BR112018012267B1 - Processo para remoção de contaminantes de um fluxo de efluente gasoso de um processo industrial - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA REMOÇÃO DE CONTAMINANTES DE UM FLUXO DE EFLUENTE GASOSO DE UM PROCESSO INDUSTRIAL, PROCESSO PARA REMOÇÃO DE ÓXIDO DE NITROGÊNIO DE UM FLUXO DE GASES DE ESCAPE E MÉTODO PARA REMOÇÃO CONTAMINANTES DOS FLUXOS DE GÁS. A presente invenção trata de um fluxo de efluente gasoso de fontes de combustível fóssil e processo de fluxo gasoso de operações químicas, de petrolíferas e petroquímicas e, da mesma forma, é direcionado a um duto de exaustão, que transmite o fluxo de efluente gasoso contendo contaminantes de óxido de nitrogênio em um supressor. O fluxo gasoso é transmitido através do supressor onde o meio aquoso é pulverizado para contato com o fluxo de efluente gasoso. O fluxo de efluente gasoso suprimido é misturado ao ozônio em uma quantidade subestequiométrica para oxidação parcial de NOx para formar NO2 e evitar a formação de N2O5. O gás efluente contendo NO2 é absorvido em um meio ácido de um purificador úmido para formar ácido nitroso. O ácido nitroso na fase aquosa do purificador é misturado aos compostos de amônia selecionados para decompor o ácido nitroso para liberação de nitrogênio. Os contaminantes de óxido de nitrogênio são removidos do fluxo de efluente gasoso em (...).

Description

HISTÓRICO DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção se refere ao método e aparelho para remoção de contaminantes, como NOx, SOx, particulados, metais pesados e demais gases ácidos decorrentes do fluxo de efluentes gasosos que surgem de processos de combustão industrial e, mais particularmente, a um método aperfeiçoado para remoção de NOx de um fluxo de efluente gasoso por meio de oxidação parcial com ozônio.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os óxidos de nitrogênio (NOx), óxidos de enxofre (SOx), particulados, metais pesados e demais gases ácidos são os principais poluentes encontrados nos efluentes gasosos decorrentes de processos químicos e de combustão. Os processos de combustão e químicos geram fluxos efluentes com contaminantes que precisam ser removidos ou limpos antes de o efluente gasoso ser despejado na atmosfera. É bem sabido remover os óxidos de nitrogênio do efluente gasoso por diversos processos secos e úmidos, e os óxidos de enxofre são removidos por purificação seca ou úmida. A purificação aquosa é utilizada convencionalmente para remover os gases ácidos, como SOx, Cl2, HCl, etc., particulados e demais componentes. O óxido nítrico, NO, é o principal componente de (NOx) nos processos de combustão, e porque é quase insolúvel, a remoção por purificação aquosa é insignificante. Além disso, o sucesso limitado foi atingido no uso de reagentes para NOx de purificação.

[003] Os óxidos de nitrogênio (NOx) geralmente são formados nos fluxos de efluente gasoso que surgem dos processos de combustão devido a diversos fatores, como alta temperatura de flama, compostos nitrosos presentes no combustível e teor nitroso do material submetido à temperatura da combustão, como encontrado com a incineração de resíduos. Os óxidos de nitrogênio formados em temperaturas acima de 1.300°F estão principalmente na forma de NO. Os compostos de enxofre no combustível se convertem para formar SOx. Os demais compostos de heteroátomo presentes no combustível fóssil ou carga de combustão, como cloro, resultam em Cl2 ou HCl. A combustão de carvão, combustível sólido ou carga para um forno ou fornalha gera matéria de particulado e outros contaminantes, como metais pesados (Hg), que podem ou não ser efetivamente removidos por purificação aquosa.

[004] Os processos de absorção conhecidos que removem NOx dos fluxos gasosos pelo contato de NOx com ozônio bem conhecido na técnica são revelados nas patentes norte- americanas Nos 5.206.002, 6.162.409 e 7.303.735. Estes processos utilizam uma abordagem de remoção multipuluente que foi implementada na remoção de NOx do efluente gasoso decorrentes das caldeiras a gás e que removem diversos poluentes, inclusive NOx, SOx, particulados, etc., em caldeiras a carvão, processos de decapagem de metal, crackers catalíticos de leito fluidizado, regeneradores, fornalhas de metal pesado e similares.

[005] Com os processos revelados nas patentes acima, NOx é reagido com ozônio formando óxidos de nitrogênio de ordem mais elevada, especificamente, a forma pentavalente (N2O5) ou maior, que são muito solúveis e facilmente removidas por purificação úmida. Nestes processos, a quantidade estequiométrica de ozônio exigida para converter um mole de NOx na forma pentavalente é de aproximadamente 1,5 moles de ozônio. Apesar de os métodos conhecidos serem muito eficazes na obtenção de níveis ultra baixos de emissões de NOx no fluxo gasoso tratado, o custo do ozônio torna os processos proibitivamente caros, especialmente quando os fluxos gasosos possuem níveis elevados de NOx, para se iniciar e os processos geram nitrato/ácido nítrico na eliminação de purificação, exigindo descarte de forma ambientalmente segura ou que sejam utilizados na fabricação de um subproduto.

[006] Os demais processos conhecidos para a oxidação de NOx para NO2 pela adição de ozônio são revelados nas patentes norte-americanas Nos 4.011.298, 4.035.470, 4.107.271, 4.119.702, 4.247.321, 4.541.999 e 4.564.51O. Com estes processos, o NOx oxidado é absorvido ou reagido com vários reagentes. As patentes ensinam a oxidação de ozônio de NOx. a remoção de NOx aumenta com um acréscimo na quantidade de ozônio adicionado. Os processos dependem do alcance de óxidos elevados de NOx para purificar de forma eficaz o NOx decorrente do fluxo de efluente gasoso. A eliminação de purificação produzida nestes processos é uma mistura de diversos sais tanto em solução aquosa quanto em polpa contendo sulfito, sulfato, nitrito, nitrato, cloretos ou ácidos, que são difíceis de tratar e gerenciar em uma instalação de tratamento de água residual. Com os métodos da técnica anterior em proporções molares de aproximadamente 0,5 eficiências de remoção são muito baixas e não particularmente bem-sucedidos em obter a remoção necessária de NOx sem criar uma quantidade significativa de fluxos de eliminação secundária.

[007] Em uma forma particularmente oxidada (forma trivalente e tetravalente) possui uma solubilidade menor que a forma pentavalente e a purificação é menos eficaz, especialmente quando a concentração de NOx é baixa. Usando o os carbonatos, bicarbonatos ou hidróxido de metal alcalino ou alcalino terroso como reagentes de purificação melhora as eficiências de remoção. Quando o NOx parcialmente oxidado é absorvido em solução alcalina, tanto nitrato quanto nitrito são formados em diversas concentrações. Suchak et al. revelam em “Absorption Nitrogen Oxides in Alkaline Solutions Selective Manufacture of Sodium Nitrite”, Ind. Eng. Chem. Res., vol. 29, páginas 1492 a 1502 (1990), o método e as condições paramétricas para fabricação de forma seletiva de nitrato de sódio usando NOx parcialmente oxidado contendo gás do processo. A formação de nitrito pode ser potencializada pela formação preferencial e transporte de ácido nitroso (HNO2) na fase gasosa em um meio alcalino para formar nitrito.

[008] Na ausência de um carbonato/hidróxido alcalino, o ácido nitroso em um meio aquoso é instável tanto em pH neutro quanto ácido. O ácido nitroso se degrada ou se decompõe em ácido nítrico (HNO3) e óxido nítrico (NO). O óxido nítrico é comedidamente solúvel e, portanto, é liberado de volta à fase gasosa enquanto o ácido nítrico permanece na solução.

[009] Portanto, há necessidade de um processo aperfeiçoado para remoção de contaminantes, o qual inclui concentrações mais elevadas de NOx, com ozônio em uma forma rentável que minimiza ou elimina substancialmente a formação de nitrato no fluxo de eliminação de um purificador úmido.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0010] Em conformidade com a presente invenção, é provido um processo para remoção de contaminantes de um fluxo de efluente gasoso de um processo industrial que compreende as etapas de direcionamento de um fluxo de efluente gasoso contendo contaminantes de óxido de nitrogênio em uma temperatura elevada para um duto de exaustão. O fluxo de efluente gasoso decorrente do duto de exaustão é extinto com um meio aquoso. O fluxo de efluente gasoso extinguido é misturado a ozônio em uma quantidade subestequiométrica para oxidação parcial de NOx no efluente gasoso para formar uma mistura de NO e NO2. O fluxo de efluente gasoso contanto NO e NO2 é absorvido em um meio aquoso para formar ácido nitroso. O HNO2 é misturado aos compostos de amônia para reagir e liberar nitrogênio.

[0011] Além disso, em conformidade com a presente invenção, é provido um processo para remoção de NOx decorrente de um fluxo gasoso de escape que inclui as etapas de direcionamento de um fluxo de efluente gasoso contendo contaminantes de óxido de nitrogênio em uma temperatura elevada de um sistema do processo para um duto de exaustão. Os contaminantes de óxido de nitrogênio decorrentes do duto de exaustão são misturados a ozônio em uma quantidade subestequiométrica para oxidar parcialmente o óxido de nitrogênio. O óxido de nitrogênio parcialmente oxidado entra em contato com o meio aquoso ácido para formar ácido nitroso em uma fase líquida. O ácido nitroso reage com os compostos contendo azoto amoniacal para decompor o ácido nitroso para liberar nitrogênio da fase líquida.

[0012] Adicionalmente, a presente invenção é direcionada a um método para remoção de contaminantes, como óxido de nitrogênio, óxido de enxofre, particulados, metais pesados e demais gases ácidos decorrentes dos fluxos gasosos emitidos dos processos de combustão química parcial ou total que incluem a etapa de oxidação parcial de óxido de nitrogênio com uma quantidade subestequiométrica de ozônio. O óxido de nitrogênio parcialmente oxidado é absorvido em um meio ácido para formar ácido nitroso. O ácido nitroso é alimentado com ureia em uma quantidade pré-selecionada para decompor o ácido nitroso em nitrogênio.

[0013] De forma adequada, o objetivo principal da presente invenção é prover um método e aparelho aperfeiçoado para a remoção de NOx e demais contaminantes decorrentes do fluxo de efluente gasoso de um processo de combustão industrial pela oxidação parcial de NOx por ozônio para reduzir o uso da quantidade de ozônio consumido e o custo associado a este.

[0014] Outro objetivo da presente invenção é prover um processo para remoção de concentrações elevadas de NOx decorrentes de um fluxo de efluente gasoso por meio da conversão de NOx em ácido nitroso para decomposição de nitrogênio.

[0015] Um objetivo adicional da presente invenção é aumentar a eficiência e reduzir o custo de remoção de NOx decorrente de um fluxo de efluente gasoso por meio da eliminação ou substancialmente minimização da formação de nitrato em um purificador úmido e a necessidade de tratar o fluxo de eliminação.

[0016] Outro objetivo da presente invenção é prover um método e aparelho para a remoção de óxidos de nitrogênio em uma forma ambientalmente eficaz dos fluxos de efluente gasoso pela formação de ácido nitroso, que decompõe o nitrogênio.

[0017] Estes e demais objetivos da presente invenção serão mais completamente revelados e descritos na especificação a seguir, desenhos e reivindicações anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0018] A Figura 1 é um fluxograma do Sistema de um processo para remoção de contaminantes decorrentes de um fluxo de efluente gasoso de um processo de combustão, que ilustra a oxidação parcial de NOx e a conversão em ácido nitroso e decomposição em nitrogênio.

[0019] A Figura 2 é um fluxograma do sistema similar ao diagrama mostrado na Figura 1 de um processo para remoção de contaminantes de um fluxo de efluente gasoso de um processo de combustão, que ilustra o aparelho adicional para purificação com reagentes.

[0020] A Figura 3 é um fluxograma do sistema adicional similar às Figuras 1 e 2, que ilustra o aparelho para extinção e purificação de efluente gasoso quente antes de submeter o efluente gasoso à oxidação parcial com ozônio.

DESCRIÇÃO DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS

[0021] Em referência à Figura 1, é ilustrado um aparelho de remoção de NOx e SOx geralmente designado pelo numeral 10, que é utilizado com os aquecedores do processo movido a carvão ou caldeiras movidas a combustível fóssil, como caldeiras de tubos de combustão embalados ou caldeiras de tubo de água. A caldeira pode ser do tipo associado a usinas de energia ou aquelas designadas para gerar apenas dois milhões de BTU/h de energia de entrada de combustível para a caldeira. O aparelho 10 também é aplicável ao uso para tratamento de fluxos gasosos do processo decorrentes de operações químicas, petrolíferas e petroquímicas, semicondutor de metal e de vidro, e fora dos fluxos gasosos.

[0022] Com o aparelho de remoção 10 da presente invenção, NOx é apenas parcialmente oxidado com ozônio em uma quantidade substancialmente menor que a necessária com os métodos da técnica anterior conhecida e é, posteriormente, absorvido em um purificador úmido para formar ácido nitroso (HNO2), que é então decomposto em uma fase líquida com compostos de amônia resultando na geração de nitrogênio. Consequentemente, é necessário menos ozônio, e os problemas associados ao gerenciamento da formação de nitrato no purificador úmido são eliminados ou pelo menos substancialmente minimizados. Em vez de absorver os produtos de oxidação de NOx em um meio alcalino, o ácido nitroso é absorvido em um meio neutro ou ácido e então se decompõe na presença de ureia para liberar nitrogênio inócuo.

[0023] Com o aparelho de remoção 10, NOx é parcialmente oxidado por meio da mistura completa e rápida do efluente gasoso com ozônio em uma quantidade subestequiométrica onde a proporção molar de ozônio para NOx é 0,5. Se todo o NOx estiver na forma de óxido nítrico (NO), então a quantidade estequiométrica de ozônio necessária para converter NO em pentóxido de dinitrogênio (N2O5) é 1,5 mole de ozônio por mole de NOx. A oxidação de NOx para N2O5 envolve as seguintes reações: NO + O3 →NO2 + O2 (1) NO2 + O3 →NO3 + O2 (2) NO2 + NO3 →N2O5 (3)

[0024] Com as reações acima, a reação (1) é mais rápida que as reações (2) e (3). Além disso, as reações (1), (2) e (3) são reações consecutivas. Se a quantidade de ozônio adicionada é limitada a 0,5 mole de ozônio por mole de NO, então a oxidação de NOx para formar NO3 e a subsequente formação de N2O5 é evitada. Isto resulta em um fluxo gasoso que possui quantidade aproximadamente equimolares de NO e NO2.

[0025] É bem sabido na fase gasosa que pequenas quantidades de trióxido de dinitrogênio (N2O3) e tetraóxido de dinitrogênio (N2O4) são formadas. NO reage com NO2 formando N2O3 até atingir a concentração de equilíbrio. N2O4 também é formado como resultado da reação de dimerização de NO2. As reações a seguir descrevem a formação de N2O3 e N2O4 na fase gasosa. 2 NO2 ←→ N2O4 (4) NO + NO2 ←→ N2O3 (5)

[0026] A formação de N2O5 não ocorre porque ela exige a formação de NO3. Com a presente invenção, como o ozônio é adicionado em quantidades subestequiométricas, onde a proporção de ozônio para NOx é de aproximadamente 0,5 e os componente são bem misturados rapidamente, virtualmente nenhum ozônio é deixado no fluxo gasoso após a oxidação parcial de NO.

[0027] Se o ozônio não é misturado rápida e completamente com o NOx, a concentração localizada de ozônio no fluxo gasoso pode levar à formação de N2O5, que então subsequentemente reagiria com o vapor de água para formar ácido nítrico (HNO3) na fase gasosa. A absorção de N2O5 e HNO3 em um purificador úmido pode levar à formação de ácido nítrico (HNO3) na fase aquosa e acaba na eliminação. Isto reduz a eficiência de remoção geral de NOx em comparação àquela descrita nesta invenção. Na mistura subestequiométrica preferida de ozônio com NOx em uma proporção de mole de 0,5 com a presente invenção, uma redução nos custos de ozônio e na eliminação da formação de nitrato na eliminação do purificador são atingidas.

[0028] Para minimizar a formação de óxidos de nitrogênio de ordem maior, como N2O5 e HNO3, diversas operações podem ser realizadas. Primeiro, o ozônio é introduzido na fase gasosa por um distribuidor que distribui uniformemente o ozônio em toda a seção cruzada do efluente gasoso. Preferencialmente, o fluxo efluente para mistura com o ozônio é realizado em uma condição altamente turbulenta. Para garantir que o ozônio seja misturado complete e rapidamente com o fluxo de efluente gasoso, a velocidade do fluxo de ozônio para injeção (em um ângulo) no fluxo de efluente gasoso é pelo menos duas vezes e preferencialmente três vezes ou mais que a velocidade do fluxo de efluente gasoso. A eficiência da mistura de ozônio e fluxo de efluente gasoso pode ser potencializada pelo uso de ferramentas de modelagem de dinâmica de fluido computacional (“CFD”). Desta forma, o ozônio e o fluxo de efluente gasoso são misturados completamente em um período de tempo mínimo. A oxidação de NO para NO2 com ozônio é uma reação extremamente rápida. Quando uma quantidade subestequiométrica de ozônio é adicionada à fase gasosa, todo o ozônio é consumido, convertendo apenas parte de NO em NO2. Sem qualquer ozônio remanescente no fluxo gasoso, a oxidação de NO2 para formar NO3 e a conversão adicional para N2O5 é, assim, evitada. A mistura pode ser executada em alíquotas por diversos distribuidores. Os distribuidores incluem bocais cônicos ou divergentes que são operáveis para dispersar rapidamente o ozônio na seção cruzada do fluxo de efluente gasoso. O ozônio pode ser introduzido no fluxo de efluente gasoso em uma direção de co- corrente ou contracorrente. Além disso, em conformidade com a presente invenção, o ozônio é misturado a uma grande quantidade do gás diluente. Então o fluxo de ozônio diluído é injetado pelo distribuidor na mistura com o fluxo de efluente gasoso. Esta abordagem Evita a alta concentração localizada de ozônio, além de minimizar a formação de N2O5.

[0029] Tanto N2O4 quanto N2O3 possuem alta solubilidade em comparação a NO e NO2, mas são muito menos solúveis em comparação a N2O5 e a remoção por purificação em uma baixa concentração é ineficaz. Por outro lado, o ácido nitroso (HNO2) é muito mais solúvel em comparação a N2O3 e N2O4. Se N2O3 (e NO e NO2) é submetido a uma concentração mais elevada de vapor de água H20 na fase gasosa, uma pequena, mas considerável quantidade de ácido nitroso (HNO2) se forma. A absorção de óxidos de nitrogênio tetravalentes (NO2 e N2O4) forma tanto ácido nitroso (HNO2) quanto ácido nítrico (HNO3); ao passo que a absorção de N2O3 e HNO2 resulta seletivamente em ácido nitroso HNO2 na fase líquida. Para minimizar a formação de ácido nítrico, a proporção de NO/NO2 é mantida superior a 1, o que reduz a formação de N2O4 e a temperatura crescente dissocia N2O4 em NO2, reduzindo a absorção geral de óxidos de nitrogênio tetravalentes. Conforme revelado no estudo paramétrico de Suchak et al. (1990), a seletividade para nitrito é potencializada pela manutenção da proporção de NO para NO2 superior a um (ou seja, >1) e pela purificação a uma temperatura elevada. A purificação a uma temperatura elevada aumenta o teor de vapor de água do fluxo gasoso, o que promove a formação de ácido nitroso.

[0030] A purificação aquosa é uma técnica amplamente aceita para a remoção de contaminantes a partir de um fluxo de efluente gasoso. Se o fluxo de efluente gasoso quente entra em contato no purificador úmido ou supressor, o teor de vapor de água do gás extinto aumenta. Com o alto teor de umidade e temperatura mais quente na purificação, a formação de ácido nitroso (HNO2) é maximizada na fase gasosa. Quando o fluxo de efluente gasoso não está quente o suficiente, o teor de umidade pode ser elevado pelo fluxo ao misturar o fluxo com o fluxo de efluente gasoso antes e inserir a zona em contato com o líquido gasoso. Outra forma de aumentar o teor de umidade é elevar a temperatura do meio de purificação. Para o equilíbrio da fase gasosa, ocorrem as reações a seguir: NO + NO2 + H2O (g) ← → 2 HNO2 (g) (6) N2O3 + H2O (g← →2 HNO2 (g) (7)

[0031] Devido à alta solubilidade, HNO2 se dissolve prontamente no meio aquoso por meio de absorção.

[0032] A absorção é apresentada da seguinte forma: HNO2 (g) ← → HNO2 (l) (8)

[0033] Os dispositivos de contato de gás para líquido como colunas de enchimento, pulverização, bolha ou placa são usados como purificadores. Eles proveem área interfacial elevada para transferência de contaminantes da fase gasosa para líquida. Quando o gás parcialmente oxidado entra em contato com um meio aquoso, ocorre absorção de HNO2 da fase gasosa para líquida. Isto inicia a formação de HNO2 para restabelecer o equilíbrio no volume da fase gasosa. A formação de HNO2 e a remoção por absorção ocorrem simultânea e continuamente conforme o gás continua em contato com o líquido e flui da entrada para sair do dispositivo de contato do gás para líquido. O meio de purificação e o gás entram em contato tanto na direção co-corrente quanto contracorrente. A fração de NOx que forma HNO2 na fase gasosa devido às equações de equilíbrio gasoso (6) e (7) acima é pequena. No entanto, a remoção continua de HNO2 do gás e a transferência para líquido devido à absorção impulsiona NO e NO2 para formar HNO2 na fase gasosa. Além disso, deve ser compreendido que o purificador usado na presente invenção é grande o bastante para formar continuamente HNO2 e absorve para atingir a remoção desejada.

[0034] Os fenômenos de formação de HNO2 adicional na interface são declarados por Suchak et al. (1990). A formação de HNO2 adicional na interface de gás para líquido devido ao transporte mais fácil de NO e NO2 para a interface de gás para líquido na fabricação de nitrito de sódio. Devido à taxa elevada de dissolução de HNO2, uma quantidade adicional de HNO2 é formada dentro da película de gás (conforme as reações prévias de 6 e 7 acima), excedendo a formação limitada de HNO2 devido ao equilíbrio no volume do gás. Suchak et al. (1990) também revelam condições paramétricas que levam à absorção de NOx de forma seletiva no nitrito. Um mecanismo muito similar é válido para a absorção de HNO2 no meio aquoso ácido, contanto que a concentração de ácido nitroso não se desenvolva no purificador. Uma concentração mais elevada de HNO2 limita a absorção e, em pH baixo (pH ácido), HNO2 se decompõe em ácido nítrico e o óxido nítrico dessorve-se a partir do lícor de purificação.

[0035] Com a presente invenção, a maior parte de NOx é transferida para o meio aquoso ou formado no meio aquoso como ácido nitroso (HNO2). Seletivamente, na formação de ácido nitroso no meio aquoso aumenta com um incremento na temperatura e um incremento na proporção de NO/NO2 (superior a 1), que também é controlado pela quantidade de ozônio misturada ao efluente gasoso. Além disso, um aumento na eficiência de remoção de NOx é potencializado pelo aumento do volume do purificador.

[0036] A fim de evitar a dissociação de HNO2 em HNO3 e NO, é necessário esgotar a concentração de HNO2 no meio aquoso. Em conformidade com a presente invenção, o lícor do purificador contendo o ácido nitroso dissolvido é reagido ainda com ureia, amônia ou compostos que contenham amônia ou liberem um radical amoníaco. A ureia é introduzida tanto no sistema de circulação aquoso do purificador quanto adicionada à eliminação do purificador. Esta reação é favorecida em condições de pH ácido e, preferencialmente, em temperatura mais elevada que a temperatura ambiente.

[0037] Quando o fluxo de efluente gasoso inclui contaminantes, como SO2 e SO3, alguns ácidos sulfurosos e sulfúricos são sempre formados devido à dissolução que pode prover as condições ácidas necessárias para o ácido nitroso (HNO2) reagir com a ureia ou a amônia. Se necessário, uma pequena quantidade de H2SO4 ou outros ácidos minerais podem ser adicionados para acelerar a reação (9). O ácido nitroso reage com a ureia da seguinte forma:

[0038] 2 HNO2 (1) + CO(NH2)2 ^ 2 N2 + CO2 + 3 H2O (9)

[0039] Nitrogênio e dióxido de carbono são liberados da fase líquida e os óxidos de nitrogênio capturados como ácido nitroso são convertidos em N2.

[0040] Na operação com o dispositivo de remoção 10 mostrado na Figura 1, o fluxo de efluente gasoso quente com contaminantes é transportado do duto de exaustão 12 para um supressor 14. O efluente gasoso quente entra em contato com o spray de um meio aquoso fornecido da condução 16 através de um conjunto de bocal de spray 18 no supressor 14. O fluxo de efluente gasoso é extinto conforme flui através do supressor 14 e transportado para uma seção base do purificador úmido 20. Gotículas de meio aquoso do conjunto de bocal 18 coletam-se no fundo do supressor 14 e são transportadas para reservatório 22 do purificador 20.

[0041] O ozônio é transportado de uma fonte através de um canal de fornecimento 24 para um distribuidor 26 de modo que o fluxo de efluente gasoso e o ozônio sejam completamente misturados em um período de tempo mínimo na quantidade subestequiométrica preferida antes de o fluxo de efluente gasoso adentrar o leito recheado 28 do purificador úmido 20. O teor úmido da fase gasosa é elevado (quando necessário) ao adicionar o vapor 45 abaixo do leito recheado 28 ou ao elevar a temperatura do meio de purificação.

[0042] Se a temperatura do gás do processo que adentra o purificador úmido 20 for inferior a 135 °C, o fluxo de efluente gasoso não precisa ser eliminado antes da mistura com o ozônio. No leito recheado 28, o fluxo de efluente gasoso entra em contato em uma direção selecionada, tanto co- corrente quanto contracorrente (mostrado na Figura 1), com um meio aquoso que contém ureia ou compostos de amônia ou compostos que contém nitrogênio amoniacal. O fluxo de efluente gasoso do purificador sai do leito recheado 28 do purificador úmido 20 através do duto de saída 30. O meio aquoso usado para a purificação e eliminação é bombeado para fora do reservatório do purificador 22 pela bomba 32 e é direcionado a partir do canal 34 através do canal 36 para um conjunto do cabeçalho do spray 38. O meio aquoso também é transportado do canal 34 para o canal 40 para fornecer à montagem do bocal do spray 18 a solução de purificação para eliminação e umidificação do fluxo de efluente gasoso quente recebido.

[0043] Uma solução 42 contendo ureia, amônia ou compostos que proveem azoto amoniacal é alimentada através do canal 44 para o reservatório do purificador 22. O reservatório do purificador 22 também é alimentado com água de composição (não mostrado) para manter o nível líquido no reservatório. Um ácido mineral também é transportado através de uma linha de alimentação (não mostrada) para manter um pH selecionado no reservatório. O reservatório 22 também é provido com uma linha de eliminação (não mostrada) para limitar a concentração de sólidos dissolvidos e suspensos.

[0044] Agora em referência à realização mostrada na Figura 2, na qual diversos numerais identificam elementos similares mostrados na Figura 1, a jusante do aparelho 10, o gás é purificado ainda em outro aparelho 80. O efluente gasoso é submetido ainda à purificação com reagentes, como carbonato/bicarbonato/hidróxido de metal álcali/alcalino ou misturas para reduzir outros contaminantes, como gases ácidos e NOx.

[0045] A partir do aparelho 10, o fluxo de efluente gasoso tratado é transportado através do duto 30 para um Segundo purificador 60, onde o fluxo gasoso entra em contato em uma direção selecionada, tanto co-corrente quanto contracorrente (mostrado na Figura 2), com um meio aquoso que contém hidróxido, carbonatos, bicarbonatos de metal alcalino ou álcali ou mistura ou compostos de amônia que purificam os contaminantes não adequadamente purificados no aparelho 10. O meio de purificação neutraliza os gases ácidos, como SOx, HCl, Cl e algum NOx residual. O fluxo de efluente gasoso purificado sai da seção de leito recheado 68 do purificador úmido 60 através do duto de saída 70. O meio aquoso usado para a purificação é bombeado para fora do reservatório do purificador 62 pela bomba 63 e é direcionado do canal 64 para uma montagem de cabeçalho de spray 67 e bocal de spray 69. O reservatório do purificador 62 também é alimentado com reagente de composição (não mostrado) para manter a resistência exigida do meio aquoso. O reservatório 62 também é provido com uma linha de eliminação (não mostrada) para limitar a concentração de sólidos dissolvidos e suspensos.

[0046] Agora em referência à realização mostrada na Figura 3, na qual numerais similares identificam elementos similares mostrados na Figura 1, é ilustrado um aparelho de remoção 90 para eliminação do efluente gasoso quente e contaminantes de purificação, como matérias particuladas, gases ácidos (SOx, HCl, Cl, etc.), mercúrio e metais pesados, antes de submeter à oxidação parcial com ozônio. O fluxo de efluente gasoso quente com contaminantes é transportado do duto de exaustão 50 para um supressor 51. O efluente gasoso quente entra em contato com o spray de um meio aquoso fornecido do canal 53 através de um conjunto de bocal de spray 52 para o supressor 51. O fluxo de efluente gasoso é eliminado conforme flui através do supressor 51 e é transportado para uma seção base do purificador úmido 60. Gotículas do meio aquoso do conjunto de bocal 52 coletam-se no fundo do supressor 51 e são transportadas para um reservatório 56 do purificador úmido 59.

[0047] No purificador 59, o fluxo de efluente gasoso eliminado entra em contato em uma direção selecionada, tanto co-corrente quanto contracorrente (mostrado na Figura 3), com um meio aquoso que contém hidróxido, carbonatos, bicarbonatos de metal alcalino ou álcali ou mistura ou compostos de amônia que purifiquem os contaminantes, como matérias particulados, metais pesados, gases ácidos, como SOx, HCl, Cl. O fluxo de efluente gasoso purificado sai da seção de leito recheado 60 do purificador úmido 59 através do duto de saída 63. O meio aquoso usado para purificação é bombeado para fora do reservatório do purificador 56 pela bomba 58 e é direcionado do canal 57 para um conjunto de cabeçalho de spray 62 para os bocais de spray 61 no purificador 59 e para o canal 53 para o conjunto de bocal de spray 52 no supressor 51. O reservatório 56 é reabastecido com reagentes por meio do canal 55 para o meio aquoso no reservatório 56. O reservatório do purificador 56 também é alimentado com água de composição (não mostrada) para manter o nível líquido no reservatório. O reservatório 56 também é provido com uma linha de eliminação (não mostrado) para limitar a concentração de sólidos dissolvidos e suspensos.

[0048] Além disso, como mostrado na Figura 3, o fluxo gasoso purificado do duto de saída 63 é transportado para o supressor 14 no purificador úmido 20. O ozônio é transportado de uma fonte através do canal de fornecimento 24 para um distribuidor 26 de modo que o fluxo de efluente gasoso e o ozônio sejam completamente misturados em um período de tempo mínimo na quantidade subestequiométrica preferida antes de o fluxo de efluente gasoso adentar um leito recheado 28 do purificador úmido 20. O teor de umidade da fase gasosa é elevado (quando exigido) pela adição de vapor 45 abaixo da seção do leito recheado 28 ou ao elevar a temperatura do meio de purificação.

[0049] Na seção de leito recheado 28, o fluxo de efluente gasoso entra em contato em uma direção selecionada, tanto co-corrente quanto contracorrente, com um meio aquoso que contém ureia ou compostos de amônia ou compostos que contêm azoto amoniacal. O fluxo de efluente gasoso purificado sai da seção do leito recheado 28 do purificador úmido 20 através do canal duto de saída 30. O meio aquoso usado para purificação e eliminação é bombeado do reservatório do purificador 22 pela bomba 32 e é direcionado do canal 34 através do canal 36 para um conjunto de cabeçalho de spray 38.

[0050] Como mostrado na Figura 3, uma solução 42 contendo ureia, amônia ou compostos que proveem azoto amoniacal é alimentada através do canal 44 no reservatório do purificador 22. O reservatório do purificador 22 também é alimentado com água de composição (não mostrada) para manter o nível líquido no reservatório. Um ácido mineral também é transportado através de uma linha de alimentação (não mostrada) para manter um pH selecionado no reservatório. O reservatório 22 também é provido com uma linha de eliminação (não mostrada) para limitar a concentração de sólidos dissolvidos e suspensos.

[0051] Diferente da oxidação de NOx com ozônio, como descrito nas patentes norte-americanas Nos 6.162.409, 5.206.002 e 7.303.735, a oxidação parcial de NOx, em conformidade com a presente invenção, não leva à formação de N2O5. A oxidação parcial de NOx, na qual apenas parte de NO é convertida em NO2, possui menor deterioração de desempenho com um aumento de temperatura acima de l00°C. A oxidação parcial de NO ocorre extremamente rápida na zona de mistura de ozônio. Portanto, ao projetar a mistura eficaz de ozônio no fluxo gasoso, o ozônio é introduzido tanto a montante quanto a jusante de um purificador comercialmente disponível, como o purificador EDV oferecido pela Belco Technologies e o purificador Dynawave oferecido pela MECS.

[0052] Em um exemplo, 4000 scfm de efluente gasoso de uma fornalha a gás foram eliminados em um sistema purificador, como mostrado na Figura 1. NOx em uma concentração de 4.300 ppm foi misturado a ozônio, onde a proporção molar de ozônio para NOx foi 0,5. O NOx parcialmente oxidado foi purificado e a eficiência de remoção de NOx de 83% foi atingida.

[0053] De acordo com as provisões dos estatutos de patente, expliquei o princípio, construção preferida e modo de operação da minha invenção e ilustrei e descrevi o que considero agora representar suas melhores realizações. No entanto, deve ser compreendido que, dentro do escopo das reivindicações anexas, a invenção pode ser praticada diferentemente do especificamente ilustrado e descrito.

Claims (11)

1. PROCESSO PARA REMOÇÃO DE CONTAMINANTES DE UM FLUXO DE EFLUENTE GASOSO DE UM PROCESSO INDUSTRIAL, caracterizado por compreender as etapas de: direcionamento de um fluxo de efluente gasoso que contém contaminantes de óxido de nitrogênio de um processo industrial em uma temperatura elevada para um duto de exaustão, arrefecimento do fluxo de efluente gasoso do duto de exaustão com um meio aquoso, mistura do fluxo de efluente gasoso arrefecido com ozônio em uma quantidade subestequiométrica para oxidação parcial de NOx no efluente gasoso para formar uma mistura de NO e NO2, injetar o ozônio no fluxo de efluente gasoso arrefecido a uma velocidade de fluxo em uma faixa duas a três vezes maior que a velocidade de fluxo do fluxo de efluente gasoso arrefecido, absorção do fluxo de efluente gasoso que contém NO e NO2 em um meio ácido para formar ácido nitroso, e mistura do ácido nitroso com compostos de amônia para reagir e liberar nitrogênio.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir: mistura de ozônio com o efluente gasoso arrefecido em uma razão molar de até 0,5 mol de ozônio para cada mol de NO.

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir: transportar ozônio através de um distribuidor para mistura completa e rápida com o efluente gasoso arrefecido em uma quantidade subestequiométrica para formar uma mistura de NO e NO2 e evitar a formação de NO3 e N2O5.

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir: mistura do vapor com o fluxo de efluente gasoso para elevar o teor de umidade do fluxo de efluente gasoso antes do arrefecimento do fluxo de efluente gasoso.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir: remoção de NOx parcialmente oxidado do fluxo de efluente gasoso por meio de absorção em uma purificador úmido para formar ácido nitroso.

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir: decomposição do ácido nitroso em uma fase líquida para liberar nitrogênio.

7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir: contato do ácido nitroso em uma fase líquida com compostos de amônia selecionados entre o grupo que consiste essencialmente de ureia, amônia, compostos que contêm amônia e compostos de liberação de radical amoniacal.

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir: aumento da formação de ácido nitroso no meio ácido pela manutenção da razão de NO para NO2 superior a 1.

9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir: purificação do fluxo de efluente gasoso com um meio de purificação pré-selecionado a uma temperatura elevada para aumentar o teor de vapor de água do fluxo de efluente gasoso para maximizar a formação do ácido nitroso na fase gasosa e transportar para a fase líquida.

10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por incluir: contato do fluxo de efluente gasoso em uma direção de fluxo selecionada entre direção co-corrente ou uma direção contracorrente com a direção de fluxo do meio de purificação.

11. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir: introduzir o ozônio na fase gasosa por um distribuidor para distribuir uniformemente ozônio em toda seção transversal do fluxo de efluente gasoso.