Tecnologías para el control de la contaminación atmosférica Acciones correctoras: Proceso de abs orción
Basan su funcionamiento en el hecho de que los gases residuales están compuestos de mezclas de sustancias en fase gaseosa, algunas de las cuales son solubles en fase líquida. En el proceso de absorción de un gas, el efluente ef luente gaseoso que contiene el contaminante a eliminar se pone p one en contacto con un líquido en el que el contaminante se disuelve. La transferencia de materia se realiza por el contacto del gas con el líquido en lavadores húmedos o en sistemas de absorción en seco. Proceso de adsorción Una alternativa a los sistemas de absorción por líquido lo constituye co nstituye la adsorción de los contaminantes sobre sólidos. En los procesos de adsorción los gases,vapores y líquidos se retienen sobre una superficie sólida como consecuencia de reacciones químicas y/o fuerzas superficiales. Se produce una difusión desde la masa gaseosa hasta la superficie externa del sólido y de d e las moléculas del gas dentro de los poros de sólido seguida de la adsorción propiamente dicha de las moléculas del gas en la superficie del sólido. Los sólidos más adecuados para la adsorción son los que presentan grandes relaciones superficie-volumen, es decir, aquellos que tienen una elevada porosidad y área superficial para facilitar el contacto sólido-gas: tierra de Fuller, bauxita, carbón activado, alúmina activada, tamices moleculares, etc. Periódicamente, es necesaria la sustitución o regeneración del de l adsorbente para que su actividad no descienda de determinados niveles. Proceso de combustión La combustión constituye un proceso apropiado par la eliminación de compuestos orgánicos transformándolos en dióxido de carbono y vapor de agua y también es válido para determinadas sustancias inorgánicas. Tipos de combustión: Espontánea. Cuando se trata de eliminar gran parte de los gases que son tóxicos que tienen olores fétidos, la combustión ha de realizarse a altatemperatura y con tiempo de retención controlado, por lo que el coste de combustible puede ser elevado. Procesos catalíticos. Con el fin de realizar la combustión a temperaturas más bajas, suele utilizarse la combustión en presencia de un catalizador, por lo general un metal de transición depositado en una matriz de alúmina. Este tipo de combustión suele emplearse en e n la eliminación de trazas de compuestos que contienen fenoles, formaldehído, azufre, etc. Un problema que presenta la combustión catalítica es la del envenenamiento del catalizador por algunas sustancias en forma de partículas. Captación de partículas Según el principio en que se basa el proceso de separación de las partículas, pueden establecerse los siguientes tipos de equipos de depuración: colectores,precipitaciones electrostáticas, filtros de mangas, lavadoras y absorbedores húmedos.
Colectores inerciales. Ciclones Están formados básicamente por un recipiente cilíndrico vertical donde se introduce tangencialmente el gas portador, cargado de partículas de polvo. La corriente se desvía en círculo y por efecto de la fuerza centrífuga, las partículas se lanzan al exterior al formar la mezcla gaseosa un remolino vertical descendente. Esta corriente en espiral del gas cambia de dirección al llegar al fondo del recipiente y sale por el conducto situado en el eje. Los ciclones son dispositivos útiles y baratos para la captación en seco de polvo ligero o grueso. Sin embargo, la eficiencia de captación de estos equipos es muy baja, sobre todo, en la eliminación de partículas pequeñas, por lo que su utilización se reduce, por lo general, a desempolvado previo al paso de los gases por un sistema más eficaz.
Precipitadores electrostáticos Los precipitadores electrostáticos basan su principio de funcionamiento en el hecho de cargar eléctricamente las partículas, para una vez cargadas someterlas a laacción de un campo eléctrico que las atrae hacia los electrodos que crean el campo, depositándose sobre ellos. Los precipitadores más utilizados a escala industrial son los de diseño de etapa única, por su gran capacidad de tratar gases con concentraciones de polvo muy altas. Estos precipitadores pueden separar cualquier tipo de sustancia en forma de partículas, alcanzando eficacias superiores al 99%, siempre que la resistividad eléctrica de las partículas no sea demasiado alta, en este caso será necesario acondicionar la corriente gaseosa con la adición de determinados productos. Filtros industriales El sistema de filtros consiste en hacer pasar una corriente de gases cargados con partículas de polvo a través de un medio poroso donde queda atrapado el polvo.El filtro de mangas ha sido uno de los más utilizados durante los últimos años, ya que pueden tratar grandes volúmenes de gases con altas concentraciones de polvo.Con este tipo de equipos pueden conseguirse rendimientos mayores del 99%, independientemente de las características de gas, haciendo posible la separación departículas de un tamaño del orden de 0.01 micras. Conforme pasa el gas, la capa de polvo depositado sobre el material filtrante, que colabora en el proceso de interceptación y retención de partículas de polvo, se va haciendo mayor, aumentando la resistencia al flujo y la pérdida de carga, lo que obliga a disponer de mecanismos para la limpieza automática y periódica del filtro. Hoy en día, el filtro cerámico ha adquirido una mayor importancia en los procesos de depuración de gases. La eficacia filtrante de este tipo de filtros es muy cercana al 100%, excepto si las partículas son de tamaño submicrónico en su mayor parte, o el tamaño del gránulo o fibra que forman el filtro cerámico es grande. Lavadores y absorbedores húmedos Los lavadores y absorbedores húmedos son equipos en los que se transfiere la materia suspendida en un gas portador a un líquido absorbedor en la fase mezcla gas-líquido, debido a la colisión entre las partículas de polvo y las gotas de líquido en suspensión en el gas. Equipo Rango de partículas que atrapa en micras Precipitadores electrostáticos 0.01 a 90 Torres empacadas 0.01 a 100 Filtros de papel 0.005 a 8 Filtros de tela 0.05 a 90 Lavadores de gases 0.05 a 100 Separadores centrífugos 5 a 1000 Cámaras de 10 a 10000 sedimentación Tecnologías para la depuración de gases contaminantes: Combustión en lecho fluidizado La energía eléctrica se produce en centrales térmicas y la mayoría de ellas queman carbón como combustible, lo cual genera muchos problemas ambientales, por lo que se han desarrollado „Tecnologías de uso limpio del carbón‟. De esta forma se ha llegado a la tecnología de combustión en lecho fluido que además de lograr buenos parámetros medioambientales, se consigue un incremento en el rendimiento del proceso de producción de energía eléctrica. Este rendimiento se consigue por la expansión de los gases de combustión en una turbina de gas que se integra en un ciclo combinado con la turbina de vapor. La principal ventaja de esta nueva tecnología es la posibilidad de reducir en el propio proceso de combustión el dióxido de azufre formado a partir del contenido de azufre del combustible. Es posible quemar carbones con alto contenido en azufre
consiguiendo niveles de emisión de SO2 por debajo de los límites impuestos por la legislación ambiental, sin la necesidad de utilizar equipos adicionales de desulfuración. Debido a las bajas temperaturas de combustión (860ºC) se puede añadir al lecho un material absorbente barato, como caliza o dolomía, que permite fijar el azufre del combustible en el proceso de combustión. Depuración de los gases de chimenea La producción de energía eléctrica por combustión a altas temperaturas de combustibles fósiles, utilizando aire como comburente, produce gases que contienenóxidos de nitrógeno (NOx ) y óxidos de azufre (SO2). Estos gases, emitidos a la atmósfera, pueden ocasionar daños al ecosistema y son muy agresivos por su carácter ácido, por ello es necesario controlar las emisiones de estos gases a partir de una serie de tratamiento para la eliminación tanto de los NOx , como del SO 2.
Desulfuración de los gases de combustión: La legislación medioambiental ha endurecido los límites de emisión de SO 2 de las grandes instalaciones de combustión en la Unión Europea, lo que afecta sobretodo a las centrales térmicas. Por ello, la elección de la tecnología de desulfuración de los gases de combustión es de la máxima importancia en una central térmica. La eliminación de SOx de los gases de combustión puede llevarse a cabo mediante la utilización de absorbedores húmedos (columnas de relleno o de platos) en los que se transfiere el contaminante de la fase gas a la fase acuosa. En estos equipos, debido a la alta superficie de contacto entre gas y líquido, se consigue una alta eficiencia. Otro tipo de proceso de desulfuración de los gases de chimenea es la tecnología de la caliza húmeda, en el que se convierte el SO 2 de los gases de chimenea en yeso. Se consigue un alto grado de desulfuración. Otra nueva tecnología sería un proceso biológico de desulfuración de gas de chimenea, mediante el cual al final del proceso, el SO 2 de los gases de chimenea se convierten en azufre puro. Se consiguen rendimientos de hasta un 98%. Reducción de los NOX con NH3: La creciente contaminación por los NOx (NO y NO 2) ha decidido a las naciones más avanzadas industrialmente a limitar las emisiones por focos emisores fijos.Para el control de las emisiones de NOx se utilizan técnicas que pueden agruparse en dos tipos principales: Técnicas de control de la combustión, denominadas “primarias” por las que se actúa sobre el quemador o sobre la cámara de combustión, para reducir la formación de NOx en caldera, mediante la disminución de la temperatura de combustión. Técnicas de tratamiento de los gases de combustión o también denominadas “secundarias” que, a su vez, pueden efectuarse en húmedo o en seco. Entre las técnicas de tratamiento en seco de los gases de combustión, la más utilizada, por su elevada eficacia y selectividad, es la reducción selectiva de los NOx, utilizando como agente reductor amoníaco o urea, en presencia de un catalizador apropiado. Este método se basa en reducir los NOx para la obtención de nitrógeno y agua como productos finales.
ESTRATEGIAS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA INTRODUCCIÓN: El control de la contaminación atmosférica, para obtener una atmósfera dentro de los estándares de calidad implica el control y la corrección de la contaminación, tanto la que se origina en zonas pequeñas, donde se hallen pequeñas industrias, o zonas más grandes, y que por lo tanto, tengan mayores fuentes emisoras de contaminación. Los métodos utilizados para este fin, son los que se denominan Estrategia para el control de la contaminación atmosférica, normalmente no es el diseño del equipo depurador lo que implica mayor dificultad en alcanzar este fin, si no la adecuada planificación de las etapas previas al diseño que son: 1) Fijación del límite de emisión. 2) Identificación de todas las fuentes de emisión. 3) Métodos de depuración íntrinsecos. 4) Definición del problema control. 5) Selección del sistema de control: métodos de depuración extrínsecos. IDENTIFICACIÓN DE TODAS LAS FUENTES DE EMISIÓN: Este es uno de los procesos más obvios, pues muchas de las fuentes contaminantes, como podrían ser las industrias o los vehículos a motor, se ven a simple vista. Sin embargo, también es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos: Posibles pérdidas accidentales: fugas, derrames, etc...
Emisiones indirectas: purgas de tanques, puntos de muestreo, etc...
Emisiones en el transcurso de las operaciones.
MÉTODOS DE DEPURACIÓN INTRÍNSECOS: El objetivo de estos métodos es evitar la formación de contaminantes, que es la alternativa más económica para poder reducir las emisiones ( "siempre es mejor prevenir que curar")Podemos recurrir para este fina a dos tipos de medidas. 1. Modificación en los equipos, procesos y procedimientos. 2. Cambio en las materias primas utilizadas.
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA CONTROL: Trata de establecer las características del efluente gaseoso que determinarán el sistema de control, es decir, el equipo de depuración así como las condiciones de emisión. Se precisa conocer los datos básicos necesarios del efluente gaseoso. MÉTODOS DE DEPURACIÓN ÍNTRINSECOS: Los métodos que se utilizan una vez que se ha producido el contaminante, tratan de evitar que el
contaminante pase a la atmósfera o bien, que se pase a ella pero dentro de unos límites. Se puede recurrir a dos tipos de medidas: 1. Modificaciones en los equipos, procesos y procedimientos. 2. Cambio en las materias primas empleadas.
EQUIPOS DE CONTROL DE CONTAMINACION ATMOSFERICA Equipo de control de contaminación atmosférica FabriPulse XLC
El FabriPulse XLC es un colector de mangas de alta eficiencia, con sistema de limpieza mediante pulsaciones de aire comprimido, apropiado para la limpieza de grandes caudales de gases generados en las plantas industriales, incluso a altas temperaturas, además de retener las partículas de polvo submicronicas, mediante su sistema de limpieza en línea y fuera de línea. Supera los requisitos ambientales más exigentes, ofrece grandes ventajas al tener un ahorro de espacio y reducir costos. Las instalaciones alrededor del mundo de APCS han demostrado las ventajas de funcionamiento, operación y mantenimiento del FabriPulse XLC. Equipos para el control de la contaminación atmosférica INTRODUCCIÓN Según la revista ( “ Ingeniería Química “. Depuración de Emisiones Atmosféricas Industriales) la protección del medio ambiente se ha basado tradicionalmente en la adopción de medidas correctoras cuando el daño ya se había producido. Hoy en día, se está generalizando el concepto de prevención, a través de medidas que se anticipen en lo posible a la aparición del problema. Los focos industriales emiten productos contaminantes a la atmósfera, cuyas características dependen fundamentalmente de las calidades de los combustibles y materias primas empleadas, del tipo de proceso y de la tecnología que se utiliza. Los principales focos industriales de emisión de contaminantes a la atmósfera son las chimeneas de las instalaciones de combustión para la generación de energía eléctrica y calor industrial, y de los procesos industriales propiamente dichos. Los sectores industriales con un potencial contaminante mayor son: las industrias energéticas, paraquímicas, del papel y alimentarias así como la siderurgia, metalurgia no férrea y las industrias químicas inorgánicas y orgánicas. Las centrales termoeléctricas ocupan un lugar preponderante como fuentes de contaminación atmosférica de origen industrial, tanto por el volumen como la variedad de los contaminantes que emiten. En España este sector contribuye al 73 % de las emisiones nacionales de SO2, al 68‟5 % de las de NOx y al 31 % de las partículas. Los principales contaminantes emitidos a la atmósfera son: óxidos de azufre, nitrógeno y carbono, partículas, metales traza, hidrocarburos y compuestos de cloro y flúor.
Acciones Preventivas:
Son medidas de carácter preventivo, por ejemplo, las evaluaciones de impacto ambiental, la utilización de tecnologías de baja emisión de residuos y una planificación más eficiente del uso de la energía. Las evaluaciones del impacto ambiental tienen como objeto prever las alteraciones que sobre el medio ambiente va a provocar la realización de determinadas acciones, planes y proyectos, con el fin de adoptar medidas correctoras que mitiguen los impactos antes de que éstos se produzcan. Las tecnologías de baja y nula emisión de residuos se basan en el desarrollo de procesos que tratan de evitar la contaminación en su mismo origen.
Acciones Correctoras: Cuando las medidas preventivas no se pueden llevar a cabo o su aplicación no es posible desde el punto de vista económico se recurre, para limitar la descarga de contaminantes a la atmósfera, a acciones correctivas que pueden ser de dos tipos:
1. Concentrar y retener los contaminantes con equipos adecuados de depuración que producen residuos sólidos o líquidos que contaminarán los suelos y el agua si no se planifica un tratamiento adecuado de estos residuos y, además, con el inconveniente de que estos equipos depuradores consumen recursos naturales y energía. 2. Expulsar los contaminantes por medio de chimeneas suficientemente altas para que la dilución evite concentraciones elevadas a nivel del suelo. Este procedimiento, si bien atenúa los problemas de contaminación desde el punto de vista local, puede producir problemas en lugares alejados de las fuentes de emisión (lluvias ácidas). Para conseguir grados de protección ambiental adecuados a costes razonables, el sistema de depuración será, por lo general, una combinación de tales medidas. En cualquier caso, es necesario, tener en cuenta a la hora de abordar el problema de control de contaminantes dos aspectos principales: los condicionamientos ambientales y las consideraciones económicas. Los efluentes industriales de carácter atmosférico suelen contener, por lo general, una mezcla de sustancias sólidas, líquidas y gaseosas, hecho que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar el sistema de depuración, que deberá estructurarse a partir de una secuencia lógica de separación de estos tres tipos de efluentes. Fuente: Revista: “ Ingeniería Química “. Depuración de Emisiones Atmosféricas Industriales. Podemos diferenciar distintos tipos de quipos, dependiendo del tipo de contaminación a tratar:
EQUIPOS PARA GASES
EQUIPOS PARA PARTÍCULAS
COMBUSTIÓN EN LECHO FLUIDO A PRESIÓN.
DEPURACIÓN DE LOS GASES DE CHIMENEA
TIPOS DE EQUIPOS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN POR GASES De acuerdo con los coordinadores Ernesto Martínez Ataz y Yolanda Díaz De Mera Morales de la universidad de castilla la mancha: Una posible clasificación de este tipo de equipos puede hacerse de acuerdo al mecanismo físicoquímico implicado en la retención del compuesto gaseoso. Así pues distinguiríamos: 1. Equipos de absorción: Columnas de relleno y la absorción con reacción química, siendo ésta última la más empleada por presentar mayores velocidades de absorción. Basan su funcionamiento en el hecho de que los gases residuales están compuestos de mezclas de sustancias en fase gaseosa, algunas de las cuales son solubles en fase líquida. En el proceso de absorción de un gas, el efluente gaseoso que contiene el contaminante a eliminar se pone en contacto con un líquido en el que el contaminante se disuelve. La eliminacion del gas contaminante se hace en tres etapas:1.Difusión del contaminante hasta la superficie del líquido.2.Transferencia a través de la interfase gas-líquido(disolución).3.Difusión del gas disuelto alejándose de la interfase hacia el líquido.La transferencia de materia se realiza por el contacto del gas con el líquido en lavadores húmedos o en sistemas de absorción en seco. 2. Equipos de adsorción: se utilizan fundamentalmente dos torres, que se colocan en paralelo y funcionan alternativamente de manera que una actúa como equipo de adsorción hasta que su actividad decrece y la otra se encuentra en la etapa de sustitución o regeneración que se consigue mediante arrastre de los contaminantes retenidos por una corriente gaseosa, posteriormente se separarán por condensación del agua. Los adsorbentes más utilizados son: carbón activo, alúmina, bauxita, gel de sílice y recientemente zeolitas. En los procesos de adsorción los gases, vapores y líquidos se retienen sobre una superficie sólida como consecuencia de reacciones químicas y/o fuerzas superficiales. Se produce una difusión desde la masa gaseosa hasta la superficie externa del sólido y de las moléculas del gas dentro de los poros de sólido seguida de la adsorción propiamente dicha de las moléculas del gas en la superficie del sólido. Los sólidos más adecuados para la adsorción son los que presentan grandes relaciones superficie / volumen, es decir, aquellos que tienen una elevada porosidad y área superficial para facilitar el contacto sólido-gas. Periódicamente, es necesaria la sustitución o regeneración del adsorbente para que su actividad no descienda de determinados niveles. 3. Equipos de combustión: La combustión constituye un proceso apropiado par la eliminación de compuestos orgánicos transformándolos en dióxido de carbono y vapor de agua y también es válido para determinadas sustancias inorgánicas, aunque son muy variados se pueden distinguir: a) combustión por antorchas, que requiere un diseño con suficientes precauciones debido al peligro de un mal funcionamiento. Este método es aconsejable cuando las concentraciones de los contaminantes están dentro de los límites de inflamabilidad y sobre todo cuando el caudal de gas está sometido a grandes variaciones b) convertidores catalíticos y hornos, cuando las concentraciones de contaminantes son más bajas. Los hornos son aconsejables cuando hay unos porcentajes elevados de productos no combustibles. Con el fin de realizar la combustión a temperaturas más bajas, suele utilizarse la combustión en presencia de un catalizador, por lo general un metal de transición depositado en una matriz de alúmina. Este tipo de combustión suele emplearse en la eliminación de trazas de compuestos que contienen fenoles, formaldehído, azufre, etc. Un problema que presenta la combustión catalítica es la del envenenamiento del catalizador por algunas sustancias en forma de partículas. En la elección de un equipo de combustión además de los factores mencionados y de los económicos los más importantes son los de seguridad.
4. Equipos de reducción catalítica: resultan más aconsejables que los de combustión cuando los contaminantes se encuentran ene un estado elevado de oxidación. En definitiva son reactores catalíticos en los que al pasar la corriente gaseosa tiene lugar la reacción de reducción que elimine a los contaminantes. Actualmente se utilizan para la eliminación de monóxido de carbono (NO), empleando como elemento reductor H2, CH4, etc. y como catalizador metales nobles, principalmente Pt y Pd, en soportes de tipo cerámico. Fte: Apuntes de clase. 5. Condensadores: en la condensación uno o más componentes volátiles de una mezcla de gases se separa del resto por saturación seguida de cambio de fase. El cambio de fase gas-liquido puede conseguirse de dos maneras: a) aumentando la presión del sistema a una temperatura dada, o b) bajando la temperatura a presión constante. En sistemas de dos componentes en los que uno no es condensable (aire), la condensación se produce en el punto de rocío (saturación) cuando la presión parcial del compuesto volátil es igual a su presión de vapor. Cuanto más volátil es un compuesto (punto de ebullición más bajo), mayor cantidad puede mantenerse como vapor a una temperatura dada y más baja será la temperatura requerida para saturación (condensación). Suele emplearse refrigeración para obtener las bajas temperaturas requeridas para conseguir eficacias de separación aceptables.
6. Procesos biológicos-olores: estos procesos se basan en que diversos microorganismos pueden romper compuestos orgánicos de alto peso molecular , como carbohidratos, grasas y proteínas en sus componentes básicos que los microorganismos utilizan para formar su propia biomasa. Diversos compuestos gaseosos inorgánicos (amoníaco, sulfuro de hidrógeno) también pueden ser utilizados por microorganismos como fuente de energía o de nutrientes. El carbono necesario para el crecimiento puede obtenerse del dióxido de carbono atmosférico. En los procesos biológicos de depuración de gases residuales, se degradan biológicamente los compuestos peligrosos y malolientes, después de que hayan sido sorbidos sobre sólidos o líquidos en el equipo de depuración biológica. Los equipos utilizados pueden clasificarse atendiendo al proceso utilizado para la conversión o reacción en: 1. Biofiltros conteniendo materiales orgánicos e inertes. 2. Biolavadores conteniendo microorganismos fijos o en suspensión. Las condiciones existentes en el medio deben optimizarse para favorecer el crecimiento de los microorganismos, afectado por los siguientes factores: - Demanda de oxígeno, de agua, de nutrientes, por la tempuratura y el pH. Fuente: Contaminación Atmosférica. Coordinadores Ernesto Martínez Ataz y Yolanda Díaz De Mera Morales. Colección Ciencia y Técnica. Ediciones de la Universidad de Castilla La Mancha
TIPOS DE EQUIPOS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN POR PARTÍCULAS Consideraciones básicas ante el control de la contaminación atmosférica El control de la emisión de contaminantes a la atmósfera es uno de los objetivos principales para alcanzar niveles adecuados de calidad ambiental. En estos momentos, la legislación de todos los países desarrollados fija límites para la emisión de aquellos contaminantes con una mayor incidencia. No obstante, se trata de unas normas en continua revisión, no sólo en cuanto a los valores de los límites de emisión sino también en cuanto a la consideración de nuevos
contaminantes. El control de las fuentes de emisión requiere un conocimiento exhaustivo de la naturaleza del contaminante, de las características de la fuente y de la normativa. La estrategia de control de las emisiones atmosféricas de un proceso industrial se puede abordar, siguiendo los principios de la gestión medioambiental, tomando, en orden de prioridad decreciente, las siguientes medidas: 1. Efectuar cambios en el proceso con el fin de prevenir la contaminación o de minimizar su impacto. Los cambios en el proceso pueden incluir modificaciones de las unidades de proceso, cambio en las materias primas, incluyendo el combustible, y cambios en las condiciones de operación. 2. Depurar los efluentes gaseosos. 3. Dispersar las emisiones. Según Ciencia y tecnología del medio ambiente (Antonio Eduardo Palomares Gimeno, María Teresa Montañés Sanjuán y José Antonio Mendoza Roca) : Los sistemas de separación se pueden clasificar en dos grandes grupos, según el mecanismo de funcionamiento: por vía seca o por vía húmeda. De los equipos por vía seca los más habituales son las cámaras de sedimentación, ciclones, filtros de mangas y precipitadores electrostáticos. En cuanto a los sistemas vía húmeda cabe destacar los lavadores venturi. Para la elección del sistema de depuración más adecuado el factor más importante es el tamaño de las partículas a depurar. El tamaño de la partícula viene, en gran medida, cond icionado por la naturaleza de la partícula y por el proceso en el que se genera. Desde el punto de vista de la contaminación atmosférica, las partículas de interés son las denominadas partículas torácicas, aquellas con un diámetro inferior o igual a 10 μm (PM10), para las cuales existe legislación referente tanto a límites de emisión como de inmisión. No obstante, las tendencias legislativas van encaminadas a incluir valores límite para las PM2.5 (diámetro inferior o igual a 2.5 μm), especialmente dañinas para la salud. Otros factores a considerar en la elección de un dispositivo de control de partículas son - la eficiencia requerida de captura, - el caudal de gas contaminado, - las características y propiedades del gas, - la concentración de partículas en el gas, - coste de la instalación, costes de la operación y mantenimiento... A continuación se discute cada uno de estos dispositivos de control de partículas. A.- Cám aras d e sed im en tac ión
El objetivo de este equipo es la eliminación de partículas sólidas. Su mecanismo consiste en la eliminación de partículas aprovechando la fuerza de la gravedad y el efecto de la variación del movimiento. Se aplica en el pretratamiento de corrientes gaseosas y en la eliminación de partículas de Φ >40 micrometros , y el producto resultante es por un lado corriente sin partículas y por otro partículas sólidas. Una cámara de sedimentación consiste en una sección alargada colocada en el sistema de escape de los gases. Conforme la sección aumenta, el gas sufre una desaceleración, lo que permite que las partículas más gruesas que contenga este gas sedimenten. Generalmente, la velocidad de las cámaras es de menos de 3 m/s y como habiamos dicho anteriormente, elimina partículas con un tamaño aproximado a 40-50 micrómetros. La eficacia se puede mejorar usando plataformas horizontales o baldas, o también se puede aumentar la relación ancho-profundidad para reducir las distancias necesarias para facilitar el proceso de sedimentación.
Para finalizar, y deshacernos de las partículas resultantes, podemos hacerlo utilizando raspadores o cintas de transporte.
-->Ventajas:
Bajo coste de construcción, operación y mto.
Bajas pérdidas de carga
Limitaciones de P y Tªèimpuestas por la cámara
Partículas recogidas en bandeja
Recoleccion y disposición en seco.
Excelente funcionamiento. -->Inconvenientes:
Se requiere un gran volumen.
Bajo rendimiento para pequeñas partículas.
No puede manejar materiales pegajosos o agluntinantes. Dispositivos: Decantador gravitatorio simple, decantador gravitatorio con bandejas, decantador gravitatorio multietapa y decantador con variación en la cantidad de movimiento En la práctica, suele usarse las cámaras de sedimentación para eliminar las partículas más grandes, y que los procesos que se le de posteriormente a los gases a tratar no se vean perjudicados por la existencia de estas. B.- Dispo sitivo s inerciales
El objetivo es la eliminación de partículas sólidas. El mecanismo es que inducen un movimiento circular al aire de forma que la Fc desvía de su trayectoria a las partículas más pesadas. El perfil de velocidades se asemeja a un vórtice libre. Se aplica en partículas de entre 0‟1 y 1000 micras
Dispositivos:tangencial/axial y Ciclones de alto rendimiento. En el separador inercial el flujo de aire se hace pasar a través de una cámara con obstáculos, la partícula choca con estos provocando su coalescencia, al aumentar el diámetro de la partícula caen al fondo de la cámara. Su diseño es complejo y provoca una gran caída de presión, pero potencia el efecto gravitatorio separando partículas de hasta 10 micras. En el separador centrífugo (ciclón), la fuerza de gravedad se sustituye por otra más importante en magnitud: la fuerza centrífuga. La corriente gaseosa, cargada de partículas, se introduce tangencialmente en el equipo. A lo largo del ciclón, el movimiento se produce de forma espiral. Al llegar al fondo, el ciclón se estrecha, provocando una variación en el giro del gas y su ascensión. Las partículas, debido a su inercia, tienden a moverse hacia la periferia del equipo, alejándose del gas y recogiéndose en un colector situado en su base. Es un proceso continuo, de bajo coste, y que permite obtener un producto seco. Su eficacia es nula para partículas de diámetro inferior a 5 micras. (fuente: Manual para la información en medio ambiente. Bureau Veritas Formación. Editorial Lex Nova, S.A. Valladolid 2008.)
-->Ventajas
Bajos costos de capital
Falta de partes móviles, por tanto, pocos requerimientos de mantenimiento y bajos costos de operación
Caída de presión relativamente baja
Las limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente de los materias de construcción
Colección y disposición en seco
Requisitos espaciales relativamente pequeños -->Inconvenientes
Eficacias bajas particularmente para partículas < m a 10
Las unidades de alta eficacia pueden tener caídas de presión altas C.- Lav ado res d e part ícu las Ven tur i
Los lavadores Venturi usan un flujo líquido para eliminar las partículas sólidas del gas. El objetivo es la eliminación de partículas sólidas de menor tamaño y la eliminación de partículas gaseosas. Su mecanismo consiste en poner en contacto la corriente de gas con el líquido. El mecanismo de captación predominante es el impacto inercial y la difusión debida al movimiento browniano. Se aplica en partículas de entre 0‟001 y 20 micras. En resumen, se trata de proceso en el que las partículas de polvo son transferidas desde la corriente gaseosa al líquido. El proceso se puede simplemente describir según el esquema siguiente: a) movimiento del gas + partículas b) las partículas se aproximan a la gota c) las partículas pueden chocar y acumularse en su superficie o penetrar en el interior de la gota Normalmente un lavador Venturi se aplica en el control de problemas de contaminación donde se requieren elevadas eficiencias para partículas de diámetro menor de 2 micras.
-->Ventajas:
Separación de partículas-gases
Requiere poco espacio
Bajo coste de implantación
Depura corrientes de elevada Tª y H
No es fuente de polvos secundarios
Capacidad para conseguir elevadas eficiencias con partículas de pequeño tamaño -->Inconvenientes:
Depuración del agua
La corriente gaseosa tiene un elevado grado de humedad
Mayores pérdidas de carga
Problemas de corrosión
Elevados costes de mantenimiento
Necesidades energéticas elevadas Dispositivos: Torres pulverizadoras o de espray, lavadores con lecho de contacto y lavadores venturi. Entre los más empleados destaca el Bioscrubber, el cual está formado por: - Scrubber: El gas contaminado fluye en contracorriente de la fase acuosa alimentada, en donde se origina una eliminación de los contaminantes y del O2 de la fase gas a la fase acuosa por absorción. El tiempo de contacto es corto. - Biorreactor: La fase acuosa enriquecida en contaminantes y O2 se pasa a un biorreactor donde se produce la descontaminación biológica. - Tanque de sedimentación: Sirve para separar biomasa del efluyente líquido limpio. D.- Filtración
El sistema de filtros consiste en hacer pasar una corriente de gases cargados con partículas de polvo a través de un medio poroso donde queda atrapado el polvo. El filtro de mangas ha sido uno de los más utilizados durante los últimos años, ya que pueden tratar grandes volúmenes de gases con altas concentraciones de polvo. Con este tipo de equipos pueden conseguirse rendimientos mayores del 99%, independientemente de las características de gas, haciendo posible la separación de partículas de un tamaño del orden de 0.01 micras. Conforme pasa el gas, la capa de polvo depositado sobre el material filtrante, que colabora en el proceso de interceptación y retención de partículas de polvo, se va haciendo mayor, aumentando la resistencia al flujo y la pérdida de carga, lo que obliga a disponer de mecanismos para la limpieza automática y periódica del filtro. Hoy en día, el filtro cerámico ha adquirido una mayor importancia en los procesos de depuración de gases. La eficacia filtrante de este tipo de filtros es muy cercana al 100%, excepto si las partículas son de tamaño submicrónico en su mayor parte, o el tamaño del gránulo o fibra que forman el filtro cerámico es grande. El objetivo es la eliminación de partículas, y su mecanismo es de dos tipos: 1. Mecanismos de captación: Impacto y Tamizado 2. Colmatación: aumento de la DH y ligero aumento del rendimiento Se aplica para eliminar partículas de entre 0‟01 y 100 micras Hay varios criterios para la elección del filtro a usar: -Temperatura del gas -Características físicas y químicas de las partículas -Composición química del gas Dispositivos: Dependiendo del filtro:Filtros monocapa y filtros multicapa. Dependiendo de la del gas:Alimentación inferior, alimentación superior y alimentación exterior.
-->Ventajas
Elevada eficiencia de retención para todo tipo de partículas
Relativamente insensibles a fluctuaciones de la corriente de gas
El material se recupera seco para usos posteriores o eliminación final
La corrosión de los componentes no es un problema importante
Operación relativamente sencilla
Los filtros están disponibles en un gran número de configuraciones, dimensiones, etc. para cumplir los requisitos de cualquier instalación -->Inconvenientes
Temperaturas superiores a 290 ºC requiere filtros metálicos o minerales refractarios que se encuentran en fase de desarrollo o son muy caros
Necesidad de mantenimiento (cambio de las mangas, limpieza, etc.)
La vida de los filtros puede ser corta
Alta pérdida de carga Corriente de gas húmeda puede causar tortas perjudiciales o tapones del filtro. E.-
Precipitad or es
elec tro estático s
El objetivo es eliminar partículas, y su mecanismo se basa en hacer pasar la corriente contaminante entre dos placas con una elevada diferencia de potencial (30-100 kV). El precipitador electroestático se suele construir alternando placas y alambres. Se establece una diferencia de potencial de corriente directa (de 30 a 75 kV) entre las placas y los alambres, lo que causa la creación de un campo iónico entre ellos. Cuando el gas cargado de partículas pasa entre el alambre y la placa, los iones se fijan a las partículas y les confieren una carga negativa. Entonces las partículas migran hacia la placa con carga positiva, donde se adhieren. Las placas de agitan en intervalos frecuentes, y las partículas aglomeradas en la lámina caen en una tolva. El proceso de precipitación consta de tres etapas fundamentales: 1. Carga electrostática de las partículas 2. Recolección de partículas sobre las placas del precipitador 3. Evacuación del material recolectado. Los precipitadores electrostáticos están especialmente indicados en los casos que requieran una elevada eficacia de tratamiento de grandes caudales de gases con partículas pequeñas en su seno y con temperaturas elevadas (hasta 700 ºC). La pérdida de carga de la corriente gaseosa es muy pequeña en comparación con la de otros equipos, situándose en torno a 2-12 mm de columna de agua. Por el contrario, los costes de inversión son elevados y la operación es compleja. Estos son los equipos que se utilizan, hoy en día, en centrales térmicas de carbón y en cementeras. También tiene una aplicación extendida en la industria química en general.
Fuente: Ciencia y tecnología del medio ambiente (Antonio Eduardo Palomares Gimeno, María Teresa Montañés Sanjuán y José Antonio Mendoza Roca) Ingeniería y ciencias ambientales (Davis Masten). Fuente: Apuntes de la asignatura de Contaminación Atmosférica de la Universidad de Granada. Control de la Emisión de Partículas.
COMBUSTIÓN
EN
LECHO
FLUIDO
A
PRESIÓN
Según Vicente Perall I.I. Centro de I+D. Babcock & Wilcox Española, S.A.en su artículo de la revista Ingenieria Quimica de mayo 1996 "el 90% de las centrales térmicas o más españolas utilizan carbón como combustible, con las consecuencias que eso conlleva. Sin embargo en la actualidad se intenta compaginar el uso del carbón con el medio ambiente, mediante la promoción de tecnologías de uso
limpio
del
carbón.
Una de estas tecnologías, es la combustión en lecho fluido a presión, y más en concreto la modalidad de lecho burbujeante, ya que las demás aún estan siendo estudiadas. Este método esta siendo aplicado en la central térmica de Escatron, Zaragoza, la cual pertenece a E.N.D.E.S.A. Se ha conseguido un aumento en el rendimiento del proceso de producción de energía eléctrica en un 12-14%, gracias a la expansión de los gases de combustión en una turbina de gas que se integra en un ciclo combinado con una turbina de vapor que se mueve con el vapor generado. La combustión se realiza a una presión de 12 Bar.
Ventajas: Reducción de emisiones SO2 provenientes del combustible utilizado, permitiendo quemar combustibles con altas proporciones de azufre y no sobre pasar los límites impuestos por la legislación, sin necesidad de utilizar equipos de reducción adicionales. Las bajas temperaturas necesarias para el proceso (860 ºC) permiten abaratar el proceso al permitir añadir al lecho materiales de bajo costo como calizas, y que además retengan azufre. De esto sacamos otra ventaja, ya que se prescinde del lavado posterior de gas, lo que conllevaba más equipos, pérdidas de rendimiento, y más coste en la generación. La baja temperatura utilizada además contribuye a la disminución de la formación de NOx, pero el efecto es mínimo. Aumento del rendimiento del proceso. Aumento del tiempo de residencía, debido al aumento de la densidad del gas, la disminución de la velocidad de fluidificación y el aumento en la profundidad del lecho. Esta ventaja implica además el que se absorba mayor cantidad de SO2 La
mayor
densidad
del
gas
reduce
el
tamaño
de
la
caldera.
Es posible variar el diseño de las plantas térmicas al variar factores como la velocidad de fluidificación, variar el flujo de gas del compresor de la turbina eliminando o añadiendo capas al mismo,y entre otros, el tamaño de los bancos de tubos de la caldera." Fuente: Revista INGENIERIA QUIMICA - MAYO 1996 Articulo: “Combustión limpia y eficiente desarrollo de la combustión en lecho fluido a presión en España”, Vicente Perall I.I. Centro de I+D. Babcock & Wilcox Española, S.A.
DEPURACION
DE
LOS
GASES
DE
CHIMENEA
Según la revista Ingieneria quimica y su artículo: “ INGENIERIA QUIMICA “: ABRIL 1995: “ DEPURACION DE EMISIONES ATMOSFERICAS INDUSTIALES”/MAYO 1996: “ DESULFURACION DE GASES DE COMBUSTION”/*FEBRERO 1998: “ LOS FILTROS CERÁMICOS EN LA LIMPIEZA DE GASES CALIENTES CONTAMINADOS”/MARZO 1995: “REDUCCION CATALITICA SELECTIVA DE LOS NO.X CON AMONIACO “ . La producción de energía eléctrica por combustión a altas temperaturas de combustibles fósiles, utilizando aire como comburente, produce gases que contienen óxidos de nitrógeno (NO y NO2 ,
llamados NOx ) y óxidos de azufre (SO2 ). Estos gases, emitidos a la atmósfera, pueden ocasionar daños al ecosistema y son muy agresivos por su carácter ácido, por ello es necesario controlar las emisiones de estos gases a partir de una serie de tratamiento para la eliminación tanto de los NOx , como del SO2.
Desulfuración de gases de combustión. La legislación medioambiental ha endurecido los límites de emisión de SO2 de las grandes instalaciones de combustión en la Unión Europea, lo que afecta sobre todo a las centrales térmicas. Por ello, la elección de la tecnología de desulfuración de los gases de combustión es de la máxima importancia en una central térmica. - Un tipo de proceso de desulfuración de los gases de chimenea es la tecnología de la caliza húmeda, en el que se convierte el SO2 de los gases de chimenea en yeso. Se consigue un alto grado de desulfuración. - Otra nueva tecnología sería un proceso biológico de desulfuración de gas de chimenea, mediante el cual al final del proceso, el SO2 de los gases de chimenea se convierten en azufre puro. Se consiguen rendimientos de hasta un 98%.
Reducción catalítica de los NOX con NH3. La creciente contaminación por los NOx (NO y NO2) ha decidido a las naciones más avanzadas industrialmente a limitar las emisiones por focos emisores fijos. Para el control de las emisiones de NOx se utilizan técnicas que pueden agruparse en dos tipos principales: - Técnicas de control de la combustión, denominadas “primarias” por las que se actúa sobre el quemador o sobre la cámara de combustión, para reducir la formación de NOx en caldera. - Técnicas de tratamiento de los gases de combustión o también denominadas “secundarias” que, a su vez, pueden efectuarse en húmedo o en seco. Entre las técnicas de tratamiento en seco de los gases de combustión, la más utilizada, por su elevada eficacia y selectividad, es la reducción catalítica selectiva (SCR) de los NOx, utilizando como agente reductor amoníaco, en presencia de un catalizador apropiado. Este método se basa en reducir los NOx mediante la obtención de nitrógeno y agua como productos finales. Configuración del proceso. El reactor catalítico se coloca detrás del economizador, porque permite aprovechar el hecho de que los gases de combustión abandonan el economizador a una temperatura cercana a la de funcionamiento óptimo de los catalizadores comerciales (300º 400ºC). Además, el abatimiento de las partículas se efectúa en frío mediante precipitadores electrostáticos situados después del precalentador del aire de combustión. En consecuencia, para evitar obstrucciones por las cenizas y minimizar la erosión, deberán utilizarse catalizadores que presenten una apertura de canal suficientemente grande y disponer del flujo en forma vertical descendente. Por otra parte, para evitar la formación de depósitos de sulfato de amonio en las partes frías del reactor, el amoníaco sin reaccionar debe quedar en un nivel bajo y la oxidación de SO2 a SO3 debe ser mínima. Catalizadores. En los procesos de NOx-SCR se utilizan diversos tipos de catalizadores que difieren en su composición química. Uno de los más empleados es el catalizador a base de óxidos metálicos, debido a que presentan una mayor resistencia al envenenamiento por azufre.
