ES2276878T3 - Procedimiento de tratamiento por combustion de gas y aparatos para el mismo. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de tratamiento por combustión de gas para el tratamiento por combustión de un gas que contiene amoniaco y un gas que contiene sulfuro de hidrógeno, comprendiendo dicho procedimiento: una primera etapa de tratamiento por combustión en la que se introducen y queman un combustible y el gas que contiene amoniaco; una etapa de reducción de óxido de nitrógeno corriente abajo de la primera etapa de tratamiento por combustión, en la que se introduce un agente reductor y los óxidos de nitrógeno producidos en la primera etapa de tratamiento por combustión se reducen en una atmósfera reductora y una segunda etapa de tratamiento por combustión corriente abajo de la etapa de reducción del óxido de nitrógeno, en la que se introduce y quema el gas que contiene sulfuro de hidrógeno, junto con aire; caracterizado porque en la etapa de reducción del óxido de nitrógeno se introduce una parte del gas que contiene amoniaco y los óxidos de nitrógeno producidos en la primera etapa de tratamientopor combustión se reducen en una atmósfera reductora.
Description
Procedimiento de tratamiento por combustión de
gas y aparatos para el mismo.
Esta invención se refiere a procedimientos para
tratamiento por combustión de gas y aparatos de combustión de gas.
Más en particular, se refiere a un aparato de combustión adecuado
para usar como un horno de combustión para gases residuales
resultantes de la purificación húmeda del gas de gasificación del
carbón y un procedimiento de combustión del mismo.
Cuando se gasifica el carbón y se usa como un
combustible para la generación de energía eléctrica, el gas
producto contiene compuestos de azufre (por ejemplo sulfuro de
hidrógeno y sulfuro de carbonilo) y compuestos de nitrógeno tales
como amoniaco. Desde el punto de vista de la protección
medioambiental y prevención de la corrosión, estos compuestos se
eliminan en equipos de purificación húmeda. El sulfuro de hidrógeno
(H_{2}S) eliminado en el equipo de purificación húmeda se vacía y
descarga como un gas residual que contiene óxido de hidrógeno en
una concentración elevada (es decir, gas residual de H_{2}S). Por
otra parte, el amoniaco recuperado (NH_{3}) se vacía y descarga
de manera similar como un gas residual de que contiene amoniaco (es
decir, gas residual de NH_{3}). Este sistema se describe más
específicamente más adelante haciendo referencia a un diagrama de
flujo mostrado en la figura 3.
Haciendo referencia al diagrama de flujo
mostrado en la figura 3, el sulfuro de hidrógeno presente en el gas
producto se elimina con la ayuda de una amina en la etapa de
eliminación de H_{2}S y el sulfuro de hidrógeno se libera de
nuevo a partir de la amina. Para efectuar el tratamiento por
combustión del gas de regeneración resultante que contiene sulfuro
de hidrógeno, se ha tratado el gas residual de H_{2}S en un horno
de combustión común, horno de combustión de tipo almacenamiento o
similar. Como aparato de combustión usado en esta etapa de
combustión, se ha elegido y usado de manera convencional un horno de
combustión de tipo almacenamiento, ya que cuando se quema sulfuro
de hidrógeno en él la cantidad de SO_{3} formada como producto
secundario es pequeña.
Sin embargo, los hornos de combustión de tipo
almacenamiento tienen problemas ya que requieren un mecanismo de
válvula para llevar a cabo el funcionamiento mientras cambian una
pluralidad de líneas de flujo para mantener la eficacia del
intercambiador de calor y su procedimiento de funcionamiento es
problemático. Por otra parte, son desfavorables desde el punto de
vista de la fiabilidad que asegure la ausencia de problemas como
fallos. Es decir, como el intercambio de calor se efectúa cuando un
gas fluye a través de reservorios de calor, puede ocurrir que la
temperatura de un reservorio de calor continúe aumentando mientras
que la temperatura de otro continúa bajando. Por consiguiente, se
requiere llevar a cabo el funcionamiento mientras se cambian una
pluralidad de válvulas de manera constante para intercambiar el gas
que entra y sale de los reservorios de calor correctamente.
Por otro lado, cuando se usan hornos de
combustión de tipo almacenamiento convencionales (a 1.000ºC) para
el tratamiento por combustión de gas residual de NH_{3}, no puede
lograrse el tratamiento por combustión completo de NH_{3} por
aparecer una pérdida de NH_{3} lateral corriente abajo. Aunque se
requiera una temperatura de combustión elevada (aproximadamente
1.500ºC) para descomponer NH_{3} completamente, la temperatura de
funcionamiento de los hornos de combustión de tipo almacenamiento se
ha limitado a aproximadamente 1.000ºC debido, por ejemplo, a los
límites de temperatura que soportan los reservorios de calor que
comprenden mullita y cordierita (materiales cerámicos de alta
temperatura).
Además desde el punto de vista de la reducción
de óxido de nitrógeno (NO_{x}), es necesario quemar gas residual
de NH_{3} a una temperatura elevada (aproximadamente 1.500ºC), ya
que la reacción de desnitrificación de NO (formado a partir de una
parte de NH_{3}) con NH_{3} se pronuncia a 1.300ºC o más. Por
otro lado, el NO_{x} producido en la etapa de combustión incluye
NO_{x} combustible formado a partir de combustibles que contienen
nitrógeno tales como amoniaco y NO_{x} térmico formado a partir de
nitrógeno atmosférico en regiones de temperatura elevada (por
ejemplo, llamas). Aunque la velocidad de formación de NO_{x}
térmico mejora en regiones de temperatura elevada, la cantidad de
NO_{x} térmico producido aumenta a temperaturas elevadas. Sin
embargo, cuando se trata de manera continua una gran cantidad de un
gas que contiene amoniaco, es necesario usar una temperatura capaz
de descomponer NH_{3} completamente. Es decir, se desea
desarrollar una técnica para el tratamiento de un gas que contiene
amoniaco en la que se trate NH_{3} a una temperatura capaz de
descomponerlo completamente y la cantidad de NO_{x} producido
pueda reducirse.
Por otro lado, un aparato de combustión de tipo
quemado directo puede tratar sulfuro de hidrógeno y amoniaco a
temperaturas muy elevadas quemando un combustible en una sección del
quemador y alimentándose con sulfuro de hidrógeno y amoniaco. Junto
a este aparato de combustión, se ha propuesto como una técnica para
minimizar la cantidad de NO_{x} producido por la combustión del
amoniaco, una técnica de etapa única para controlar, por ejemplo,
la cantidad de oxígeno introducido y de ese modo el amoniaco que se
quema en una atmósfera reductora, por ejemplo a una temperatura en
la proximidad de 1.000 a 1.200ºC.
Sin embargo, para mantener una temperatura
elevada de aproximadamente 1.000ºC o más, en atmósfera reductora,
es necesario quemar una gran cantidad de combustible adicional. Por
otra parte, se requiere un aparato de combustión de gran tamaño
adaptado para condiciones de temperaturas elevadas y esto no es
rentable desde el punto de vista de inversión en el funcionamiento
y equipo. Además, para resolver los problemas anteriormente
descritos asociados a los hornos de combustión de tipo
almacenamiento y de ese modo lograr una reducción de NO_{x}
satisfactoria, se desea quemar y descomponer amoniaco a una
temperatura elevada de al menos 1.300ºC o más, mejor que próxima a
1.000ºC.
Si se usa un aparato de combustión de tipo
quemado directo para quemar y descomponer amoniaco a temperaturas
elevadas, se produce NO_{x} como resultado del tratamiento a
temperatura elevada. Por consiguiente, se requiere una medida
adecuada para reducir NO_{x} con la ayuda de un agente reductor
(por ejemplo, NH_{3}, H_{2}S o CO) o similar.
El documento
US-A-5.508.013 describe un
procedimiento de tratamiento por combustión de gas para el
tratamiento por combustión de un gas que contiene amoniaco y un gas
que contiene sulfuro de hidrógeno que comprende las características
de la parte del preámbulo de la reivindicación 1 y también las
características de la parte del preámbulo de la reivindicación
8.
El documento
US-A-4.596.699 describe además un
aparato para quemar sulfuro de hidrógeno, en el que un gas ácido
que contiene amoniaco se quema en presencia de aire en condiciones
subestequiométricas en una primera cámara de reacción por calor,
mientras que el gas ácido libre de amoniaco se quema en una segunda
cámara de reacción por calor, formando una serie con la primera
cámara. Los efluentes mezclados de ambas cámaras de reacción por
calor pueden pasar a través de una cámara de residencia a
temperatura elevada antes de llevarlos a una etapa de recuperación
de calor.
En vista de los problemas anteriormente
descritos, los presentes inventores realizaron investigaciones
intensas con el propósito de desarrollar un procedimiento para el
tratamiento de un gas que contiene amoniaco y un gas que contiene
sulfuro de hidrógeno en el que puedan tratarse estos gases
residuales con un coste de gestión reducido, en el que pueda
suprimirse de manera eficaz la emisión de óxidos de nitrógeno
(NO_{x}) y similares de modo que sean menores que los niveles de
carga medioambiental requeridos y en el que el aparato usado para
ello sea sencillo y de pequeño tamaño, tenga gran fiabilidad y su
funcionamiento y mantenimiento sean fáciles.
Como resultado, los presentes inventores han
descubierto que estos problemas pueden resolverse proporcionando
una etapa de reducción de óxido de nitrógeno entre la etapa de
combustión del amoniaco y la etapa de combustión del sulfuro de
hidrógeno y alimentando con gas amonio o gas sulfuro de hidrógeno al
aparato de combustión en dos partes separadas. La presente
invención se ha completado desde este punto de vista.
Es decir, la presente invención proporciona un
procedimiento de tratamiento por combustión de gas para el
tratamiento por combustión de un gas que contiene amoniaco y un gas
que contiene sulfuro de hidrógeno, comprendiendo el procedimiento
una primera etapa de tratamiento por combustión en la que se
introducen y queman un combustible y el gas que contiene amoniaco;
una etapa de reducción de óxido de nitrógeno corriente abajo de la
primera etapa de tratamiento por combustión, en la que se introduce
un agente reductor (por ejemplo, una parte del gas que contiene
amoniaco o del gas que contiene sulfuro de hidrógeno) y se reducen
los óxidos de nitrógeno producidos en la primera etapa del
tratamiento por combustión en una atmósfera reductora y una segunda
etapa de tratamiento por combustión corriente abajo de la etapa de
reducción del óxido de nitrógeno, en la que se introducen y queman
el gas que contiene sulfuro de hidrógeno, junto con aire. Además, en
la etapa de reducción del óxido de nitrógeno, se introduce una
parte del gas que contiene amoniaco y los óxidos de nitrógeno
producidos en la primera etapa de tratamiento por combustión se
reducen en una atmósfera reductora. En la anteriormente mencionada
primera etapa de tratamiento por combustión, se prefiere realizar el
tratamiento por combustión en una atmósfera oxidante a 1.300ºC o
más.
En la primera etapa de tratamiento por
combustión, se prefiere medir la temperatura de gas a la salida y
controlar el caudal del combustible de manera que estén controladas
y la temperatura de gas a la salida no sea menor que una
temperatura predeterminada. Por otra parte, en la etapa de reducción
del óxido de nitrógeno o en la segunda etapa de tratamiento por
combustión, es preferible medir la concentración de óxido de
nitrógeno a la salida y controlar el caudal del gas que contiene
amoniaco o el gas que contiene sulfuro de hidrógeno introducido en
la etapa de reducción de óxido de nitrógeno de manera que estén
controlados y la concentración de óxido de nitrógeno a la salida no
sea mayor que una concentración predeterminada.
La presente invención proporciona también un
aparato de combustión de gas para el tratamiento por combustión de
un gas que contiene amoniaco y un gas que contiene sulfuro de
hidrógeno, comprendiendo el aparato una primera sección de
combustión en la que se introducen y queman el gas que contiene
amoniaco, junto con un combustible; una sección de reducción de
óxido de nitrógeno localizada corriente abajo de la primera sección
de combustión, en la que se introduce una parte del gas que
contiene sulfuro de hidrógeno y los óxidos de nitrógeno transferidos
desde la primera sección de combustión se reducen en una atmósfera
reductora y una segunda sección de combustión localizada corriente
abajo de la sección de reducción de óxido de nitrógeno, en la que se
introduce y quema el gas que contiene sulfuro de hidrógeno
remanente, junto con aire y en la que se proporciona una pantalla
antirradiación entre la sección de reducción del óxido de nitrógeno
y la segunda sección de combustión. Se desea que el aparato de
combustión de gas tenga una estructura en la que la sección
transversal de la línea de flujo del gas que se extiende desde la
primera sección de combustión hasta la sección de reducción del
óxido de nitrógeno se haga menor que las secciones transversales de
la primera sección de combustión y la sección de reducción del
óxido de nitrógeno.
La presente invención puede proporcionar un
aparato de combustión de tres etapas en el que el tratamiento por
combustión de los gases residuales que resultan de la purificación
del gas de gasificación del carbón pueda realizarse de manera muy
eficaz.
En un sistema que usa el aparato de combustión
de la presente invención, el gas residual de NH_{3} y el gas
residual de H_{2}S se someten a tratamiento por combustión en el
mismo aparato de combustión. Cuando se quema gas residual de
NH_{3} en un intervalo de temperaturas elevadas (aproximadamente
1.500-1.600ºC), se suprime la producción de
NO_{x} a un nivel bajo. Por consiguiente, en la etapa inicial del
aparato de combustión de la presente invención, se somete primero
el gas residual de NH_{3} a tratamiento por combustión perfecto
en una atmósfera oxidante y convirtiéndose de ese modo en nitrógeno
y agua. Como el gas residual de H_{2}S pueda tratarse en un
intervalo de temperaturas bajo (800ºC o más), el gas residual de
H_{2}S se somete a tratamiento por combustión en una atmósfera
oxidante y convirtiéndose de ese modo en agua (H_{2}O) y dióxido
de azufre (SO_{2}) tras el tratamiento por combustión del gas
residual de NH_{3}.
Como el tratamiento por combustión del amoniaco
(NH_{3}) produce algunos óxidos de nitrógeno (NO_{x}), una
parte del gas residual de H_{2}S o del gas residual de NH_{3}
pasa y se introduce en presencia de NO_{x} inmediatamente después
de la combustión del amoniaco. Por lo tanto, en la segunda etapa que
comprende una etapa de reducción de óxido de nitrógeno, se reduce
NO_{x} a N_{2} en una atmósfera reductora, dando como resultado
una concentración de NO_{x} reducida. El aparato de combustión de
tres etapas de la presente invención se divide en tres etapas.
Comenzando desde su extremo corriente arriba para introducción de
gas, la primera etapa comprende una primera sección de combustión
para quemar gas residual de NH_{3}, la segunda etapa comprende
una sección de reducción de óxido de nitrógeno para reducir NO_{x}
y la tercera etapa comprende una segunda sección de combustión para
quemar gas residual de H_{2}S. Esta construcción en tres etapas
hace posible realizar el tratamiento por combustión de gas residual
de NH_{3} y gas residual de H_{2}S en el mismo aparato de
combustión mientras se consiguen valores de carga
medioambiental
bajos.
bajos.
Dado que la presente invención permite el
tratamiento por combustión secuencial de gas residual de NH_{3} y
gas residual de H_{2}S, desaparece la necesidad de tratarlos por
separado lo que lleva a una simplificación del sistema de
tratamiento. Por otra parte, quemando gas residual de NH_{3}, no
es necesario el coste para deshacerse del agua amoniacal. Además,
proporcionando una sección de paso para gas residual de H_{2}S o
gas residual de NH_{3}, se reduce la producción de NO_{x}.
Además, puede esperarse el efecto de recuperación de calor a partir
del gas de desecho del horno de combustión.
La fig. 1 es una vista esquemática que
ilustra la construcción general del aparato de combustión de la
presente invención.
La fig. 2 es una vista esquemática que
ilustra una construcción ejemplar del aparato de combustión de la
presente invención.
La fig. 3 es una vista esquemática que
ilustra un sistema ejemplar en el que puede usarse de manera
adecuada el aparato de combustión de la presente invención.
Los números de referencia mostrados en estas
figuras se definen de la siguiente manera: 1 aparato de combustión;
1a primera sección de combustión; 1b sección de reducción de óxido
de nitrógeno; 1c segunda sección de combustión; 2 CRC (caldera de
recuperación de calor); 3 estrechamiento; 4 tabique; 10 TG (turbina
de gas); 11 IC (intercambiador de calor); 12 chimenea.
Se describirán a continuación formas de
realización específicas del procedimiento de combustión de gas según
la presente invención, haciendo referencia a los dibujos
adjuntos.
La figura 1 es una vista esquemática que ilustra
un ejemplo de un aparato de combustión adecuado para realizar el
procedimiento de tratamiento por combustión de la presente
invención. Visto desde su extremo corriente arriba en el que se
introducen amoniaco y un combustible, el aparato de combustión de
esta forma de realización está equipado con una primera sección de
combustión 1a, una sección de reducción de óxido de nitrógeno 1b y
una segunda sección de combustión 1c, en ese orden. En la primera
sección de combustión 1a, se introduce un gas que contiene amoniaco
(NH_{3}) junto con un combustible. Como este aparato de combustión
es de tipo quemado directo, se introduce un combustible para
provocar la combustión en el horno de combustión y este combustible
se inyecta normalmente a través de una boquilla. Al mismo tiempo, un
gas que contiene oxígeno que comprende aire o similar, se introduce
para quemar el combustible y amoniaco en la primera sección de
combustión 1a. Si se somete gas residual de NH_{3} al tratamiento
por combustión en un intervalo de temperaturas elevadas
(aproximadamente 1.500-1.600ºC), la producción de
NO_{x} a partir del amoniaco puede suprimirse a un nivel bajo.
Por consiguiente, en el aparato de combustión de la presente
invención, se introduce gas residual de NH_{3} primero en la
primera sección de combustión 1a constituyendo su etapa previa y
descomponiéndose en nitrógeno y agua por tratamiento por combustión
completo en una atmósfera oxidante.
El amoniaco que alimenta esta etapa se introduce
en forma de gas amoniaco. Por ejemplo, cuando la presente invención
se aplica a un sistema para la purificación de gas de gasificación
de carbón, se introduce un gas que contiene amoniaco recuperado en
un vaciado, en la primera sección de combustión 1a en su forma
gaseosa, sin condensarse.
El amoniaco se introduce en la primera sección
de combustión 1a del aparato de combustión, donde se expone a una
temperatura elevada de aproximadamente 1.500 a 1.600ºC y se
descompone en N_{2} y H_{2}O por tratamiento completo de
combustión. En esta primera etapa de tratamiento por combustión para
el amoniaco, la producción de NO_{x} puede suprimirse a alguna
zona por tratamiento por combustión a una temperatura muy elevada.
Sin embargo, la producción de NO_{x} térmico no puede evitarse
totalmente.
En el aparato de combustión de la presente
invención, por lo tanto, un gas que contiene sulfuro de hidrógeno o
el gas que contiene amoniaco se divide en dos partes. Una parte del
mismo se introduce en la sección de reducción de óxido de nitrógeno
1b del aparato de combustión y el gas sulfuro de hidrógeno restante
se introduce en una segunda sección de combustión 1c del aparato de
combustión. El sulfuro de hidrógeno es un componente que puede
quemarse suficientemente a aproximadamente 800ºC y no es necesario
usar una temperatura elevada de hasta 1.500ºC.
El gas resultante de la combustión en la primera
sección de combustión 1a se transfiere directamente a la sección de
reducción de óxido de nitrógeno 1b localizada en el lado corriente
abajo de la misma. En la sección de reducción de óxido de nitrógeno
1b, se introduce una parte del gas que contiene sulfuro de hidrógeno
o del gas que contiene amoniaco de modo que los óxidos de nitrógeno
transferidos desde la primera sección de combustión 1a puedan
reducirse en una atmósfera reductora. Aunque el tratamiento por
combustión de amoniaco (NH_{3}) en la primera sección de
combustión produce óxidos de nitrógeno (NO_{x}), una parte del gas
H_{2}S antes de quemarse, o una parte del gas que contiene
amoniaco, se introduce en presencia de NO_{x}, inmediatamente
después de la combustión del amoniaco. De este modo, se reduce
NO_{x} a N_{2} en una atmósfera reductora que comprende gas
H_{2}S o gas NH_{3}, dando como resultado una disminución del
NO_{x} presente en el gas.
Es decir, se crea una atmósfera reductora en la
sección de reducción de óxido de nitrógeno 1b en la cual se
introduce una parte del gas que contiene sulfuro de hidrógeno o del
gas que contiene amoniaco. En la primera sección de combustión 1a,
es necesario introducir y quemar un combustible adicional, de modo
que esté presente una atmósfera oxidante. Sin embargo, en la
sección de reducción de óxido de nitrógeno 1b, se reduce NO_{x} a
N_{2} en una atmósfera reductora producida al introducir el
sulfuro de hidrógeno o amoniaco. Será suficiente, como cantidad
introducida de gas que contiene sulfuro de hidrógeno o gas que
contiene amoniaco, al menos una cantidad requerida para crear una
atmósfera reductora en la sección de reducción de óxido de nitrógeno
1b. De manera específica, se introduce al menos una cantidad
equivalente al oxígeno presente.
En la primera sección de combustión 1a, se desea
minimizar el exceso de oxígeno de modo que se suprima la producción
de NO_{x}. Por otro lado, es necesario añadir algo de oxígeno en
exceso de modo que se efectúe la combustión perfecta. Por
consiguiente, las condiciones de funcionamiento actuales deberían,
preferentemente, ser tales que la cantidad de exceso de oxígeno
presente en el gas que fluye de la primera sección de combustión 1a
a la sección de reducción de óxido de nitrógeno 1b se controlara de
modo que estuviera normalmente en el intervalo de aproximadamente
0,1 a 3% en moles y más específicamente aproximadamente 0,5 a 1% en
moles. Esto hace fácil controlar la cantidad de gas que contiene
sulfuro de hidrógeno o gas que contiene amoniaco introducido para
convertir la atmósfera de la sección de reducción de óxido de
nitrógeno 1b en una atmósfera reductora. De ese modo, todo el
sulfuro de hidrógeno remanente puede introducirse en la segunda
sección de combustión 1c.
No se pone limitación particular en la
proporción entre las fracciones de gas que contiene sulfuro de
hidrógeno introducidas en la sección de reducción de óxido de
nitrógeno 1b y la segunda sección de combustión 1c, ya que depende,
por ejemplo, de las propiedades y contenidos del gas a tratar y
puede por lo tanto determinarse de manera arbitraria. Por ejemplo,
en el tratamiento de sulfuro de hidrógeno del gas de gasificación
del carbón, una forma de realización preferida es normalmente tal
que se introduzca 5 a 20% del gas que contiene sulfuro de hidrógeno
en la sección de reducción de óxido de nitrógeno 1b y 80 a 95% del
mismo en la segunda sección de combustión 1c. De forma similar al
sulfuro de hidrógeno, no se pone limitación particular en la
proporción entre las fracciones de gas que contiene amoniaco
introducidas en la primera sección de combustión 1a ni en la
sección de reducción de óxido de nitrógeno 1b. Por ejemplo, una
forma de realización preferida es tal que se introduzca 80 a 99%
del gas que contiene amoniaco en la primera sección de combustión 1a
y 1 a 20% del mismo en la sección de reducción de óxido de
nitrógeno 1b. No es necesario introducir un combustible en la
sección de reducción de óxido de nitrógeno 1b anteriormente
mencionada. Como esta sección normalmente tiene una temperatura de
aproximadamente 1.400 a 1.500ºC, el sulfuro de hidrógeno se quema
por sí mismo y el amoniaco también se descompone.
Después, el gas que tiene una concentración de
NO_{x} reducida se transfiere a la segunda sección de combustión
1c localizada en el lado corriente abajo de la misma. En esta
segunda sección de combustión 1c, se introduce y quema el gas que
contiene sulfuro de hidrógeno remanente, junto con aire. Como el gas
H_{2}S puede tratarse en un intervalo de temperaturas bajas
(800ºC o más), el gas H_{2}S se quema en una atmósfera oxidante y
se convierte de ese modo en agua (H_{2}O) y dióxido de azufre
(SO_{2}), tras el tratamiento por combustión del gas
NH_{3}.
La segunda sección de combustión 1c tiene
normalmente una temperatura de aproximadamente 800 a 900ºC y el
sulfuro de hidrógeno se quema en ella normalmente por sí mismo. El
sulfuro de hidrógeno es una sustancia que quema fácilmente a una
determinada temperatura o por encima incluso si su concentración es
baja y quema a 800ºC o más por sí mismo. Por lo tanto, cuando se
mezcla gas H_{2}S con el gas transferido de la sección de
reducción de óxido de nitrógeno 1b y con una temperatura de 1.000ºC
o más, se quema usando el gas como fuente de calor. Como el gas
H_{2}S introducido tiene un contenido en H_{2}S elevado y un
valor calorífico elevado, normalmente no es necesario combustible
para los propósitos de combustión. Sin embargo, si se requiere, se
puede añadir un combustible.
Usando el aparato de tratamiento de la presente
invención descrito anteriormente, el tratamiento por combustión de
un gas que contiene amoniaco o un gas que contiene sulfuro de
hidrógeno puede realizarse de manera muy eficaz. Una forma de
realización más específica del aparato se ilustra en la figura 2, no
estando de ese modo limitada la construcción del mismo. En esta
forma de realización, la referencia numérica 3 designa un
estrechamiento a través del cual el gas que fluye puede mezclarse
fácilmente. La referencia numérica 4 designa un tabique formado de
un material cerámico de temperatura elevada o similar con propósitos
de apantallamiento antirradiación (es decir una pantalla
antirradiación tal como una placa perforada). Esta pantalla
antirradiación se usa para crear una diferencia de temperatura
entre la sección de reducción de óxido de nitrógeno 1b y la segunda
sección de combustión 1c.
Como el gas de escape que tiene una temperatura
de aproximadamente 900ºC se descarga del aparato de combustión de
la presente invención, el calor puede recuperarse instalando una CRC
2 en el lado corriente abajo del horno de combustión.
Si se compara con un horno de combustión de tipo
almacenamiento, un horno de combustión de tipo quemado directo
produce una cantidad mayor de SO_{3} como resultado de la
combustión de H_{2}S. Como SO_{3} que forma polvo no puede
eliminarse de manera satisfactoria en un desulfurador de gas de
escape (no mostrado) instalado corriente abajo del mismo, el uso de
un horno de combustión de tipo quemado directo hace necesario
instalar un equipo de eliminación de SO_{3} en el lado corriente
abajo del horno de combustión.
Específicamente, el gas de escape resultante del
horno de combustión de tipo quemado directo se somete a recuperación
de calor en la CRC 2 (caldera de recuperación de calor) hasta que
se enfría a aproximadamente 300ºC y después pasa a través de una
torre de refrigeración húmeda donde se pone en contacto SO_{3} con
agua, recuperándose como ácido sulfúrico. El SO_{3} se disuelve
en agua casi completamente. Se produce una niebla de ácido sulfúrico
en esta torre de refrigeración, pero no puede eliminarse de manera
satisfactoria en el desulfurador de gas de escape. Por
consiguiente, se instala corriente abajo del horno de combustión un
precipitador electrostático PE (no mostrado) para precipitar la
niebla de ácido sulfúrico electrostáticamente. El procedimiento
citado provoca una reducción significativa en las cargas
medioambientales.
No se pone limitación particular al gas tratado
según la presente invención y pueden tratarse una amplia variedad
de gases que contengan amoniaco y sulfuro de hidrógeno. Un ejemplo
específico del mismo es el gas de gasificación del carbón que
contiene grandes cantidades de amoniaco y sulfuro de hidrógeno.
En un sistema para gasificar carbón y usar el
gas resultante como un combustible para generar energía eléctrica,
puede usarse el aparato de combustión de la presente invención como
una parte del sistema instalándolo en el lado corriente abajo de la
etapa de eliminación de sulfuro de hidrógeno con una amina usándolo
como un horno de combustión para los gases residuales resultantes
de la purificación húmeda del gas de gasificación del carbón. En el
sistema citado si se requiere para un gas que contiene amoniaco y un
gas que contiene sulfuro de hidrógeno al mismo tiempo, el
tratamiento de ambos gases residuales puede promoverse de manera muy
eficaz usando el aparato de combustión anteriormente descrito de la
presente invención.
Específicamente, el aparato de combustión
anteriormente descrito puede usarse de manera adecuada en la etapa
de combustión de un sistema de purificación ilustrado en la figura
3. En este caso, el gas amoniaco obtenido extrayendo el agua
residual separada en la etapa de lavado del agua se usa como gas que
contiene amoniaco. Esto hace que no sea necesario suministrar
amoniaco como agente reductor a partir de una fuente externa al
aparato de combustión ni para deshacerse del amoniaco. Por
consiguiente, no son necesarios aparatos de gran tamaño para
preparar amoniaco al 100% en condiciones de temperatura elevada y
presión elevada ni equipos asociados, de modo que el sistema de
tratamiento puede reducirse en tamaño y simplificarse. En el sistema
de la figura 3, se incorpora esencialmente todo el amoniaco al agua
residual, de modo que el gas que fluye desde la etapa de lavado del
agua a la etapa de eliminación del sulfuro de hidrógeno está
sustancialmente libre de amoniaco. Si el gas antes de la etapa de
lavado de agua contiene aproximadamente 1.000 ppm de amoniaco, el
contenido de amoniaco en el gas tras la etapa de lavado de agua se
reduce a 10 ppm o menos. Aunque la instalación de una etapa de
conversión de sulfuro de carbonilo (COS) (es decir, una etapa para
convertir COS en H_{2}S) no es esencial, puede instalarse, por
ejemplo, en el lado corriente arriba de la etapa de lavado de agua
como se ilustra en la figura 3.
Como el procedimiento de tratamiento de la
presente invención permite el tratamiento por combustión de gas
residual de NH_{3} y gas residual de H_{2}S en una secuencia
única, se elimina la necesidad de tratarlos por separado dando
lugar a una simplificación del sistema de tratamiento. Por lo tanto,
la emisión de óxidos de nitrógeno (NO_{x}), que ha sido un
problema implicado en el tratamiento de un gas que contiene
amoniaco, puede suprimirse de manera eficaz. Además, el aparato
usado es sencillo y de pequeño tamaño, tiene gran fiabilidad y su
funcionamiento y mantenimiento son fáciles. Además, quemando gas
residual de NH_{3}, puede lograrse una reducción en los costes
de gestión, por ejemplo, debido a que no es necesario el coste para
deshacerse del agua de amoniaco.
Claims (9)
1. Un procedimiento de tratamiento por
combustión de gas para el tratamiento por combustión de un gas que
contiene amoniaco y un gas que contiene sulfuro de hidrógeno,
comprendiendo dicho procedimiento:
una primera etapa de tratamiento por combustión
en la que se introducen y queman un combustible y el gas que
contiene amoniaco;
una etapa de reducción de óxido de nitrógeno
corriente abajo de la primera etapa de tratamiento por combustión,
en la que se introduce un agente reductor y los óxidos de nitrógeno
producidos en la primera etapa de tratamiento por combustión se
reducen en una atmósfera reductora y
una segunda etapa de tratamiento por combustión
corriente abajo de la etapa de reducción del óxido de nitrógeno, en
la que se introduce y quema el gas que contiene sulfuro de
hidrógeno, junto con aire;
caracterizado porque en la etapa de
reducción del óxido de nitrógeno se introduce una parte del gas que
contiene amoniaco y los óxidos de nitrógeno producidos en la
primera etapa de tratamiento por combustión se reducen en una
atmósfera reductora.
2. Un procedimiento de tratamiento por
combustión de gas según la reivindicación 1, en el que el agente
reductor comprende además una parte del gas que contiene sulfuro de
hidrógeno.
3. Un procedimiento de tratamiento por
combustión de gas según la reivindicación 2, en el que se introduce
5 a 20% del gas que contiene sulfuro de hidrógeno en la etapa de
reducción de óxido de nitrógeno y el gas que contiene sulfuro de
hidrógeno remanente se introduce en la segunda etapa de tratamiento
por combustión.
4. Un procedimiento de tratamiento por
combustión de gas según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que se
introduce 80 a 99% del gas que contiene amoniaco en la primera etapa
de tratamiento por combustión y el gas que contiene amoniaco
remanente se introduce en la etapa de reducción de óxido de
nitrógeno.
5. Un procedimiento de tratamiento por
combustión de gas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
4, en el que, en la primera etapa de tratamiento por combustión, se
realiza el tratamiento por combustión en una atmósfera oxidante a
1.300ºC o más.
6. Un procedimiento de tratamiento por
combustión de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
en el que, en la primera etapa de tratamiento por combustión, se
mide la temperatura del gas de salida y se controla el caudal de
combustible de modo que la temperatura del gas de salida no será
menor que una temperatura predeterminada.
7. Un procedimiento de tratamiento por
combustión de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
en el que en la etapa de reducción de óxido de nitrógeno o la
segunda etapa de tratamiento por combustión, se mide la
concentración de óxido de nitrógeno de salida y el caudal del gas
que contiene amoniaco o gas que contiene sulfuro de hidrógeno
introducido en la etapa de reducción de óxido de nitrógeno se
controla de modo que la concentración de óxido de nitrógeno de
salida no será mayor que una concentración predeterminada.
8. Un aparato de combustión de gas para
el tratamiento por combustión de un gas que contiene amoniaco y un
gas que contiene sulfuro de hidrógeno, comprendiendo dicho
aparato:
una primera sección de combustión (1a), en la
que se introducen y queman un combustible y el gas que contiene
amoniaco;
una sección de reducción de óxido de nitrógeno
(1b) localizada corriente abajo de la primera sección de combustión
(1a), en la que se introduce una parte del gas que contiene sulfuro
de hidrógeno y los óxidos de nitrógeno transferidos de la primera
sección de combustión (1a) se reducen en atmósfera reductora y
una segunda sección de combustión (1c)
localizada corriente abajo de la sección de reducción de óxido de
nitrógeno (1b), en la que se introducen y queman el gas que
contiene sulfuro de hidrógeno remanente, junto con aire;
caracterizado porque se proporciona una
pantalla antirradiación entre la sección de reducción de nitrógeno
y la segunda sección de combustión.
9. Un aparato de combustión de gas
según la reivindicación 8, en el que la sección transversal de una
línea de flujo de gas que se extiende desde la primera sección de
combustión (1a) hasta la sección de reducción de óxido de nitrógeno
(1b) se hace menor que las secciones transversales de la primera
sección de combustión (1a) y de la sección de reducción de óxido de
nitrógeno (1b).
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