia de frenado determina la desaceleración y captación de una partícula en la zona de impactación. Para cada línea de flujo sobre una zona de impactación hay una distancia de frenado para la cual todas las partículas mayores que un cierto diámetro serán captadas, mientras que las de tamaño inferior pueden atravesar el equipo sin ser retenidas.

-El diámetro de corte del equipo (d50) designa el tamaño de partícula al que la mitad de partículas serán captadas y la mitad pasarán a través del equipo. En general, se asume que el diámetro de corte es el diámetro por encima del cual todas las partículas son captadas.

-Otros aspectos que determinan la captación son la posibilidad de que la partícula rebote o se escape de la superficie de captación. En ambos casos, la energía acumulada por la partícula durante el impacto o las fuerzas de arrastre son superiores a las fuerzas de adhesión del medio.

Figura 1. Separación de partículas por impactacion.

Captura por interceptación (contacto no inercial)

La captura por interceptación depende de la masa y de la carga eléctrica de las partículas, cuyo diámetro entre 1 y 3 micrómetros hace que algunas sean atraídas por las fibras del medio que filtra. Si una partícula pasa a una distancia de la fibra menor que el diámetro de la partícula, ésta es atraída y parada por la fibra misma.

El efecto de interceptación es proporcional al diámetro de la partícula e inversamente proporcional al diámetro de las fibras y a su distancia. Las relaciones de influencia entre estos tres mecanismos de captura varían dependiendo de las partículas.

Puesto que el efecto de los mecanismos de interceptación y de inercia aumenta al aumentar de las partículas mientras que simultáneamente disminuye la fuerza de difusión, por consiguiente habrá una cantidad de partículas que resulta en equilibrio con estos tres mecanismos de captura y que será entonces la más difícil de retener. Esta cantidad es de aproximadamente 0.25 micrómetros como se ve en el grafico (Fig.3), donde en la ordenada se refiere la permeabilidad de un filtro absoluto y en la abscisa el diámetro de las partículas.

Lavadores de flujo cruzado

El flujo de un líquido entra perpendicular en el lavador a la dirección de flujo del gas. Hay múltiples boquillas aspersores que dispersan el líquido entrante y un drenaje que lo recoge en el fondo. El problema de estos lavadores es doble:

Se supone que el gas se mueve a través del lavador en un flujo uniforme de bloque, o sea, la cantidad de gas que entra es igual a la que sale.

Algunos compuestos son fácilmente removidos en agua neutra mientras que otros, por ejemplo sulfuros, requieren de un pH alcalino. Por lo tanto, la solución es tratar el aire crudo en una lavadora multi-etapas en la que cada etapa tiene su propio líquido de lavado con un valor pH específico. Así es posible remover componentes ácidos y alcalinos en un mismo dispositivo al mismo tiempo.

Las ventajas de una lavadora de flujo cruzado son diversas. Sin embargo, su realización es mucho más compleja en comparación a un simple sistema de lavado de aire como son:

-Baja altura del empaque debido a su construcción horizontal, lo que conlleva efectos positivos en la estática y accesibilidad

-Ahorros en la ductería interna gracias a la combinación de varias etapas de lavado en una sola planta

-El líquido de lavado es distribuido por numerosas boquillas arregladas en series. Así, una falla parcial de las boquillas puede ser compensada

-La subsecuente división en diferentes etapas de lavado es posible sin modificaciones constructivas mayores, simplemente re-configurando con una estación de dosificación de químico

-Las lavadoras de flujo cruzado son generalmente operadas bajo sub-presión. El ventilador entonces puede ser instalado del lado del gas limpio, evitando así estar en contacto con contaminantes corrosivos y abrasivos

Aplicaciones

-En caso de composiciones variables y complejas de contaminantes en el aire crudo.

-Como fase de pre-tratamiento antes de biofiltro o filtro de carbón activado

-Para la separación de partículas de polvo y componentes gaseosos al mismo tiempo.

-Si es requerida una redundancia (la falla de una etapa de lavado puede ser parcialmente compensada por las siguientes etapas).

-Si el lavado biológico es una alternativa ambientalmente amigable y efectiva en costo.

Lavadores de flujo coordinado

El flujo de gas y liquido se mueven en la misma dirección y sentido a lo largo del lavador. Es evidente que una mejor disposición geométrica debe producir gotas muy pequeñas que se mueven a altas velocidades con respecto al gas que se está lavando. El líquido entra formando un ángulo recto con la dirección del gas, por lo que inicialmente lleva menos velocidad en la dirección del gas. Después, como el líquido y el gas van en la misma dirección, no se tiene el problema de que el gas lleve a las gotas en la dirección errónea. Se pueden utilizar altas diferencias relativas de velocidades.

Tanto el gas como el líquido ingresan por un costado y salen por el otro, sin embargo, el líquido entra formando un ángulo recto con el flujo de gas y con una velocidad mucho menor.

Lavadores a contraflujo

Se introduce el líquido por arriba a través de boquillas aspersoras y el gas entra por abajo a contracorriente. Es similar al flujo cruzado pero en el caso anterior la distancia que recorre una gota con relación a las coordenadas fijas es la misma que respecto al gas y aquí el gas se mueve hacia arriba con una velocidad relativa al eje distinta, mientras que la velocidad de la gota con relación a las coordenadas fijas del lavador será menor.

Lavadores de aire tipo Venturi

Consistente en un canal de flujo rectangular o circular que converge a una garganta de sección estrecha y luego diverge a su área original en la sección transversal. El trabajo asociado al flujo se convierte en energía cinética, lo cual supone un importante incremento de la velocidad. El efecto es parecido al de un lavador de flujo coordinado sin una velocidad axial inicial del agua. Después del venturi, se capturan las gotas con un ciclon. El venturi es un sistema de lavado con una elevada caída de presión. Normalmente se utiliza para el tratamiento de flujos entre 5.000-100.000 m3/h. Con mezcla de olores y partículas.

En un lavador Venturi se identifican tres zonas, que son: zona convergente, garganta y zona divergente. El gas cargado con partículas ingresa a la zona convergente, donde debido al cambio gradual en la sección transversal por donde fluye, se producirá un incremento en la velocidad del gas hasta alcanzar un valor máximo en la zona que se conoce como garganta.

Para llevar a cabo la captación de partículas, se inyecta agua en la zona donde el gas, y por lo tanto las partículas alcanzan su mayor velocidad, produciéndose así el rompimiento de la tensión superficial del agua y dando lugar a la formación de pequeñas gotas del líquido.

Esto resultará en el contacto físico entre las gotas del líquido de lavado y las partículas, de manera que éstas últimas serán removidas de la descarga gaseosa.

Identificación de zonas y principio de operación de un lavador venturi.

Lavadores ciclónicos

Se consiguen insertando bancos de boquillas en un ciclón seco convencional bien sea en el eje o en la entrada del ciclón.

Utilizan la inercia para remover las partículas de la corriente del gas. Son dispositivos purificadores del gas que emplean una fuerza centrífuga generada haciendo girar una corriente de gas con el fin de separar las partículas del gas que las transporta, normalmente en una cámara de forma cónica.

Los ciclones operan creando un vórtice doble dentro del cuerpo del mismo. El gas que entra es forzado a bajar por el cuerpo del ciclón con movimiento circular cerca de la superficie del tubo del ciclón. En el fondo del ciclón, la dirección del gas se invierte y sube en espirales por el centro del tubo y sale por la tapa del ciclón. En el simple separador ciclónico seco se obtiene el movimiento circular por medio de una entrada tangencial del gas. La operación depende de la tendencia (inercia) a moverse en una línea recta cuando se cambia la dirección de la corriente de gas.

Sistemas de control de los óxidos de azufre

Las opciones disponibles para el control de los óxidos de azufre varían considerablemente debido a las grandes diferencias en el contenido de azufre de los diversos combustibles y los costos de los controles. La elección de la tecnología depende del análisis de beneficios y costos del desempeño ambiental de diferentes combustibles, el costo de los controles y la existencia de un mercado para los productos derivados del control del azufre.

Absorción

La absorción es la operación de transferencia de masa en la cual, uno o más componentes solubles de una mezcla de gases se disuelven en un líquido que tiene baja volatilidad bajo las condiciones del proceso. El contaminante se difunde desde el gas hacia el líquido cuando el líquido contiene menos que la concentración de equilibrio del componente gaseoso. La diferencia entre la concentración real y la concentración al equilibrio, proporciona la fuerza impulsora para la absorción.

Tipos de absorbedores:

Columnas de relleno

En las columnas de relleno la transferencia de materia se hace de forma continuada. Estas columnas también son llamadas columnas empaquetadas. La torre de relleno más común es la que consiste en una carcasa cilíndrica que contiene el material inerte en su interior. Este material inerte es el que recibe el nombre de relleno. El objetivo principal del relleno es proporcionar una superficie de contacto más amplia entre el vapor y el líquido extractor, de esta manera aumenta su turbulencia y por tanto, mejora su eficacia.

Torre de platos

Son cuerpos cilíndricos dispuestos en posición vertical. En su interior se pueden encontrar unos dispositivos (bandejas, platos,...) El objetivo principal de estos platos es proporcionar una gran superficie de contacto entre las dos fases: la fase gaseosa y la fase líquida.

Los platos o bandejas se ponen en contacto con la fase líquida y el gas en contracorriente. Lo que transcurre es una transferencia de materia a causa del gradiente de concentración.

Torre de spray o de lluvias

Resultan aconsejables cuando se precisa una pérdida de carga baja y existen partículas en la corriente de gas entrante no suele haber relleno en su interior. Se basan en la pulverización sobre la corriente gaseosa del agua o el líquido absorbente correspondiente con lo que se favorece al contacto entre fases y absorcion de compuestos contaminantes.

PROCESOS DE REDUCCIÓN

Estos procesos se emplearían cuando el compuesto a eliminar puede transformarse en uno no tóxico por reacción con un agente reductor. Unejemplo es la reducción de NOx a N2, reduciéndolo con agentes como H2, CO, hidrocarburos y NH3 principalmente:

4NO + 4NH3 + O2→ 4N2 + 6H20

Se usan principalmente la reducción catalítica selectiva y la reducción catalítica no selectiva.

Reducción catalítica selectiva (SCR)

El proceso de la SCR reduce químicamente la molécula de NOx a nitrógeno molecular y vapor de agua. Un reactivo a base de nitrógeno tal como el amoníaco o la urea se inyecta en los ductos, corriente abajo de la unidad de combustión. Los gases de combustión se mezclan con el reactivo y entran a un módulo reactor que contiene un catalizador. Los gases de chimenea calientes y el reactivo se difunden a través del catalizador.

El reactivo reacciona selectivamente con el NOx dentro de un rango de temperatura específico y en presencia del catalizador y oxígeno. El uso del catalizador resulta en dos ventajas principales del proceso de la SCR sobre la SNCR : eficiencia de control de NOx más alta y reacciones dentro de un rango más amplio y más bajo. Los beneficios se acompañan por un incremento significativo en los costos de capital y de operación. La actividad del catalizador es una medida de la razón de la reacción de reducción de NOx.

La SCR es efectiva en costo en unidades que queman gas. Se requiere menos catalizador, ya que la corriente del gas residual tiene niveles más bajos de NOx, azufre y MP. La SCR puede ser utilizada separadamente ó en combinación con otras tecnologías de control de

combustión de NOx tales como quemadores de bajo NOx y requemado de gas natural. La SCR puede ser diseñada para proveer reducciones de NOx durante todo el año o sólo durante la temporada de ozono. El componente principal del catalizador es TiO2 con contenidos en óxidos de vanadio y nitrógeno.

Reacción catalítica no selectiva (SNCR)

La reducción no catalítica selectiva (SNCR) es una tecnología de control post-combustión, basada en la reducción química de los óxidos de nitrógeno (NOx) a nitrógeno molecular (N2) y vapor de agua (H2O). En este proceso, se inyecta un agente reductor (normalmente amoniaco o urea) en el gas de combustión que reacciona con los óxidos de nitrógeno según las siguientes ecuaciones:

4 NO + 4 NH3 + O2 ----- 4 N2 + 6 H2O

2 NO2 + 4 NH3 + O2------ 3 N2 + 6 H2O

Las reacciones de reducción se producen a temperaturas entre los 900° y los 1050°C, con zonas de mayor y menor tasa de reacción.

Los principales componentes de una SNCR son:

-depósito de almacenamiento de amoniaco acuoso (u otros agentes reductores);

-vaporizador;

-suministro de gas portador, vapor o aire comprimido; boquillas inyectoras.

Esta técnica se aplica para conseguir una tasa de reducción del NOx superior al 55 % y aplicable a:

-plantas de combustión. (Centrales térmicas de carbón, fuel o gas natural, plantas de incineración, plantas de cogeneración, calderas de producción de vapor etc.)

-Plantas de decapado con ácido nítrico y Plantas de fabricación de ácido nítrico

Combinación de sistemas

En la mayoría de los casos habrá que combinar sistemas para adecuarse a la normativa y poder prever el futuro legal. A continuación vamos a ver los tres métodos que han resultado más eficaces.

Método seco

El tratamiento por vía seca presenta la ventaja de que evita la producción de aguas residuales ( siempre que el enfriamiento de las cenizas fijas se realice con aire, situación normal en las plantas que operan por vía seca)- frente a esta ventaja, el volumen de residuos sólidos resulta mayor, ya que en la eliminación de gases ácidos por esta vía se trabaja con una dosificación de reactivo (normalmente hidróxido de calcio en polvo) de hasta dos veces la estequiometrica, a pesar de lo cual la eficacia suele ser menor que por vía húmeda. La vía seca constituye, pues, una alternativa aconsejable cuando la concentración de HCl y SO2 en los gases de combustión se encuentra dentro de niveles bajos o moderados.

Método húmedo

Por otra parte está la vía húmeda, que es más eficaz para la eliminación de HCl y SO2, no evita la producción de residuos sólidos y supone la necesidad de hacer frente a los problemas de aguas residuales derivados de su empleo. La corrosión constituye otro aspecto desfavorable de esta vía. Su eficacia para la eliminación de partículas puede ser menor, por lo que cuando la concentración de las mismas es relativamente alta, sobre todo en lo que se refiere a las de menor tamaño, resulta más apropiada una combinación de ambas vías.

La depuración de los gases por vía húmeda consta normalmente, en un primer caso de un colector de partículas húmedo de tipo venturi, lavador ciclónico o cámara de rociado, siendo más corriente el primero, ya que puede alcanzar buenos niveles de eficacia incluso para partículas submicronicas, si bien a costa de una perdida de carga comparativamente alta.

El tratamiento de los gases se completa en ocasiones con una operación final de adsorción con carbón activo, para reducir los niveles de dioxinas cuando resulta necesario, operación también efectiva, en su caso, para controlar las emisiones de Hg.

Método semiseco

El reactivo se utiliza diluido en agua, como por ejemplo una lechada de cal. En lugar de un reactor se usa una torre donde se inyecta mediante pulverizadores. El contacto de los gases de combustión con la lechada actúa:

-enfriando los gases hasta la temperatura adecuada para la eliminación de los contaminantes.

-secando la lechada por lo que el residuo final estará seco y podrá eliminarse por filtración.

La lechada de cal neutraliza los gases acidos. Después de la cal puede añadirse SO2 o carbón activado para el Hg gaseoso y compuestos organicos. La etapa final sra la filtración, que, al igual que el método seco se hara preferiblemente con filtros de mangas.