BR112012001060A2 - processo e um aparelho para retirada de nox gases de combustão. - Google Patents
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Abstract
PROCESSO E APARELHO PARA REMOÇÃO DE ÓXIDO DE NITROGÊNIO DE GASES DE EXAUSTÃO.
A invenção se relaciona a um processo e a um aparelho para remoção de óxido de nitrogênio de gases de exaustão (A) compreendendo monóxido de carbono (CO) e/ou substâncias orgânicas gasosas com pelo menos um catalisador (6) para a redução catalítica do óxido de nitrogênio NOx e um trocador de calor (11) para aquecimento dos gases de exaustão (A) da recuperação do calor residual dos gases de exaustão (A) removidos de óxido de nitrogênio antes da redução catalítica a uma temperatura de reação (TR) de 160ºC a 500ºC. Para a melhor remoção de óxido de nitrogênio possível dos gases de exaustão (A) com minimização simultânea da energia externamente fornecida necessária, é previsto que as perdas associadas com o movimento de calor no tocador de calor (11) serão compensadas pelo fornecimento de pelo menos um estágio (12) para a pós-combustão regenerativa do monóxido de carbono (CO) e/ou das substâncias orgânicas gasosas.
Description
GASES DE EXAUSTÃO A invenção se relaciona a um processo para remover óxido de nitrogênio (denox) de gases de exaustão compreendendo monóxido de carbono — e/ou substâncias orgânicas gasosas pela redução catalítica seletiva de óxidos de nitrogênio, em que os gases de exaustão, antes da redução catalítica, são aquecidos a uma temperatura de reação de 160ºC a 500ºC, por meio de troca de calor do calor residual recuperado dos gases de exaustão removidos de óxido de nitrogênio.
Adicionalmente, a invenção se relaciona a um aparelho para remover óxido de nitrogênio de monóxido de carbono e/ou gases de exaustão compreendendo monóxido de carbono e/ou substâncias orgânicas gasosas com pelo menos um catalisador para a redução catalítica de óxidos de nitrogênio, e um trocador de calor para aquecimento de gases de exaustão da recuperação do calor residual de gases de exaustão removidos de óxido de nitrogênio antes da redução catalítica a uma temperatura de reação de 160ºC e S00ºC, A presente invenção, em princípio, se relaciona à remoção de óxido de nitrogênio de quaisquer gases de exaustão compreendendo monóxido de carbono e/ou substâncias orgânicas gasosas, por exemplo, gases de exaustão desenvolvidos durante a fabricação de cimento clinquer, onde as matérias-primas necessárias à formação de cimento clinquer são aquecidas em fornos rotativos em temperaturas de 1350ºC até 1700ºC. As matérias-primas são normalmente pré-aquecidas em uma torre de pré-aquecimento compreendendo vários “ciclones sequencialmente arranjados, antes de alcançar o forno rotativo. Os gases de exaustão passam pelo processo de produção em uma contracorrente ao fluxo de material e se submetem ao tratamento de gás de exaustão uma vez que saíram do último estágio de aquecimento de ciclone. Durante a remoção de óxido de nitrogênio que forma parte do tratamento de gás de exaustão, a separação dos óxidos de nitrogênio NO, nos gases de exaustão em nitrogênio N, atmosférico neutro ambientalmente correto e água H,O em uma temperatura de operação ótima é conseguida através do uso de catalisadores assim chamados SCR (redução catalítica seletiva) aos quais amônia ou compostos liberadores de amônia, tais como água amônia ou uréia tenha sido adicionada. Seguindo o resfriamento ou recuperação de calor, se usado, os gases de exaustão finalmente alcançam um estágio de filtro onde são liberados da poeira antes de serem liberados na atmosfera. O estágio de filtro antes da liberação dos gases de exaustão na atmosfera pode, por exemplo, ser formado por filtros elétricos ou filtros de saco.
O teor de poeira relativamente alto nos gases brutos, particularmente durante a fabricação de cimento clinquer, resultam em catalisadores obstruídos muito rapidamente. A fim de aumentar a vida de serviço dos catalisadores, eles são frequentemente arranjados no lado do gás limpo, isto é, depois que a poeira tenha sido removida dos gases brutos. A desvantagem deste arranjo consiste em que os gases de exaustão devem ser aquecidos antes da redução catalítica à temperatura de reação necessária de normalmente 160ºC a 500ºC. Os gases de exaustão são frequentemente aquecidos por meio de um recuperador ou trocador de calor que extrai o calor dos gases de exaustão removidos de óxido de nitrogênio e o alimenta aos gases de exaustão antes da redução catalítica. As perdas resultando do deslocamento de calor na troca de calor tornam imperativo adicionalmente aquecer os gases de exaustão por meio de energia externa.
A AT 505 542 Bl descreve, por exemplo, uma instalação para limpeza de gases de exaustão durante a fabricação de cimento, em que os gases de exaustão são aquecidos usando pelo menos uma instalação de exaustão para a produção de eletricidade, por exemplo uma turbina de gás ou um motor de gás que é operado com gás natural.
A DE 197 05 663 Al descreve uma instalação para remover óxido de nitrogênio de gases de exaustão em que, entretanto, devido à temperatura já alta do gás de exaustão de aproximadamente 800ºC a 1000ºC, O aquecimento dos gases para a redução catalítica não é necessário.
É a exigência da invenção propor um processo e um aparelho do tipo mencionado acima através do qual o uso de energia externa pode ser minimizado ou evitado enquanto, ao mesmo tempo, conseguindo um alto grau de remoção de óxido de nitrogênio. As desvantagens dos processos ou aparelhos conhecidos devem ser reduzidas ou evitadas.
A exigência de acordo com a invenção com relação ao processo proposto é cumprida em que as perdas resultando do deslocamento de calor no trocador de calor são pelo menos parcialmente compensadas pela pós-combustão regenerativa do monóxido de carbono e/ou das substâncias orgânicas gasosas. A pós-combustão para a limpeza de gases de exaustão é conhecida. Por isto é compreendida a combustão de gases de exaustão para a redução de substâncias orgânicas.
Durante a pós-combustão térmica é normal alcançar temperaturas de combustão na faixa de aproximadamente 750 a 900ºC.
Combustíveis adicionais e ar de combustão podem ser adicionados se requerido.
A pós-combustão catalítica é caracterizada por um catalisador presente na câmara de combustão que acelera os processos de oxidação.
Isto exige temperaturas de combustão mais baixas de aproximadamente 300 a 500ºC.
Com a pós-combustão regenerativa é possível reduzir consideravelmente a quantidade de combustível adicionada ao aumentar a temperatura de gás de exaustão para quase a temperatura de exaustão por meio da troca de calor.
De acordo com a disposição de invenção é feita desse modo para queimar o monóxido de carbono e/ou as substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão fora em um processo de pós-combustão.
A energia gerada durante a pós-combustão é usada, de acordo com a invenção, para aumentar a temperatura dos gases de exaustão para a temperatura de reação catalítica.
Aparte da maneira de economizar energia em que os gases de exaustão são aquecidos para a redução catalítica, uma diminuição é também conseguida nos monóxidos de carbono e/ou substâncias gasosas contidas nos gases de exaustão.
A quantidade requerida de energia, por exemplo, sob forma de gás natural, pode ser consideravelmente diminuída pelo processo de acordo com a invenção ou em outras palavras, a adição de energia externa é necessária somente durante oO início.
O processo de acordo com a invenção pode ser realizado em uma quantidade relativamente pequena de gasto e o processo pode ser realizado em uma maneira custo eficaz.
Devido à pós-
Ss combustão regenerativa, os gases de exaustão não são somente removidos de óxido de nitrogênio, mas seu conteúdo de substâncias orgânicas gasosas é também reduzido. Devido a uma redução das substâncias orgânicas gasosas, em particular os assim chamados “compostos orgânicos voláteis” (VOCs), os odores dos gases de exaustão são reduzidos.
De acordo com uma variação do processo de acordo com a disposição da invenção, ela é feita para que Os gases de exaustão sejam direcionados na direção alternada através de pelo menos dois canais com vários módulos de armazenamento de calor sequencialmente arranjados e um espaço entre eles para a pós-combustão regenerativa e para a redução catalítica dos óxidos de nitrogênio a ser realizada nos catalisadores arranjados entre os módulos de armazenamento de calor. Com esta variação do processo de remoção de óxido de nitrogênio de acordo com a invenção os módulos de armazenamento de calor e os catalisadores são combinados em canais com o calor requerido para a redução catalítica sendo extraído dos gases de exaustão devido à direção alternada dos gases de exaustão. Devido à pós-combustão regenerativa do monóxido de carbono e/ou das substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão o processo pode ser conduzido autotermicamente, isto é, sem um abastecimento de energia externo conseguindo assim alta eficiência.
Para o início e/ou para manutenção da temperatura de operação para remover óxido de nitrogênio dos gases de exaustão, a energia de aquecimento externa pode ser introduzida. Esta energia de aquecimento externa pode, por exemplo, ser gerada pela queima de fontes de energia externas, tais como gás natural ou óleo.
| 6 Para aumentar a energia que é alcançada durante a pós- combustão regenerativa de substâncias combustíveis, tais como o gás natural ou o óleo pode ser introduzido nos gases de exaustão antes da pós-combustão regenerativa.
O monóxido de carbono ou o conteúdo de substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão pode especificamente ser aumentado com o auxílio de medidas de técnica de controle. Durante a fabricação de cimento, por exemplo, reduzindo a quantidade de ar fornecida ao forno rotativo conduzirá a um aumento no teor de monóxido de carbono, desse modo melhorando a recuperação de energia através da pós-combustão regenerativa.
Vantajosamente os gases de exaustão são removidos de óxido de nitrogênio a pelo menos 60%.
A exigência da invenção é também cumprida por um aparelho acima mencionado para remover o monóxido de carbono e/ou gases de exaustão contendo as substâncias orgânicas gasosas, em que, por exemplo, a fim de compensar as perdas de deslocamento de calor no trocador de calor pelo menos um estágio é fornecido para a pós-combustão regenerativa do monóxido de carbono ou das substâncias orgânicas gasosas. As vantagens do aparelho de acordo com à invenção podem ser deduzidas das vantagens acima mencionadas do processo de remoção de óxido de nitrogênio.
Com uma variação do aparelho de remoção de óxido de nitrogênio de acordo com a invenção pelo menos um estágio de pós-combustão é formado por pelo menos dois canais com diversos módulos de armazenamento de calor sequencialmente arranjados e um espaço arranjado entre eles para a pós- combustão regenerativa, em que os gases de exaustão são direcionados através dos canais na direção alternada, em que pelo menos um catalisador por canal é arranjado entre os módulos de armazenamento de calor para a redução catalítica dos óxidos de nitrogênio.
> Os módulos de armazenamento de calor são formados preferivelmente de corpos em formato de favo de mel cerâmicos.
Com uma modalidade alternativa pelo menos um estágio de pós-combustão é arranjado a jusante de pelo menos um trocador de calor e a montante de pelo menos um catalisador. Assim quaisquer perdas do deslocamento de calor no trocador de calor são compensadas pelo estágio de pós-combustão desse modo alcançando as temperaturas de reação desejadas de 160ºC a 500ºC para a redução catalítica dos gases de exaustão.
De acordo com uma característica adicional da invenção, um dispositivo é dado para fornecer energia de calor externa para iniciar e/ou para manter a temperatura de operação de remoção de óxido de nitrogênio dos gases de exaustão. Como já mencionado acima a energia de aquecimento externa pode ser produzida pela queima de fontes de energia externas, tais como gás natural ou óleo.
A fim de melhorar a pós-combustão uma linha pode ser fornecida para adicionar substâncias combustíveis, por exemplo, gás natural ou óleo.
Através de meios para especificamente aumentar O monóxido de carbono e/ou o teor de substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão é possível aumentar o rendimento de energia a partir da pós-combustão regenerativa. Como já mencionado acima, estes meios para especificamente aumentar o monóxido de carbono e/ou o teor de substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão podem ser formados, por exemplo, por um regulador de pressão para redução da entrada de ar em um forno em que os gases de exaustão são gerados. Devido a estas condições de exaustão degradadas no forno é possível aumentar o monóxido de carbono e/ou o teor de substâncias orgânicas gasosas com menor esforço técnico.
A presente invenção será agora explicada em detalhe com referência aos desenhos incluídos, em que: A fig. 1 mostra uma representação esquemática da instalação para a fabricação de cimento clinquer de acordo com o estado da técnica; A fig. 2 mostra uma representação esquemática de uma modalidade de um aparelho de remoção de óxido de nitrogênio de acordo com a presente invenção; e A fig. 3 mostra uma modalidade adicional de um aparelho de remoção de óxido de nitrogênio de acordo com a presente invenção.
A fig. 1 mostra uma vista esquemática de um aparelho para a fabricação de cimento clinquer de acordo com o estado da técnica. O aparelho para a fabricação de cimento clinquer compreende um forno, em particular um forno rotativo 1, em que as matérias-primas para a fabricação de cimento clinquer são queimadas. Normalmente as matérias- primas são pré-aquecidas em uma torre de pré-aquecimento 2 que pode consistir em uma pluralidade de ciclones 3 arranjados um acima do outro. Para tal finalidade as matérias-primas são alimentadas na torre de pré-aquecimento 2 através de um fornecimento de material 4. Trabalhando com o princípio de contracorrente a matéria-prima chega ao forno rotativo 1, em que os gases de exaustão A fluem contra o fluxo da matéria-prima através da torre de pré- aquecimento 2. A jusante da torre de pré-aquecimento 2 os gases brutos A contendo ambos óxido de nitrogênio e poeira alcançam um filtro 5 onde o teor de poeira nos gases brutos A é consequentemente reduzido.
Depois disso os gases brutos A alcançam um catalisador 6 em que devido à reação catalítica respectiva os óxidos de nitrogênio NO, são parcialmente convertidos em nitrogênio N;, e água HO.
Os gases brutos removidos de óxido de nitrogênio A podem ser direcionados, como necessário, através de um aparelho de resfriamento 7 a fim de baixar a temperatura dos gases de exaustão A a um nível que seja apropriado para um estágio de filtro 8 subsequente para remover a poeira dos gases de exaustão por um lado.
Por outro lado, tal aparelho de resfriamento 7 pode ser utilizado para recuperar o calor contido nos gases de exaustão A e para aquecer os gases de exaustão A antes deles alcançarem o catalisador 6. Após o estágio de filtro 8, que pode ser formado por filtros de tubo ou eletro filtros os gases de exaustão A removidos de óxido de nitrogênio e desempoeirados alcançam a atmosfera através de uma chaminé 9. Após oO catalisador 6 a matéria- prima queimada transportada junta com os gases de exaustão A alcança um moinho 10 onde é moída a um determinado tamanho antes de ser embalada.
Como já mencionado, normalmente não é possível através da recuperação de calor aquecer os gases de exaustão A a temperatura da reação exigida de preferivelmente 160ºC a 500ºC para a redução catalítica no catalisador 6. É
10 . consequentemente necessário, de acordo com o estado da técnica, compensar a perda de calor pela introdução de energia externa. Entretanto, o fornecimento de energia externa deverá ser evitado por causa do custo associado com Ss ele.
A fig. 2 mostra uma modalidade possível da invenção envolvendo a pós-combustão regenerativa do monóxido de carbono nos gases de exaustão A. Os gases de exaustão A, após a filtração usual (não mostrada), alcançam um trocador de calor 11, onde são aquecidos à temperatura de reação Tr do catalisador 6 de 160ºC a 500ºC. O trocador de calor 11 extrai a energia de aquecimento dos gases de exaustão no catalisador 6 e possivelmente após um estágio de filtro subsequente, desse modo trazendo os gases de exaustão A até a temperatura de reação TR, depois que entraram no catalisador 6. Normalmente, o aquecimento dos gases de exaustão à temperatura de reação exigida não é possível devido às perdas do deslocamento de calor no trocador de calor 11, e é necessário introduzir energia externa. Com a modalidade de acordo com a fig. 2 as perdas por deslocamento de calor no trocador de calor 11 são compensadas, pois o monóxido de carbono CO e/ou as substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão A sofrem pós-combustão. Para esta finalidade, um estágio 12 é fornecido entre o trocador de calor 11 e O catalisador 6 para a pós-combustão regenerativa do monóxido de carbono CO e/ou das substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão A. Além de controlar a quantidade de energia externa, durante a pós-combustão no estágio 12, o monóxido de carbono CO e/ou as substâncias orgânicas gasosas nos
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gases de exaustão são também reduzidas. Os óxidos de nitrogênio criados durante a pós-combustão no estágio 12 e os óxidos de nitrogênio NO, contidos nos gases de exaustão são finalmente dispostos no catalisador 6. Para o início e/ou para manutenção da temperatura de operação de remoção de óxido de nitrogênio dos gases de exaustão A, um dispositivo 13 para alimentação da energia externa, por exemplo, uma linha de gás natural, pode ser arranjada a montante do estágio de pós-combustão 12. Assim o aparelho de acordo com a invenção, devido ao abaixamento da quantidade de energia externa, não somente aumenta a eficiência, mas também reduz ambos os óxidos de nitrogênio NO, e oO elevado teor de monóxido de carbono CO e/ou substâncias orgânicas gasosas. Devido à queima de gases de exaustão não é necessário encaixar uma camada adicional de um assim chamado catalisador de oxidação. Um catalisador de oxidação assegura que o monóxido de carbono CO seja oxidado para formar dióxido de carbono CO,. Estes catalisadores especiais são muito caros devido à impregnação por meio de metais preciosos, tais como platina, paládio ou semelhantes e também muito suscetíveis ao envenenamento por meio de metais pesados. A fig. 3 mostra uma modalidade adicional do aparelho de remoção de óxido de nitrogênio de acordo com a invenção com uma combinação de armazenamento de calor e catalisador. Com esta modalidade os gases de exaustão A são direcionados na direção alterna através de dois canais 14 compreendendo diversos módulos de armazenamento de calor sequencialmente arranjados e um espaço 16 arranjado entre eles para a pós- combustão regenerativa do monóxido de carbono CO e/ou das substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão A.
Devido a direção de fluxo a energia térmica é extraída dos gases de exaustão A nos módulos de armazenamento de calor 15, a qual a energia de aquecimento é necessária a fim de trazer os gases de exaustão A até a temperatura de reação Tr, dos catalisadores 6. O combustível, tal como gás natural pode ser fornecido através de uma linha 17. As linhas 18 ou 18a são fornecidas para adicionar, após a reversão de fluxo, as substâncias necessárias para a redução catalítica nos catalisadores 6, preferivelmente amônia.
O controle da direção de fluxo alterna é efetuado pelos dispositivos de controle correspondentes (não mostrados). Os módulos de armazenamento de calor 15 podem ser formados por corpos cerâmicos em formato de favo de mel.
A variação de acordo com a fig. 3 exige catalisadores 6 com uma faixa de temperatura de reação Tr, mais larga, pois a temperatura não pode ser mantida constante devido à direção alterna dos gases de exaustão A.
Por isto um trocador de calor 11 extra não é necessário, ao invés é integrado em canais 14 por meio dos módulos de armazenamento de calor 15. A omissão do trocador de calor extra também significa entrada de aparelho reduzida.
Claims (18)
1. Processo para remoção de óxido de nitrogênio de monóxido de carbono (CO) e gases de exaustão (A) contendo substâncias “orgânicas gasosas por redução catalítica seletiva dos óxidos de nitrogênio (NOx), em que os gases de exaustão (A) são direcionados na direção alterna através de pelo menos dois canais (14) com diversos módulos de armazenamento de calor (15) sequencialmente arranjados, e a redução catalítica dos óxidos de nitrogênio (NOx) é realizada em catalisadores (6) arranjados entre os módulos de armazenamento de calor (15), e em que os gases de exaustão (A), antes da redução catalítica, são aquecidos pela troca de calor do calor residual recuperado dos gases de exaustão (A) removidos de óxido de nitrogênio a uma temperatura da reação (Tr) de 160ºC a 500ºC, caracterizado pelo fato de que as perdas por deslocamento de calor do trocador de calor são pelo menos parcialmente compensadas pela pós-combustão regenerativa do monóxido de carbono (CO) e das substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão (A) em um espaço (16) arranjado entre pelo menos dois canais (14).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a energia térmica externa é fornecida para o início e/ou manutenção da temperatura de operação de remoção de óxido de nitrogênio dos gases de exaustão (A).
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as substâncias combustíveis são adicionadas aos gases de exaustão (A) antes da pós- combustão regenerativa.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, ou 3, caracterizado pelo fato de que o conteúdo de monóxido de carbono (CO) e de substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão (A) é aumentado especificamente através de medidas técnicas de combustão.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, ou 4, caracterizado pelo fato de que os gases de exaustão (A) são removidos de óxido de nitrogênio a pelo menos 60%.
6. Aparelho para remoção de óxido de nitrogênio do monóxido de carbono (CO) e dos gases de exaustão (A) contendo substâncias orgânicas gasosas com pelo menos dois canais (14) com vários módulos de armazenamento de calor (15) sequencialmente arranjados para direcionar os gases de exaustão (A) em direção alterna através dos canais (14), em que pelo menos um catalisador (6) por canal (14) para a redução catalítica dos óxidos de nitrogênio (Nox) é arranjado entre os módulos de armazenamento de calor (15) para aquecer os gases de exaustão (A) a partir do calor residual recuperado dos gases de exaustão (A) removidos de óxido de nitrogênio antes da redução catalítica a uma temperatura de reação (Tr) de 160ºC a 500ºC, caracterizado pelo fato de que um espaço (16) para a pós-combustão regenerativa do monóxido de carbono (CO) é arranjado entre pelo menos dois canais (14) para compensar as perdas por deslocamento de calor nos módulos de armazenamento de calor (15).
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os módulos de armazenamento de calor (15) são formados por corpos cerâmicos em formato de favo de mel.
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que um dispositivo (13) para introdução da energia térmica externa é fornecido para o âinício e/ou manutenção da temperatura de operação para remoção de óxido de nitrogênio dos gases de exaustão (A).
9. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6, 7, ou 8, caracterizado pelo fato de que uma linha (17) é fornecida para adição de substâncias combustíveis a pelo menos um estágio de pós-combustão.
10. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6, 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que meios são fornecidos para especificamente aumentar o teor de monóxido de carbono (CO) ou de substâncias orgânicas gasosas nos gases de exaustão (A).
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