ES2566021T3

ES2566021T3 - Sistema para la separación de compuestos de cromo(VI)

Info

Publication number: ES2566021T3
Application number: ES13150914.3T
Authority: ES
Inventors: Thomas Badenhop; Andreas Reinert
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2016-04-08
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: EP2620199B1; DE102012001654A1; EP2620199A1

Abstract

Sistema que comprende una unidad de generación de energía (13) y un filtro (4) para separar compuestos de cromo(VI) de gases de escape de esta unidad de generación de energía (13), estando previsto el filtro en la vía de gas de escape, caracterizado por que el filtro comprende una primera unidad filtrante con un primer cuerpo filtrante previsto en la vía de flujo del gas de escape y constituido por una tela metálica, una espuma metálica o una espuma cerámica, estando unida la primera unidad filtrante con la unidad de generación de energía de modo que se ajusta en la primera unidad filtrante durante el funcionamiento una temperatura de 180ºC a 500ºC, preferiblemente de 300ºC a 500ºC, transformando la primera unidad filtrante los compuestos de cromo(VI) en compuestos de cromo(III).

Description

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DESCRIPCION

Sistema para la separacion de compuestos de cromo(VI)

La invencion concierne a un sistema que comprende una unidad de generacion de energla y un filtro para separar compuestos de cromo(VI) de los gases de escape de esta unidad de generacion de energla segun la reivindicacion 1.

En las unidades de generacion de energla, como, por ejemplo, quemadores, maquinas Stirling o sistemas de pilas de combustible utilizados de manera descentralizada, se emplean aceros finos y aleaciones a base de nlquel con alta resistencia en caliente en componentes de conduccion de gas de combustion, aire y especialmente gas de escape. Los aceros finos y las aleaciones a base de nlquel con alta resistencia en caliente contienen cromo en grandes cantidades, el cual forma una capa de cubierta protectora de oxido para proteger as! el componente contra la corrosion por alta temperatura. Sin embargo, esta capa de cubierta puede ser atacada por la atmosfera, por ejemplo por una presion parcial incrementada de vapor de agua, y se pueden descargar compuestos de cromo del componente en forma de hidroxidos de cromo. Dependiendo de la temperatura y de la presion parcial de oxlgeno y de vapor de agua, se forman entonces a partir de la capa de cubierta protectora de Cr2O3 unos (oxidos)hidroxidos de cromo gaseosos metaestables (evaporacion de cromo). Debido a esfuerzos termicos clclicos se pueden producir tambien microfisuras en la capa de cubierta protectora y as! se pueden desprender y descargar oxidos de cromo. Por un lado, se pierde consecuentemente la capa de cubierta protectora. Por otro lado, se pueden descargar de la unidad de generacion de energla, directamente o con el condensado, unos compuestos de cromo toxicos para los humanos y peligrosos para el agua.

Los compuestos de cromo pueden llegar tambien al gas de humo con el combustible; por ejemplo, el carbon y los combustibles biogenos pueden contener cantidades relativamente grandes de cromo. Durante el proceso de combustion estos compuestos de cromo se convierten en oxidos de cromo. Se pueden producir entonces compuestos que contienen cromo(VI).

Es ciertamente conocido por los procesos de las centrales electricas el que se precipiten estos compuestos de cromo(VI) en lavaderos (por ejemplo, lavado con aminas) y se retiren del gas de humo juntamente con el agua de lavado. A continuacion, se depura el agua de lavado por medio de intercambiadores anionicos y cationicos para despojarla de los compuestos de cromo y se la alimenta nuevamente al lavadero de gas de humo. Los procedimientos qulmicos en humo requieren en general una alta inversion en aparatos, por lo que estos procedimientos pueden ser contemplados solo condicionalmente o incluso no pueden ser contemplados en absoluto para su utilizacion en pequenas instalaciones descentralizadas de generacion de energla o bien no pueden integrarse en estas sin un coste tecnico.

El documento DE 10 2007 045337 A1 describe un procedimiento de eliminacion de compuestos de cromo(VI) en el que se somete polvo filtrado a un tratamiento termico a una temperatura de 200-300°C.

Por tanto, el problema de la invencion consiste en proporcionar un sistema con un filtro sencillo como aparato, compacto y barato para separar compuestos de cromo(VI) de los gases de escape de instalaciones de generacion de energla, especialmente de pequenas instalaciones de generacion de energla empleadas de forma descentralizada, como pilas de combustible, instalaciones de acoplamiento de fuerza-calor con, por ejemplo, motores Stirling o quemadores.

Este problema se resuelve segun las caracterlsticas de la reivindicacion 1. Otras ejecuciones se desprenden de las caracterlsticas de las reivindicaciones subordinadas. Las reivindicaciones 15 y 16 independientes describen usos.

Segun la invencion, el filtro esta previsto en la via del gas de escape y comprende una primera unidad filtrante con un primer cuerpo filtrante que se encuentra en la via de flujo del gas de escape. Esta primera unidad filtrante esta dispuesta en la via del gas de escape de modo que, durante el funcionamiento, se ajusta en la primera unidad filtrante una temperatura de 180°C a 500°C y preferiblemente de 300°C a 500°C. Este intervalo de temperatura favorece la transformacion de compuestos de cromo(VI) en compuestos de cromo(III).

El primer cuerpo filtrante consiste en una tela metalica, una espuma metalica o una espuma ceramica. Esto garantiza, por un lado, una superficie activa grande y, por otro lado, una baja velocidad de flujo del gas de escape a filtrar y, por tanto, un largo tiempo de permanencia en el filtro.

En un perfeccionamiento de la invencion el primer cuerpo filtrante contiene un acido solido. Mediante el acido se fomenta y acelera la reduccion del compuesto de cromo(VI).

Preferiblemente se emplea como acido solido un acido de Bronsted, un acido de Lewis u oxido de wolframio que esta aplicado de preferencia especialmente como revestimiento sobre un soporte de zirconio u oxido de zirconio.

En un perfeccionamiento de la invencion esta prevista una segunda unidad filtrante que esta pospuesta a la primera unidad filtrante en la corriente de gas de escape. En la segunda unidad filtrante se separan eficazmente los

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compuestos de cromo(III) inocuos transformados por la primera unidad filtrante. Una superficie especlfica grande favorece aqul tambien una adsorcion. Por medio de un material basico se pueden precipitar los compuestos de cromo(III) y los compuestos de cromo(VI) eventualmente aun existentes o estos ya no pueden formar complejos de cromo solidos volatiles.

Preferiblemente, el segundo cuerpo filtrante consiste tambien en una tela metalica, una espuma metalica o una espuma ceramica. Esto garantiza, por un lado, una superficie activa grande y, por otro lado, una baja velocidad de flujo del gas de escape a filtrar y, por tanto, un largo tiempo de permanencia en el filtro. En una variante el cuerpo filtrante consiste en hexaaluminato de aluminio.

Es ventajoso que el segundo cuerpo filtrante consista en el material basico solido constituido por oxido de bario o en un revestimiento con oxido de bario.

En un perfeccionamiento de la invention se ha previsto por debajo de la segunda unidad filtrante un espacio vaclo para recibir desprendimientos de oxido de cromo de la segunda unidad filtrante. En este espacio vaclo se pueden concentrar las tuberlas de evacuation y estas pueden ser retiradas en el marco de una operation de mantenimiento.

Una configuration ventajosa de la conduction del gas de escape preve que el flujo de gas en el espacio vaclo sea desviado en una direction en sentido contrario a la fuerza de la gravedad, con lo que se pueden depositar constituyentes en forma de polvo del gas de escape y estos ya no pueden descargados con el flujo del gas.

La unidad de generation de energla consiste preferiblemente en una pila de combustible, un quemador o una instalacion de acoplamiento de fuerza-calor a base de un motor de combustion interna, tal como, por ejemplo, una maquina Stirling, un motor de combustion con combustion interna o una turbina de gas, que estan alojados siempre de forma descentralizada en un edificio de viviendas o en una explotacion industrial, etc.

En los casos en que la unidad de generacion de energla dispone de un transmisor de calor de gas de escape, el filtro segun la invencion esta previsto de manera ventajosa delante del transmisor de calor de gas de escape para asegurar las temperaturas necesarias en el filtro.

Se explicara ahora detalladamente la invencion con ayuda de las figuras.

Representan en estas:

La figura 1, una unidad de generacion de energla segun la invencion con un filtro segun la invencion y La figura 2, en detalle, una variante de realization del filtro segun la invencion.

La figura 1 muestra una unidad de generacion de energla 13 segun la invencion con el filtro 4 segun la invencion. La unidad de generacion de energla 13 consiste, por ejemplo, en una unidad de acoplamiento de fuerza-calor descentralizada a base de una pila de combustible o un motor Stirling o un quemador. A traves de la alimentation de aire 11 y la alimentacion de combustible 12 se alimentan aire y combustible. En el caso de una pila de combustible o un motor Stirling se genera corriente electrica en la unidad de generacion de energla 13. Ademas, se produce calor residual que puede aprovecharse para fines de calentamiento. La corriente electrica y el calor residual se utilizan de manera descentralizada. Sin embargo, la corriente electrica puede alimentarse tambien a la red electrica. En el caso de un quemador se genera solamente calor por parte de la unidad de generacion de energla 13.

El gas de escape sin depurar se evacua a traves de una tuberla 5. La temperatura del gas de escape es de 180°C a 500°C. Este gas de escape puede contener compuestos de cromo(VI) toxicos que se filtran por el filtro 4. El filtro 4 esta constituido por una primera unidad filtrante 1, una segunda unidad filtrante 2 y un espacio vaclo 3. La primera unidad filtrante 1 contiene un cuerpo filtrante que consiste, por ejemplo, en una tela metalica, una espuma metalica o una espuma ceramica y que presenta, por un lado, una superficie grande y, por otro lado, una pequena velocidad de flujo y produce as! un largo periodo de estancia del gas de escape en la primera unidad filtrante. Preferiblemente, la primera unidad filtrante 1 contiene un acido solido, tal como, por ejemplo, oxido de wolframio. La alta temperatura de la primera unidad filtrante 1 y el acido favorecen una transformation de los compuestos de cromo(VI) toxicos en compuestos de cromo(III) no crlticos. Se produce una reaction de reduction 4 CrO3 ^ 2 Cr2O3 + 3 O2.

A continuation, el filtro 4 presenta una segunda unidad filtrante 2 que contiene tambien un cuerpo filtrante de superficie grande que garantiza un largo periodo de permanencia del gas de escape en la segunda unidad filtrante. En la segunda unidad filtrante esta introducido un material basico, tal como oxido de bario. Se produce una adsorcion o una precipitation de los compuestos de cromo(III) en la segunda unidad filtrante 2. Debido a la adsorcion o la precipitacion en la segunda unidad filtrante 2 se puede producir un crecimiento de una capa de cromo en la segunda unidad filtrante 2. Cuando el espesor de capa ha sobrepasado un espesor de capa crltico, se producen desprendimientos de oxido de cromo. Por tanto, se ha previsto debajo de la segunda unidad filtrante 2 un espacio vaclo 3 al que pueden caer los desprendimientos.

Los gases de escape as! depurados respecto de los compuestos de cromo se conducen despues por un transmisor

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de calor de gas de escape 7, desde el cual se evacua el calor del gas de escape por medio de un desacoplamiento termico. El calor puede ser empleado, por ejemplo, para fines de calentamiento. Seguidamente, se evacua el gas de escape enfriado por una tuberia 8. El condensado producido durante el desacoplamiento termico sera evacuado tambien por una tuberia 9.

5 La figura 2 representa en detalle una variante de realizacion del filtro 4 segun la invencion.

En el espacio vacio 3 se desvia el flujo de gas de escape en sentido contrario a la fuerza de la gravedad, con lo que ya no se pueden descargar polvos de cromo(III) ni desprendimientos con el flujo de gas.

Lista de sfmbolos de referenda

: 1 Primera unidad filtrante

10: 2 Segunda unidad filtrante

: 3 Espacio vacio

: 4 Filtro

: 5 Tuberia para gas de escape no depurado

: 6 Tuberia para gas de escape depurado

15: 7 Transmisor de calor de gas de escape

: 8 Tuberia para gas de escape enfriado

: 9 Tuberia para condensado

: 10 Desacoplamiento termico

: 11 Alimentacion de aire

20: 12 Alimentacion de combustible

: 13 Unidad de generacion de energia

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Sistema que comprende una unidad de generacion de energla (13) y un filtro (4) para separar compuestos de cromo(VI) de gases de escape de esta unidad de generacion de energla (13), estando previsto el filtro en la via de gas de escape, caracterizado por que el filtro comprende una primera unidad filtrante con un primer cuerpo filtrante previsto en la via de flujo del gas de escape y constituido por una tela metalica, una espuma metalica o una espuma ceramica, estando unida la primera unidad filtrante con la unidad de generacion de energla de modo que se ajusta en la primera unidad filtrante durante el funcionamiento una temperatura de 180°C a 500°C, preferiblemente de 300°C a 500°C, transformando la primera unidad filtrante los compuestos de cromo(VI) en compuestos de cromo(III).
2. Filtro segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el primer cuerpo filtrante contiene un acido solido.
3. Filtro segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el primer cuerpo filtrante esta formado por un acido de Bronsted o esta revestido con un acido Bronsted.
4. Filtro segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el primer cuerpo filtrante esta formado por un acido de Lewis o esta revestido con un acido de Lewis.
5. Filtro segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el primer cuerpo filtrante esta formado por oxido de wolframio o esta revestido con oxido de wolframio.
6. Filtro segun la reivindicacion 5, caracterizado por que el primer cuerpo filtrante consiste en zirconio u oxido de zirconio o revestido con oxido de wolframio.
7. Filtro segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el filtro comprende una segunda unidad filtrante que esta pospuesta a la primera unidad filtrante en la corriente del gas de escape, y por que la segunda unidad filtrante presenta un segundo cuerpo filtrante de superficie especlfica grande que esta equipado con bases solidas.
8. Filtro segun la reivindicacion 7, caracterizado por que el segundo cuerpo filtrante consiste en una tela metalica, una espuma metalica o una espuma ceramica.
9. Filtro segun la reivindicacion 7 u 8, caracterizado por que se emplea hexaaluminato de aluminio en calidad de segundo cuerpo filtrante.
10. Filtro segun cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado por que se emplean como bases solidas oxido de bario o un revestimiento con oxido de bario.
11. Filtro segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que esta previsto por debajo de la segunda unidad filtrante un espacio vaclo para recibir desprendimientos de oxido de cromo.
12. Filtro segun la reivindicacion 11, caracterizado por que el espacio vaclo esta configurado de modo que el flujo de gas entra en el mismo en la direction de la fuerza de la gravedad o bien en direction perpendicular a la fuerza de la gravedad y es desviado en el espacio vaclo en sentido contrario a la fuerza de la gravedad.
13. Filtro segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la unidad de generacion de energla es una pila de combustible utilizada de manera descentralizada, un quemador utilizado de manera descentralizada o un motor de combustion utilizado de manera descentralizada.
14. Filtro segun la reivindicacion 13, caracterizado por que la unidad de generacion de energla presenta un transmisor de calor de gas de escape para aprovechar el calor del gas de escape y por que el filtro esta dispuesto delante del transmisor de calor de gas de escape en la direccion de flujo del gas de escape.
15. Uso de un filtro segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 en una unidad de generacion de energla utilizada de manera descentralizada.
16. Uso de un filtro segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 en un sistema de pila de combustible.