BRPI0618606A2

BRPI0618606A2 - método de tratamento de uma corrente de gás para a remoção de pelo menos óxidos de nitrogênio, e, sistema para a remoção de pelos menos óxidos de nitrogênio de uma corrente de gás

Info

Publication number: BRPI0618606A2
Application number: BRPI0618606-8A
Authority: BR
Inventors: F. Parrish Clyde; Chung Landy
Original assignee: United States Of America, As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2011-09-06
Also published as: US8425866B2; US20080213148A1; AU2006315712A1; CA2634731A1; KR20080082639A; WO2007058936A1; EP1971416A1; MX2008006292A

Abstract

MéTODO DE TRATAMENTO DE UMA CORRENTE DE GáS PARA A REMOçãO DE PELO MENOS óXIDOS DE NITROGêNIO, E, SISTEMA PARA A REMOçãO DE PELO MENOS OXIDOS DE NITROGêNIO DE UMA CORRENTE DE GáS. Métodos e aparelhos que utilizam dióxido de cloro e peróxido de hidrogênio são úteis para reduzir as emissões de NOx, assim como SOx e emissões de mercúrio (ou outro metal pesado) mediante a purificação, a partir da combustão de correntes de gás residual.

Description

"MÉTODO DE TRATAMENTO DE UMA CORRENTE DE GÁS PARA A REMOÇÃO DE PELO MENOS ÓXIDOS DE NITROGÊNIO, E, SISTEMA PARA A REMOÇÃO DE PELO MENOS ÓXIDOS DE NITROGÊNIO DE UMA CORRENTE DE GÁS" REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório US no. 60/737.015 mais antigo depositado em 14 de novembro de 2005, e Pedido de Patente US no. 11/466.624 depositado em 23 de agosto de 2006, cujos conteúdos são aqui incorporados por referência. ORIGEM DA INVENÇÃO

A invenção aqui descrita foi composta em parte por um empregado do Governo dos Estados Unidos e pode ser fabricada e usada pelo e para o Governo dos Estados Unidos para propósitos governamentais sem o pagamento de quaisquer direitos de exploração de patentes sobre esta ou para esta.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito de uma forma geral ao controle de emissão e em particular ao controle de emissões a partir de fontes combustíveis. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

O controle de emissões de fontes de combustão de combustível fóssil se dirige a um problema ambiental maior. A Agência de Proteção Ambiental (EPA) através do Ato para Ar Limpo regula as emissões das usinas elétricas de queima de combustível fóssil. Os regulamentos iniciais foram focalizados nas emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) e óxidos de enxofre (SOx), mas as regulamentações mais recentes incluirão provisões para se controlar metais pesados (Hg, etc.) e dióxido de carbono.

As correntes de gás dos processos combustíveis são freqüentemente purificadas, isto é, colocadas em contato com a água ou soluções aquosas, para remover muitos dos seus contaminantes. No entanto, estes processos de purificação muitas vezes produzem correntes residuais perigosos que devem ser tratadas. Além disso, a purificação de óxido nítrico (NO) é geralmente ineficaz. Para remover este contaminante, o óxido nítrico é tipicamente convertido em dióxido de nitrogênio (NO2) antes da purificação. Vários agentes oxidantes têm sido utilizados para esta conversão. No entanto, os agentes oxidantes mais eficazes são também mais instáveis, não podem ser eficazes no custo, e podem ser difíceis ou perigosos para armazenar.

Pelas razões mencionadas acima, e por outras razões mencionadas abaixo que se tornarão evidentes para aqueles versados na técnica após leitura e compreensão do presente relatório descritivo, existe uma necessidade na técnica com relação a métodos e aparelhos para o tratamento de correntes de gás residual.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Os métodos e aparelhos que utilizam dióxido de cloro (CIO2) para reduzir as emissões de NOx são aqui descritos. Tais métodos e aparelhos podem ser sistemas únicos ou podem ainda ser incorporados em sistemas mais abrangentes, tais como sistemas que utilizam peróxido de hidrogênio para reduzir SOx, NOx e mercúrio ou outras emissões de óxidos de metal. O aparelho é modular e os componentes podem ser adicionados ou removidos dependendo dos requisitos específicos para uma dada operação de remoção.

Para uma forma de realização, a invenção fornece um método de tratamento de uma corrente de gás de pelo menos óxidos de nitrogênio. O método inclui gerar dióxido de cloro em um processo de reação contínua, misturar o dióxido de cloro com a corrente de gás após a geração, manter um nível desejado de óxido nítrico na corrente de gás mediante a regulação de uma taxa de geração do dióxido de cloro, e purificar a corrente de gás com uma solução de peróxido de hidrogênio, desse modo produzindo um primeiro licor de purificação. O método ainda inclui a manutenção de uma concentração de peróxido de hidrogênio desejada no primeiro licor de purificação mediante a regulação de um fluxo da primeira solução de peróxido de hidrogênio.

Para uma outra forma de realização, a invenção fornece um método de tratamento de uma corrente de gás para a remoção de pelo menos óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio e separação dos ácidos sulfuricos e nítricos resultantes. O método inclui a purificação da corrente de gás com uma primeira solução de peróxido de hidrogênio, desse modo produzindo um primeiro licor de purificação que contém principalmente apenas óxidos de enxofre, e mantendo uma concentração de peróxido de hidrogênio desejada no primeiro licor de purificação mediante a regulação de um fluxo da primeira solução de peróxido de hidrogênio. O método ainda inclui a remoção de uma corrente de subproduto contendo ácido sulfurico após a obtenção de uma concentração de ácido sulfurico desejada no primeiro licor de purificação. O método ainda inclui um desembaçador para reduzir o transporte de névoa de ácido sulfurico. O método ainda inclui a oxidação da corrente de gás usando uma mistura de dióxido de cloro adaptada para converter o óxido nítrico em dióxido de nitrogênio após a purificação da corrente de gás com a primeira solução de peróxido de hidrogênio e, após a oxidação da corrente de gás, purificação da corrente de gás com uma segunda solução de peróxido de hidrogênio. O método não obstante ainda oxida o mercúrio elementar em óxidos de mercúrio com dióxido de cloreto e, após a purificação da corrente de gás em uma segunda solução de hidrogênio que contém ácido nítrico, dissolve os óxidos de mercúrio.

Para uma outra forma de realização, a invenção fornece um sistema para a remoção de pelo menos óxidos de nitrogênio de uma corrente de gás.O sistema inclui uma torre de oxidação acoplada para receber a corrente de gás e uma mistura de dióxido de cloro, um purificador acoplado para receber uma corrente de gás saída da torre de oxidação e acoplado para receber uma solução de peróxido de hidrogênio e um licor reciclado do purificador, um desembaçador para reduzir a névoa de ácido nítrico, um neutralizador acoplado para receber uma corrente de gás de saída do purificador que ajusta o pH para 7,0 ± 2,0, e uma geração de dióxido de cloro e sistema de injeção para a geração contínua da mistura de dióxido de cloro e injeção para dentro da torre de oxidação.

Para mais uma outra forma de realização, a invenção fornece um sistema para a remoção de pelo menos óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio de um gás residual. O sistema inclui um trocador de calor para transferir calor de uma corrente de gás residual bruto para a corrente de gás residual processada antes que ela entre na chaminé de exaustão de fumaça, uma água ou um refrigerador/troca térmica acoplado para receber uma corrente de gás residual bruto quando sai do trocador de calor, um primeiro purificador acoplado para receber uma corrente de gás de saída da água ou de um refrigerador e acoplado para receber uma primeira solução de peróxido de hidrogênio, um sistema de remoção de sólidos acoplado para receber um primeiro licor de purificação do primeiro purificador e fornecer um licor de purificação reciclado ao primeiro purificador após a remoção de sólidos do primeiro licor de purificação, e um sistema de controle para manter uma concentração de peróxido de hidrogênio desejada no licor de purificação reciclado e para manter uma concentração de ácido sulfurico desejada no licor de purificação reciclado. O sistema anda inclui um primeiro desembaçador acoplado para receber uma corrente de gás de saída do primeiro purificador, uma torre de oxidação acoplada para receber uma corrente de gás de saída do desembaçador e uma mistura de dióxido de cloro, e um segundo purificador acoplado para receber uma corrente de gás de saída da torre de oxidação e acoplado para receber uma segunda solução de peróxido de hidrogênio e um licor reciclado do segundo purificador. O sistema ainda inclui um segundo desembaçador acoplado para receber um gás de saída do segundo purificador. O sistema não obstante ainda inclui um neutralizador acoplado para receber uma corrente de gás de saída do segundo desembaçador acoplado ao segundo purificador e um sistema de geração e injeção de dióxido de cloro para a geração contínua da mistura de dióxido de cloro e injeção para dentro da torre de oxidação.

A invenção ainda inclui métodos e aparelhos de escopo

variável.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema de controle de emissão de acordo com uma forma de realização da invenção.

A FIG. 2 é um esquemático de um sistema de controle de concentração de peróxido de hidrogênio para uso de acordo com uma forma de realização da invenção.

A FIG. 3 é um subsistema do vaso de reação de peróxido de hidrogênio para uso de acordo com uma forma de realização da invenção.

A FIG. 4 é um esquemático funcional de um sistema de geração e injeção de dióxido de cloro de acordo com uma forma de realização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Na seguinte descrição detalhada das formas de realização preferidas, referência é feita aos desenhos acompanhantes que formam uma parte desta, e em que são mostradas por meio de ilustração as formas de realização preferidas específicas em que a invenção pode ser praticada. Estas formas de realização são descritas com detalhes suficientes para permitir aqueles versados na técnica a prática da invenção, e deve ficar entendido que outras formas de realização podem ser utilizadas e que as mudanças lógicas, mecânicas e químicas podem ser praticadas sem divergir do espírito e escopo da presente invenção. E observado que os desenhos não estão em escala, a não ser que uma escala seja fornecida. A seguinte descrição detalhada, portanto, não deve ser tomada em um sentido limitativo, e o escopo da presente invenção é definido apenas pelas reivindicações anexas e seus equivalentes.

Os sistemas de controle de emissão de acordo com a invenção se dirige aos poluentes ambientais SOx, NOx e metais pesados. Tais sistemas são designados para reduzir as emissões destes poluentes ambientais aos níveis estabelecidos, por exemplo, pela EPA (Agência de Proteção Ambiental dos EUA). Este sistema de controle de emissão fornece um método baseado em peróxido de hidrogênio para reduzir as emissões de SOx, NOx, e metal e óxido de metal das fontes de combustão para níveis aceitáveis como estabelecido pela EPA. Além disso, as correntes de subproduto úteis de ácido sulfurico, ácido nítrico, sais destes ácidos, e carga de alimentação para a produção de óxidos de metal podem ser isoladas.

A FIG. 1 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema de controle de emissão de acordo com uma forma de realização da invenção. O processo começa com uma corrente de gás, tal como gás combustão bruto 150 após os particulados terem sido removidos. Existem várias opções para este esquema e etapas podem ser omitidas ou operações unitárias alternativas podem ser substituídas com relação ao processo geral dependendo das necessidades da instalação. Estas etapas alternativas são observadas durante a descrição do processo.

A primeira etapa do processo é utilizar um trocador de calor 102 para transferir o calor do gás residual de entrada para o gás residual de saída. Uma outra forma de realização da invenção é utilizar o calor transferido para o gás residual de saída para elevar a temperatura do gás residual para aumentar a velocidade do gás na chaminé. Uma outra forma de realização da invenção é melhorar a eficiência de purificação mediante a diminuição da temperatura do gás residual. E desejável reduzir as emissões de SOx em primeiro lugar antes da remoção das emissões de NOx porque permite a separação dos ácidos sulfurico e nítrico e torna a remoção destes mais eficiente, desse modo na forma de realização preferida da ordem de purificação melhora a eficiência total e diminui o custo total igualmente. Manter em mente que a maioria dos poluentes de NOx são NO e não NOx, e que o NO não é solúvel em água e o SOx é solúvel em água na presença de peróxido de hidrogênio, assim permitindo a separação de ácidos sulfurico e nítrico. O NO deve primeiro ser oxidado em NO2 antes que possa ser purificado na solução de peróxido de hidrogênio.

A segunda etapa no processo é utilizar a câmara de esfriamento 103 para fornecer esfriamento adicional do gás residual que sai do trocador de calor. A água fria retorna para o tanque de esfriamento 104.

Uma primeira etapa alternativa do processo pode ser utilizar uma câmara de esfriamento e lavagem 102 para esfriar e remover um pouco dos particulados no gás residual de entrada 150. A água do processo da câmara 103 é fornecida à câmara de lavagem 102. Os particulados, a água de lavagem e o calor são mandados da câmara de lavagem 102 para o tanque de sedimentação e esfriamento 104. A água é depois recirculada do tanque 104 de volta para a câmera de água 103.

O gás residual esfriado ou lavado é alimentado da câmara de esfriamento ou lavagem 103 para uma torre de purificador 105 para a remoção de SOx e/ou metais pesados. A torre de purificador 105 utiliza peróxido de hidrogênio a partir da armazenagem de peróxido de hidrogênio 112 para oxidar o ácido sulfuroso (H2SO3) em ácido sulfurico (H2SO4) para impedir a re-emissão de SO2. A armazenagem de peróxido de hidrogênio 112 preferivelmente fornece peróxido de hidrogênio aquoso de aproximadamente por cento a 70 por cento em volume, e mais preferivelmente em aproximadamente 70 por cento em volume. Quando o pH do licor de purificação diminui devido à formação de ácido sulfurico, a maioria dos óxidos de metal pesado, incluindo Hg, etc., é dispersa como óxidos de metal e/ou os hidróxidos dissolvidos são convertidos em sulfatos. Os particulados não dissolvidos remanescentes e os sulfatos insolúveis são removidos com um sistema de remoção de sólidos 106, por exemplo, uma centrifuga de bojo de sólidos, um filtro de correia contínua, ou outro sistema para a remoção contínua de sólidos de uma corrente de líquidos. A FIG 1 descreve o uso de uma centrífuga 106 como o sistema de remoção de sólidos como apenas um exemplo.

A centrífuga 106 continuamente remove os sólidos e circula o licor de purificação através da válvula 109 de volta à torre de purificador 105 para a purificação e limpeza contínua do gás residual. Quando o licor de purificação (ácido sulfúrico) alcança a concentração desejada, o licor de purificação limpo é descarregado da centrífuga 106 através da válvula 110, depois drenado para armazenagem de ácido sulfurico 111, que pode depois ser utilizado como fertilizante ou uso industrial. Os sólidos da centrífuga 106 são descarregados no recipiente de sólidos reciclados 107. Os metais e óxidos de metal solúveis presentes no licor de purificação limpo podem ainda ser removidos como sólidos insolúveis após a neutralização do ácido sulfürico tal como pode ser executado, por exemplo, durante a produção de fertilizante.

A concentração de peróxido de hidrogênio na primeira mistura de purificação é mentida em um nível predeterminado, por exemplo, de 0,1 a 5 por cento em volume. A concentração da primeira mistura de purificação pode ser mantida usando um controlador de peróxido de hidrogênio do tipo descrito abaixo. Detalhes adicionais de um tal controlador podem ser observados na Patente U.S. n° 6.039.783 publicada em 21 de março de 2000, de Lueck et al. E Patente U.S. n° 6.641.638 publicada em 04 de novembro de 2003, de Lueck et al.

Quando o gás residual sai da torre de purificador 105 entra em contato com o desembaçador 108, onde a névoa que contém ácido sulfurico se aglutina. A névoa aglutinada é restituída para a torre de purificador 105 e o gás residual dessulfurizado flui para o neutralizador 118, se apenas o sistema SOx for utilizado. Se o NOx estiver presente, a neutralização é desviada e o gás residual flui par a torre de oxidação 113. Os gases de ácido residuais são neutralizados com uma base no neutralizador 118, o gás residual limpo e neutralizado passa através do trocador de calor, e depois sai através da chaminé de exaustão. Alternativamente, um ventilador pode ser utilizado em vez do trocador de calor na saída do neutralizador 118, se desejável, para empurrar o gás residual limpo e neutralizado para fora da chaminé de exaustão como gás residual processado 152.

O sistema analítico usado para o sistema de controle, como inicialmente descrito na Patente U.S. na 6.039.783, contém um processo único que controla a concentração de peróxido de hidrogênio. O processo é controlado por um controlador lógico programável (PLC) designado para medir a concentração de peróxido de hidrogênio e adicionar peróxido de hidrogênio adicional como requerido para manter a presente concentração. Além do controlador de peróxido de hidrogênio, o sistema de controle contém dois controladores comerciais, um para o pH e o outro para medir a concentração de ácido sulfurico, ácido nítrico, ou sais destes ácidos. Estes controladores comerciais são usados para manter um pH ou concentração alvo e adicionar reagentes como requerido. Detalhes do esquema e operação do sistema de controle são fornecidos na seção que segue.

O diagrama de fluxo de blocos para um controlador de peróxido de hidrogênio adequado para uso com as formas de realização da invenção é mostrado na FIG. 2. O PLC de peróxido de hidrogênio que controla as operações inicia a primeira seqüência mediante a extração de uma amostra no sistema de ponto de amostra 231 com bomba 232 e a bombeia através da válvula 233. A sonda de pH 247 e a sonda de condutividade 248 são expostas na amostra antes de passar a amostra para dentro do filtro metálico 234 onde uma parte da amostra passa através do filtro 234 e restante se desvia do filtro 234 e lava os resíduos de volta ao retorno de 245. O filtrado que passou através do filtro 234 continua através da válvula 235, válvula de multi-aberturas 236 e circuito de amostra 237. A partir do circuito de amostra 237 a amostra retorna para a válvula de multi-aberturas 236 e depois sais e retorna de volta ao retorno de amostra 245. A seqüência de eventos descrita acima serve para coletar uma amostra do ponto de amostra 231, filtrar a amostra, suprir o circuito de amostra que possui um volume conhecido, e retornar a amostra não utilizada ao retorno de amostra 245. Embora o circuito de amostra 237 esteja sendo suprido, a bomba de medição 238 extrai o hipoclorito de sódio do recipiente 239 e injeta um volume conhecido dentro da célula de reação 240 através da válvula de multi-aberturas 236. A segunda seqüência é precipitada pelo PLC, que envia um sinal para girar a válvula de multi-aberturas 236 e bombear uma segunda quantidade de hipoclorito de sódio, mas este tempo é utilizado para substituir a amostra do circuito de amostra 237, que é bombeada para dentro da célula de reação 240. A reação de hipoclorito de sódio com peróxido de hidrogênio produz água, cloreto de sódio e oxigênio, que causa um aumento da pressão na célula de reação que é sensibilizada pelo transdutor de pressão 241. Os dados de calibração programados no PLC para mudança de pressão como uma função da concentração de peróxido de hidrogênio, são usados para controlar a concentração de peróxido de hidrogênio no sistema. Se a concentração medida estiver abaixo da concentração fixada, uma bomba é ativada para transferir peróxido de hidrogênio do depósito. A bomba de peróxido de hidrogênio interrompe quando a concentração medida for maior do que a concentração fixada. Este ciclo é repetido continuamente para manter a concentração fixada de peróxido de hidrogênio. Enquanto a concentração está sendo medida, o filtro 234 é contra-esguichado com água 243 através da válvula 244 para remover os particulados capturados pelo filtro 234. Quando o contra-fluxo começa, a válvula 233 se abre e a bomba 232 para e a água 243 empurra através do filtro 234 e volta para o retorno de amostra 245. Além disso, os conteúdos da célula de reação podem ser expelidos através da válvula 242 para o refugo de amostra 246 neste momento. Assim que o contra-esguicho estava completo, o PLC retorna o processo para a primeira seqüência e o processo de amostragem começa novamente.

A FIG. 3 mostra os detalhes da célula de reação 240. O corpo da célula de reação 351 possui uma câmara interna 352 que é ligada a um protetor de calibragem 353 que protege o transdutor de pressão 241. O hipoclorito de sódio e a amostra são extraídos através da entrada de hipoclorito de sódio 355 pela bomba de medição 238. Logo que a reação na célula de pressão estava completa, ela é descarregada através da válvula 242 para o refugo de amostra 246. A célula de reação é fabricada preferivelmente de um polímero resistente a corrosão usinável. Embora a breve descrição anterior do controle da concentração de peróxido de hidrogênio seja incluída para auxiliar a leitura, uma descrição mais detalhada é fornecida na Patente U.S. n° 6.039.783 e Patente U.S. n° 6.641.638 como observado anteriormente.

O pH pode ser controlado com dispositivos comercialmente reconhecidos, tais como o controlador de pH de modelo de Rosemont 0054pH70RP-08 e uma sonda de pH modelo 306P-02010055. A sonda de pH é o item 247 na FIG. 2 e é usada para continuamente medir o pH quando o ácido for neutralizado para produzir um fertilizante. O sistema controlador de pH possui algoritmos proporcionais que ajustam a taxa de alimentação da bomba como quando ponto fixo de pH for aproximado. Para uma forma de realização, o pH é controlado em um nível entre 7,0 e ± 2,0 mediante a adição de uma base, por exemplo, hidróxido de potássio. A concentração de ácido sulfürico e/ou ácido nítrico, e sais destes ácidos, é controlada com o controlador modelo Rosemont 1054Β%1-99. A sonda de condutividade modelo 228-02-21-54-61 é o item 248 na FIG. 2. Logo que calibrado para o íon específico usado no sistema, os algoritmos de controle proporcionais ajustam a taxa de bombeamento com relação a base usada para formar os sais.

Retornando à FIG. 1, para remoção de emissões NOx, o gás residual neutralizado a partir do neutralizador 118 flui para a torre de oxidação de NO 113, onde o óxido nítrico (NO) é oxidado em dióxido de nitrogênio (NO2). Alternativamente, o gás residual pode ser passado diretamente do desembaçador 108 para a torre de oxidação NO 113 para a neutralização posterior, eliminando o neutralizador 118. O dióxido de cloro (ClO2) do sistema de alimentação de dióxido de cloro 114 é alimentado para dentro da torre de oxidação de NO 113.

O dióxido de cloro alimentado para a torre de oxidação 113 reage com o NO para convertê-lo em NO2 e HNO3 como se segue:

2NO + ClO2 + H2O NO2 + HCl + HNO3 Tanto o HCl quanto HNO3 pode ser removido pela subseqüente purificação.

O NO oxidado no gás residual flui a partir da torre de oxidação 113 até a torre de purificador 115 onde é capturado como ácido nítrico em um 15 licor de purificação de peróxido de hidrogênio ácido geralmente como se segue:

2N02 + H2O2 2HN03

A concentração de peróxido de hidrogênio na segunda mistura de purificação varia de 0,1 por cento a 5 por cento em volume e é controlada por um segundo controlador de peróxido de hidrogênio que determina a preparação de peróxido de hidrogênio do depósito de peróxido de hidrogênio 112 para adicionar ao licor de purificação de recirculação a partir da bomba 116. O gás residual limpo que sai da torre de purificador 115 passa para dentro do neutralizador 119, onde a base é adicionada para neutralizar qualquer gás de ácido residual mediante o ajuste do pH para 7. Assim que neutralizado, o gás residual limpo sai através do trocador de calor, e depois para a chaminé de exaustão como gás residual processado 152. Alternativamente, um ventilador de exaustão pode ser utilizado em vez do trocador de calor na saída do neutralizador 119, se desejável, para empurrar o gás residual limpo e neutralizado para fora da chaminé de exaustão como gás residual processado 152. A solução ácida misturada contendo ácido nítrico e ácido clorídrico é depois enviado ao depósito de ácido misturado 117 para recuperação ou disposição.

Embora o dióxido de cloro seja reconhecido com um gás instável, as várias formas de realização geram o gás de dióxido de cloro no momento do uso e, opcionalmente, sustenta a diluição concorrente com ar. O dióxido de cloro pode ser produzido continuamente mediante a mistura de uma solução de peróxido de hidrogênio (H2O2) e ácido sulfurico (H2SO4) com a solução de clorato de sódio (NaClO3). O dióxido de cloro produzido pode ser misturado, quando for formado, com ar para manter a concentração de fase gasosa abaixo de 10 por cento.

A FIG. 4 é um esquemático funcional de sistema de alimentação de dióxido de cloro 414 de acordo com uma forma de realização da invenção. O dióxido de cloro é gerado através de uma reação de uma solução de clorato de sódio 460 e uma solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfurico 462. A solução de clorato de sódio 460 é medida em um vaso de reação 468 usando uma bomba de medição 464. A solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfurico 462 é medida no vaso de reação 468 usando uma bomba de medição 466.

Para uma forma de realização, a solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfurico 462 é produzida usando 37,6 % em peso de ácido sulfurico (98 % em peso) e 7 % em peso de peróxido de hidrogênio (50 % em peso) em água. A solução pode ser preparada por lentamente adicionar ácido sulfurico (98 % em peso) em água, deixando-a esfriar, e depois adicionar peróxido de hidrogênio (50 % em peso). Para uma outra forma de realização, a solução de clorato de sódio 460 contém 50 % em peso de clorato de sódio (NaClOs) em água. Uma solução tendo uma gravidade específica de 1,4 pode ser preparada mediante a mistura de pesos iguais de NaC103 e água. A solução pode ser preparada por lentamente adicionar cloreto de sódio em água e agitar até que os sólidos sejam dissolvidos.

O vaso de reação 468 é preferivelmente de um material resistente à força de oxidação dos reagentes, por exemplo, revestido de vidro, revestido de polietileno, revestido de Teflon®, etc., e equipado com um misturador 470. Para iniciar a reação, pode ser desejável adicionar clorato de sódio cristalino a um pouco da solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfurico 462 no vaso de reação 468, e depois medir em outra solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfurico 462 e solução de clorato de sódio 460 após a reação ter começado, por exemplo, após aproximadamente um atraso de 5 minutos. Mediante a medição em quantidades molares aproximadamente estequiométricas dos reagentes 460 e 462, uma taxa de produção desejada de dióxido de cloro pode ser mantida.

Para uma forma de realização, a taxa desejada para a produção de dióxido de cloro é uma quantidade suficiente para reduzir emissões de NO de uma corrente de gás residual 484 em um nível desejável quando misturado com o gás residual 484 como descrito abaixo. A reação das soluções de reagente 460 e 462 pode proceder geralmente como se segue:

2NaC103 + N2SO4 + H2O2 2C102 + O2 + Na2SO4 + 2H20 Devido à diluição quando a reação prossegue, o vaso de reação 468 pode precisar ser drenado ocasionalmente para a remoção do excesso de água e sulfato de sódio (Na2SO4).

O vaso de reação pode ainda incluir uma entrada de ar 472 para manter o vaso de reação 468 em pressões aproximadamente ambientes e para fornecer um circuito de ar para diluição do dióxido de cloro produzido. Para uma forma de realização a entrada de ar 472 é passiva e fornece recuperação de ar quando uma mistura de dióxido de cloro/ar 474 for extraída do topo livre do vaso de reação 468 por um extrator 476. Alternativamente, a entrada de ar 472 pode incluir o aparelho alimentador de pressão regulada para empurrar a mistura de dióxido de cloro/ar 474 para fora do vaso de reação 468. Se a entrada de ar 474 for não passiva, o extrator 476 pode ser eliminado. Observar que embora o ar seja usado neste exemplo, um gás inerte pode também ser substituído.

O extrator 476 é operado usando um aparelho alimentador de ar pressurizado 478, resultando em uma outra mistura de dióxido de cloro/ar diluída 480 para alimentação dentro do tubo condutor 482. Observar que o tubo condutor pode representar a torre de oxidação 113 da FIG. 1. Neste exemplo, o gás residual entrante 484 deve representar a saída do neutralizador 118 ou do desembaçador 108 da FIG. 1, e o gás residual de saída 486 representaria a saída da torre de oxidação 112 alimentado ao purificador 115.

O material particulado no licor de purificação SOx é uma mistura de partículas de cinza incombustível e sulfatos insolúveis que incluem mercúrio e outros metais pesados. Estes materiais sólidos são removidos do reservatório de purificador com um sistema de remoção de sólidos, tais como um filtro contínuo, centrífuga, ou uma combinação de um filtro contínuo e uma centrífuga. Para ainda melhorar a eficiência de separação, o reservatório de purificador pode ser dividido em dois compartimentos. O primeiro compartimento é designado para receber o licor de purificação que está retornando da torre de purificador e o segundo compartimento é designado para receber o licor de purificação limpo e o excesso do primeiro compartimento. A bomba de purificador puxa o licor de purificação do meio do segundo compartimento e o filtro ou centrífuga contínua puxa do fundo do primeiro compartimento. Esta configuração de dois compartimentos pode facilitar a maximização da concentração dos particulados que partem para o filtro ou centrífuga e a minimização dos particulados que partem para a bomba de purificador.

Os métodos e aparelhos para o controle de emissões foram descritos. Alguns métodos utilizam peróxido de hidrogênio para reduzir as emissões de SOx e mercúrio (ou outros óxidos de metal) antes do tratamento para reduzir o NOx. Para a remoção do NO, dióxido de cloro é gerado continuamente e alimentado para dentro da corrente de gás a ser tratada.

Mediante a utilização dos métodos e aparelhos de acordo com a invenção, as correntes de gás residual podem ser tratadas para a remoção de NOx, assim como SOx e óxidos de metal, enquanto se isola as correntes de subprodutos úteis de ácido nítrico, ácido sulfurico, sais de ácido nítrico, sais de ácido sulfurico e sólidos para a recuperação dos metais pesados. Uma das vantagens significativas da presente invenção é o fato de que o processo pode operar continuamente, com medição e ajustes feitos em tempo real enquanto o processo está sendo executado. O monitoramento por computador pode iniciar as mudanças de fluxo dos reagentes em resposta às medições automáticas para manter as condições de processo desejadas.

Embora as formas de realização específicas foram aqui ilustradas e descritas, será observado por aqueles de habilidade usual na técnica que qualquer ajuste que seja calculado para obter o mesmo propósito pode ser substituído pelas formas de realização específicas apresentadas. Este pedido é destinado a cobrir quaisquer adaptações ou variações da presente invenção. Portanto, é manifestamente planejado que esta invenção seja limitada pelas reivindicações e os seus equivalentes.

Claims

1. Método de tratamento de uma corrente de gás para a remoção de pelo menos óxidos de nitrogênio, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) gerar dióxido de cloro em um processo de reação contínuo; b) misturar o dióxido de cloro com a corrente de gás após a geração; c) manter um nível desejado de óxido nítrico na corrente de gás mediante a regulação de uma taxa de geração do dióxido de cloro; d) purificar a corrente de gás com uma solução de peróxido de hidrogênio, desse modo produzindo um primeiro licor de purificação; e e) manter uma concentração de peróxido de hidrogênio desejada no primeiro licor de purificação mediante a regulação de um fluxo da primeira solução de peróxido de hidrogênio.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a geração de dióxido de cloro em um processo de reação contínua compreende a adição contínua de uma solução de clorato de sódio e uma solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfurico em um vaso de reação.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a mistura do dióxido de cloro com a corrente de gás após a geração compreende a remoção do dióxido de cloro do vaso de reação por extração.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: passivamente adicionar ar de reposição ao vaso de reação para manter o vaso de reação em condições ambientes.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a mistura do dióxido de cloro com a corrente de gás após a geração compreende criar uma pressão diferencial para fazer com que o dióxido de cloro do vaso de reação flua para dentro da corrente de gás.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: ajustar uma taxa de adição da solução de clorato de sódio e uma taxa de adição da solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfurico para regular a taxa de geração do dióxido de cloro.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a purificação da corrente de gás com a primeira solução de peróxido de hidrogênio ainda compreende: a) alimentar a corrente de gás em um purificador; b) alimentar a primeira solução de peróxido de hidrogênio para dentro do purificador; e c) reciclar o primeiro licor de purificação no purificador com a primeira solução de peróxido de hidrogênio.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: a) tirar amostra de uma mistura da primeira solução de peróxido de hidrogênio e do primeiro licor de purificação reciclado para um nível de peróxido de hidrogênio; e b) controlar o nível de peróxido de hidrogênio na mistura para ser pelo menos um nível predeterminado.

9. Método de tratamento de uma corrente de gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda inclui as etapas de remoção dos óxidos de enxofre mediante a: a) remoção de uma corrente de subproduto contendo ácido sulfurico após alcançar uma concentração de ácido sulfurico desejada no primeiro licor de purificação; b) após purificar a corrente de gás com a primeira solução de peróxido de hidrogênio, oxidação da corrente de gás usando uma mistura de dióxido de cloro adaptada para converter óxido nítrico em dióxido de nitrogênio; e c) após oxidar a corrente de gás, purificação da corrente de gás com uma segunda solução de peróxido de hidrogênio.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a purificação da corrente de gás com a primeira solução de peróxido de hidrogênio ainda compreende: a) alimentar a corrente de gás para dentro de um purificador; b) alimentar a primeira solução de peróxido de hidrogênio para dentro do purificador; c) remover os sólidos do primeiro licor de purificação; e d) reciclar o primeiro licor de purificação no purificador com a primeira solução de peróxido de hidrogênio.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: a) tirar amostra de uma mistura da primeira solução de peróxido de hidrogênio e do primeiro licor de purificação reciclado para um nível de peróxido de hidrogênio; e b) controlar o nível de peróxido de hidrogênio na mistura para ser pelo menos um nível predeterminado.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a remoção dos sólidos compreende a centrifugação do licor de purificação resultante.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a purificação da corrente de gás com a segunda solução de peróxido de hidrogênio ainda compreende: a) alimentar a corrente de gás para dentro de um purificador; b) alimentar a segunda solução de peróxido de hidrogênio para dentro do purificador; c) remover os sólidos de um segundo licor de purificação resultante; e d) reciclar o segundo licor de purificação no purificador com a segunda solução de peróxido de hidrogênio.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: a) tirar amostra de uma mistura da segunda solução de peróxido de hidrogênio e do segundo licor de purificação reciclado para um nível de peróxido de hidrogênio; e b) controlar o nível de peróxido de hidrogênio na mistura para ser pelo menos um nível predeterminado.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o nível predeterminado de peróxido de hidrogênio é uma quantidade necessária para fornecer um excesso estequiométrico de peróxido de hidrogênio para a reação com a corrente de gás.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a mistura de dióxido de cloro é gerada em um processo de reação contínua concorrentemente com a oxidação da corrente de gás usando a mistura de dióxido de cloro.

17. Sistema para a remoção de pelo menos óxidos de nitrogênio de uma corrente de gás, caracterizado pelo fato de que compreende: a) uma torre de oxidação acoplada para receber a corrente de gás e uma mistura de dióxido de cloro; b) um purificador acoplado para receber uma corrente de gás de saída da torre de oxidação e acoplado para receber uma solução de peróxido de hidrogênio e um licor reciclado do purificador; c) um neutralizador acoplado para receber uma corrente de gás de saída do purificador; e d) um sistema de geração e injeção de dióxido de cloro para a geração contínua da mistura de dióxido de cloro e injeção para dentro da torre de oxidação.

18. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o sistema de geração e injeção de dióxido de cloro compreende: a) um vaso de reação; b) meios para medir uma solução de clorato de sódio no vaso de reação; c) meios para medir uma solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfurico no vaso de reação; d) meios para diluir a mistura de dióxido de cloro; e e) meios para injetar a mistura de dióxido de cloro para dentro da torre de oxidação.

19. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios para diluir a mistura de dióxido de cloro e meios para injetar a mistura de dióxido de cloro dentro da torre de oxidação compreendem uma entrada de ar passiva no vaso de reação para fornecer ar de reposição ao vaso de reação e um extrator para extrair a mistura de dióxido de cloro do vaso de reação e injetá-la dentro da torre de oxidação.

20. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios para diluir a mistura de dióxido de cloro e meios para injetar a mistura de dióxido de cloro dentro da torre de oxidação compreendem uma entrada de ar pressurizada no vaso de reação para diluir e injetar a mistura de dióxido de cloro do vaso de reação para dentro da torre de oxidação.

21. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que ainda inclui meios para remover óxidos de enxofre compreendendo: a) um refrigerador acoplado para receber uma corrente de gás residual bruto; b) uma centrífuga acoplada para receber um primeiro licor de purificação do primeiro purificador e para fornecer um licor de purificação reciclado ao primeiro purificador após a remoção dos sólidos do licor de purificação; c) um sistema de controle para manter uma concentração de peróxido de hidrogênio desejada no licor de purificação reciclado e para manter uma concentração de ácido sulfurico desejada na substância liquida purificadora reciclada; d) um desembaçador acoplado para receber uma corrente de gás de saída do primeiro purificador; e e) um segundo purificador acoplado para receber uma corrente de gás de saída da torre de oxidação e acoplado para receber uma segunda solução de peróxido de hidrogênio e um licor reciclado do segundo purificador.

22. Sistema de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o sistema de geração e injeção de dióxido de cloro compreende: a) um vaso de reação; b) meios para medir uma solução de clorato de sódio no vaso de reação; c) meios para medir uma solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfurico no vaso de reação; d) meios para diluir a mistura de dióxido de cloro; e e) meios para injetar a mistura de dióxido de cloro para dentro da torre de oxidação.

23. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um neutralizador interposto entre o desembaçador e a torre de oxidação.