ES2208845T3 - Procedimiento de depuracion catalitica de efluentes gaseosos. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO DE DEPURACION POR EL QUE SE HACEN CIRCULAR EFLUENTES CONTAMINADOS EN UNA JAULA (2) EN LA QUE GIRA UNA CORONA (1) TABICADA DE EJE VERTICAL QUE CONTIENE UNA CARGA (M) DE UN MATERIAL SOLIDO QUE PRESENTA UNA GRAN SUPERFICIE DE INTERCAMBIO TERMICO Y, CONTRA SU PARED INTERIOR, UN LECHO CATALITICO (9). SE ALCANZA UN PUNTO DE FUNCIONAMIENTO AUTOTERMICO INCLUYENDO EN EL LECHO CATALITICO MEDIOS DE CALENTAMIENTO (POR EJEMPLO RESISTENCIAS ELECTRICAS) QUE SE CONECTAN TEMPORALMENTE A LA RED DE ALIMENTACION, DESPUES DE LO CUAL SE PONEN EN MARCHA LAS OPERACIONES DE DEPURACION HACIENDO GIRAR LA CORONA Y CIRCULAR LOS EFLUENTES. A CONTINUACION SE PROCEDE A LA REGULACION TERMICA MEDIANTE INYECCION CONTROLADA EN LOS EFLUENTES DE UN COMBUSTIBLE O DE AGUA PULVERIZADA, POR EJEMPLO, UTILIZANDO INYECTORES (15, 16). APLICACION: INCINERACION DE COV, POR EJEMPLO, EN EFLUENTES INDUSTRIALES.

Description

Procedimiento de depuración catalítica de efluentes gaseosos.

La invención se refiere a un dispositivo rotativo perfeccionado de purificación catalítica de efluentes gaseosos.

La invención encuentra aplicaciones principalmente en los sistemas de cambio de calor o adaptados para purificar aire cargado de substancias, tales como compuestos orgánicos volátiles (C.O.V.), que pueden ser oxidadas y eliminadas por incineración térmica o catalítica.

Por la patente FR-A-2.720.488 se conoce un dispositivo de cambio térmico y de purificación por efecto térmico y/o catalítico de gases contaminados tales como C.O.V. Comprende una envoltura o caja, un conducto de introducción de los efluentes contaminados en la caja, otro para la evacuación de los efluentes tratados fuera de la caja, una corona que contiene una carga inerte de materiales sólidos particulares que presentan una gran superficie de cambio térmico (sílice, granito o materiales más ligeros tales como estructuras alveolares metálicas u otras, o incluso nódulos criogénicos para las temperaturas negativas, etc) que está dispuesta en el interior de la caja. La corona puede dividirse en varias partes por un tabique interior o bien según el caso, servir de soporte a un cierto número de cestas. Medios motores son utilizados para animar la corona y la jaula de un movimiento de rotación uno relativamente al otro alrededor de un eje vertical (o bien la corona gira, estando fija la caja, o bien la corona por el contrario se fija y la jaula gira alrededor de ella). En un primer sector angular de la corona, se efectúa una primera transferencia de calor entre los efluentes y la carga inerte. Por un segundo sector de la corona, se efectúa una segunda transferencia de calor entre dos efluentes y la carga en la corona. Un reactor térmico previsto eventualmente de un lecho catalítico, está dispuesto en esta parte central para quemar las substancias contaminantes en los efluentes canalizados por la primera zona angular.

Por la patente FR-A-2.728.483, se conoce un dispositivo de purificación catalítica de efluentes contaminados por COV que comprenden, en el interior de una jaula fija, una corona giratoria de eje vertical que comprende un lecho catalítico anular que cubre su pared interior y una carga anular exterior en el lecho catalítico, de un material que presenta una gran superficie de cambio térmico. Los efluentes atraviesan dos veces el lecho catalítico de una parte y de otra de la zona central. Un quemador está dispuesto por encima de la zona central de reacción y es registrado por medio de una junta giratoria, con un conducto de inyección de carburante. Se utiliza para calentar los efluentes que entrantes, para alcanzar un punto de funcionamiento autotérmico, o eventualmente para hacer una aportación térmica en el caso donde el contenido en compuestos contaminantes COV es insuficiente para obtenerlo.

Por la patente EP-A-0 194 430, se conoce regular la temperatura de un reactor catalítico por inyección controlada de una substancia reactiva y de un gas refrigerante.

Por la solicitud de patente FR-A-2 246 724, se conoce igualmente utilizar medios de calentamiento eléctrico para calentar un regenerador catalítico dispuesto en el circuito de escape de máquinas de combustión interna.

Por la solicitud de patente EP-A-0 037 119, se conoce igualmente utilizar medios de calentamiento eléctrico para calentar un dispositivo de purificación en reactor catalítico.

El procedimiento según la invención permite la purificación en continuo por combustión catalítica, de efluentes gaseosos cargados de substancias contaminantes, tales como compuestos órgano-volátiles (COV), en un dispositivo que comprende una caja, una corona de eje vertical dispuesta en el interior de la jaula y que contiene al menos una carga térmica de materiales que presentan una gran superficie de cambio térmico, medios motores para animar la corona de un movimiento de rotación relativamente a la caja, un reactor de lecho catalítico dispuesto en la parte central del dispositivo para purificar los efluentes, al menos un conducto para la introducción de efluentes en la jaula y al menos un conducto para la evacuación de efluentes fuera de la caja, medios de calentamiento eléctrico y medios de inyección controlada de un combustible y/o de al menos un fluido inflamable de refrigeración, susceptible(s) de regular la temperatura de combustión. El procedimiento comprende sucesivamente:

- una fase previa de calentamiento del reactor de lecho catalítico el tiempo necesario para llevar el lecho catalítico a una temperatura suficiente propia al inicio de una reacción de oxidación catalítica de substancias contaminantes, por conexión temporal de elementos de calentamiento eléctrico sumergidos en el lecho catalítico en un aparato de alimentación eléctrico exterior al dispositivo cuando la corona es inmóvil relativamente en la caja, y, después de desconexión de los medios de calentamiento del aparato de alimentación eléctrico exterior;

- una fase de funcionamiento con una puesta en rotación de la corona relativamente a la jaula activando los medios motores y establecimiento de una circulación permanente de efluentes a purificar a través de la corona, y una regulación térmica de la reacción autotérmica utilizando los denominados medios de inyección.

El procedimiento presenta numerosas ventajas. La utilización de elementos de calentamiento en contacto íntimo con el catalizador, y que se conecta temporalmente a un aparato de alimentación eléctrico exterior antes del inicio de las operaciones de purificación propiamente dichas, simplifica ampliamente la realización y la utilización del dispositivo de empleo.

a) El precalentamiento del catalizador es comparativamente mucho más rápido, que con los medios de calentamiento indirectos de circulación de aire caliente utilizados anteriormente, donde el reactor es llevado a alta temperatura de funcionamiento por una circulación de aire recalentado por medio de un quemador auxiliar. No solamente porque el calentamiento es más eficaz en relación al contacto estrecho entre los elementos de calentamiento y el catalizador, sino igualmente porque la secuencia de precalentamiento es mucho más corta. Las reglamentaciones en vigor imponen en efecto respetar secuencias de seguridad codificadas para la alimentación y el encendido de los quemadores industriales que alargan las operaciones de empleo.

La etapa previa de calentamiento puede efectuarse fuera de los periodos de funcionamiento normal del dispositivo, la noche o los fines de semana, y a menor coste aprovechando tarifas de horas "de menor consumo". La conexión con la red eléctrica es simplificada porque se establece solo cuando la corona es inmovilizada. Siendo los medios de regulación de la temperatura de funcionamiento circuitos de inyección de fluidos (carburante y agua pulverizada, por ejemplo) asociados al conducto de entrada de los efluentes, son fáciles de instalar. La disposición del dispositivo es favorable a una disminución de los costes de fabricación y de conservación y a una simplificación de los medios de seguridad a emplear.

Otras características y ventajas del dispositivo perfeccionado según la invención, aparecerán en la lectura de la descripción a continuación de ejemplos no limitativos de realización, en sí referentes a la figura 1 que muestra esquemáticamente en corte un modo de realización del dispositivo.

El dispositivo 1 comprende (Figura 1) una corona 1 con eje vertical dispuesto en el interior de una envoltura o jaula exterior metálica 2, de forma cilíndrica por ejemplo. El diámetro de la jaula o envoltura 2 es superior al de la corona 1. Esta es por ejemplo descentrada con relación a la jaula 2. De una parte y de otra del plano diametral que contiene el eje vertical 3 de la corona, y siguiendo un sector angular limitado, la jaula 2 comprende una porción de pared lateral 4 prácticamente tangente a la pared lateral de la corona 5. El espacio interior de la jaula alrededor de la corona 1 de una parte y de otra de la porción de pared 4 comprende así dos zonas redondeadas de sección variable Za y Zb. Se comunican respectivamente con un conducto 6 de entrada de los efluentes gaseosos a purificar, y un conducto 7 de evacuación de estos mismos efluentes después de la purificación.

La corona 1 está provista de un tabique interior constituido de placas radiales o sectores angulares 8 regularmente repartidos. Un primer sector angular A delimitado por una o varias placas radicales 8, canaliza los efluentes a purificar introducidos en la zona convergente Za hacia la zona central de la corona (flujo Fe). Un segundo sector B hace comunicar la zona central 8 de la corona con la zona divergente Zb y con el conducto de evacuación 7 (flujo Fs).

La pared interior de la corona es revestida alrededor con un lecho catalítico anular 9 constituido por un lecho de partículas, o eventualmente por un catalizador de nido de abejas. Los efluentes deben atravesar el lecho catalítico una primera vez para alcanzar la zona central reactiva y una segunda vez para abandonarla y atravesar la zona angular opuesta antes de su evacuación hacia el exterior.

Medios de calentamiento son utilizados para calentar el lecho catalítico 9. Se utilizan por ejemplo resistencias eléctricas R (Fig. 2) dispuestas en el seno del lecho catalítico, sobre todo el contorno interior de la corona 1, unidos a medios de conexión eléctricos (no representados) que se pueden registrar a la red eléctrica o bien manualmente o bien gracias a un robot de derivación de un tipo conocido.

En la parte de la corona 1 restante, exteriormente a este lecho catalítico 9 y entre las placas de tabique 8, se distribuye una masa inerte M constituida por un material de gran superficie de cambio térmico. Puede tratarse de bolas de cerámica o metálicas, de virutas o serrín de mecanización, de revestimiento amorfo o estructurado, de una estructura alveolar con alvéolos regulares o irregulares tal como una estructura de nidos de abeja, de capas metálicas o cerámicas tricotadas tejidas o agujeteadas etc. Se puede utilizar, por ejemplo, una estructura alveolar tal como se describe en la patente FR 2.564.037 de la Firma Solicitante, o incluso puede estar constituida por piedras.

Para facilitar la construcción y la carga, la corona puede estar adaptada también para servir de soporte a un cierto número de cestas paralelepipédicas 10 separadas las unas de las otras, como se representa sobre la figura 1.

Siguiendo un modo preferido de realización, pueden añadirse medios de filtración particular al exterior de la corona, para retener los polvos y partículas susceptibles a la larga de taponar la masa térmica M y el lecho catalítico 9. Estos medios de filtración pueden estar constituidos por una capa filtrante 11 en la forma por ejemplo de una capa formada de 3 a 10 cm de espesor, fácilmente amovible, de materiales metálicos, cerámicos o compuestos, o más generalmente de un material tejido o no tejido cuya densidad está adaptada al poder de detención buscado. Esta capa de filtración, de por su gran superficie, participa en el cambio térmico.

En el plano diametral de simetría que contiene el eje 3 de la corona, la estrechez del espacio que queda entre ella y la jaula debido al hecho de su excentricidad y del saliente de la pared 4, crea una pérdida de carga suficiente para impedir las comunicaciones periféricas directas entre los dos espacios aguas arriba y aguas abajo Za y Zb de otro modo que a través de la zona central Zc. Juntas o baberos 12 pueden colocarse eventualmente en la periferia de la corona donde la temperatura es relativamente baja, para perfeccionar la estanqueidad.

La corona y la jaula son cerradas en sus partes inferiores y superiores por placas planas 13. Entre las placas correspondientes de la corona y de la caja, varias escobillas (no representadas) de apoyo simultáneo, impiden los flujos parásitos de contorno entre las zonas Za y Zb.

Medios motores (no representados) dispuestos por encima de la jaula por ejemplo, están acoplados con el eje 3 de la corona, para arrastrarla en rotación con relación a la caja.

El sector angular intermedio Zd delimitado por la porción de pared 4 de la caja, comprende preferentemente una abertura para un conducto 14 de inyección de aire fresco destinado a purgar los efluentes viciados a través de la masa térmica y el catalizador en los cuales sectores angulares de la corona pasan delante de ella, antes de cada inversión del sentido del flujo. El aire de purga después de atravesar sectores purgados, se encuentra de nuevo en la zona central donde es arrastrado con el flujo principal hacia la zona Zb a través de la corona 1.

En el sector Ze opuesto al sector Zd, la jaula comprende otro conducto 15 para una inyección de aire fresco destinado a regular si es necesario, la temperatura de la reacción catalítica si se eleva demasiado.

El dispositivo comprende igualmente un medio 16 de inyección de un carburante tal como GPL por ejemplo, así como un medio 17 de inyección de un fluido de refrigeración tal como agua pulverizada por ejemplo para completar la acción del aire inyectado por el conducto 15.

Funcionamiento

Una primera etapa consiste en llevar el lecho catalítico 9 a una temperatura suficiente (200 a 300ºC por ejemplo) para que la reacción de oxidación en presencia de COV pueda iniciarse. Se derivan los medios de conexión unidos a las resistencias eléctricas R de calentamiento del lecho catalítico, a una fuente de energía exterior, tal como la red eléctrica. La operación se efectúa preferentemente fuera de las horas normales de funcionamiento del dispositivo aprovechando zonas horarias de tarifa reducida (la noche por ejemplo).

La temperatura de reacción (de 300ºC por ejemplo) que ha sido alcanzada, el dispositivo se pone en marcha con puesta en rotación de la corona 1 y establecimiento de una circulación de los efluentes en el interior de la jaula 2. Los efluentes que atraviesan dos veces el lecho catalítico 9, una primera vez para alcanzar la zona central de la corona 1 que viene de la zona de introducción Za, una segunda vez para alcanzar la zona Zb de evacuación. La reacción de oxidación se desencadena espontáneamente en presencia de las partículas de COV en los efluentes. Es exotérmica y regulada de tal manera para sacar suficiente energía para compensar prácticamente la disipación calorífica. Según la eficacia térmica de la carga térmica M y la temperatura operativa, una proporción de 0,3 a 1 g de COV por m3 de efluentes sufre generalmente por un funcionamiento autotérmico.

Por el conducto 15 se puede inyectar aire fresco de tal manera para regular en un primer tiempo la temperatura de la reacción catalítica si se eleva demasiado. Si esta inyección se considera insuficiente para asegurar la regulación térmica requerida, se desencadena la inyección por el conducto 17, de un líquido pulverizado, tal como agua que se mezcla con los efluentes a tratar.

Los medios 16, 17 de inyección de carburante y de fluido de refrigeración en el conducto de entrada 6, permiten compensar las variaciones de temperatura unidas a las variaciones del contenido en compuestos contaminantes (COV) de los efluentes. Si el contenido viene a disminuir, se controla una inyección de carburante para revelar la temperatura que reina en la parte central de la jaula 2. Si se eleva la temperatura de la zona reactiva, bajo el efecto de un aumento del contenido en COV, se controla una inyección de fluido de refrigeración, (del agua pulverizada por ejemplo) para llevarla de nuevo a un intervalo de funcionamiento normal.

Después de su doble paso a través del lecho catalítico, a una y otra parte de la zona central Zc, los COV se encuentran transformados por la reacción en productos de combustión diversos: CO2, H2O, N2 principalmente, SOx y NOx en el estado de trazas.

Los gases a temperatura elevada procedentes de la zona reactiva atraviesan la parte de la carga M situada en la zona angular B de la corona y le ceden una buena parte de sus calorías. La rotación de la corona 1 relativamente a la jaula 2, conduce progresivamente los elementos calentados hacia la zona angular A, donde pueden ceder en su giro a los gases que entran por el conducto de entrada 6, una parte de la energía calorífica acumulada.

La disposición del modo de realización que viene de describirse, con su corona giratoria 1 de lecho catalítico 9, sus medios de calentamiento R integrados en el lecho catalítico 9 y sus medios de regulación térmica por inyección de fluidos, permite disminuir considerablemente el coste de fabricación y de funcionamiento del dispositivo, con relación a los modos de realización anteriores. Los medios de calentamiento R del lecho catalítico que están desconectados antes de la puesta en marcha del dispositivo, se evitan así los conectores giratorios necesarios de otro modo para su alimentación. Los medios de regulación de temperatura (inyectores 16 de carburante, inyector de agua por ejemplo 17) son conectados simplemente al conducto de entrada 6.

El reactor catalítico está constituido aquí por un lecho 9 colocado en la corona giratoria 1. Sin embargo, no se saldría del marco de la invención, utilizando un reactor catalítico dispuesto de forma general en la zona central Zc de la corona, provisto igualmente de medios de calentamiento que funcionan igualmente durante etapas de precalentamiento previas a las operaciones de purificación y desconectados antes de la puesta en funcionamiento del dispositivo.

Claims (1)

1. Procedimiento de purificación en continuo por combustión catalítica, de efluentes gaseosos cargados de substancias contaminantes, tales como compuestos orgánicos volátiles (COV), en un dispositivo que comprende una jaula (2), una corona (1) de eje vertical dispuesto en el interior de la jaula y que contiene al menos una carga térmica (M) de materiales que presentan una gran superficie de cambio térmico, medios motores para proporcionar a la corona (1) un movimiento de rotación con relación a la jaula (2), un reactor de lecho catalítico (9) dispuesto en la parte central del dispositivo para purificar los efluentes, al menos un conducto (6) para la introducción de efluentes en la jaula (2) y al menos un conducto (7) para la evacuación de efluentes fuera de la caja, medios de calentamiento eléctrico y medios de inyección controlada de un combustible y/o de al menos un fluido inflamable de refrigeración, susceptible(s) de regular la temperatura de combustión, caracterizado porque comprende sucesivamente:

- una fase previa de calentamiento del reactor de lecho catalítico (9) durante el tiempo necesario para llevar el lecho catalítico a una temperatura suficiente propia para el inicio de una reacción de oxidación catalítica de las substancias contaminantes, por conexión temporal de elementos de calentamiento eléctrico sumergidos en el lecho catalítico (9) en un aparato de alimentación eléctrico exterior al dispositivo cuando la corona (1) está inmóvil con relación a la jaula(2), y, después de desconexión de los medios de calentamiento del aparato de alimentación eléctrica exterior; y

- una fase de funcionamiento con una puesta en rotación de la corona con relación a la jaula activando los medios motores y establecimiento una circulación permanente de efluentes a purificar a través de la corona, y una regulación térmica de la reacción autotérmica utilizando los denominados medios de inyección.