ES2608487T3

ES2608487T3 - Proceso y planta para reducir las pérdidas de amoníaco y olores emitidos a partir de un material o un residuo orgánico a la atmósfera

Info

Publication number: ES2608487T3
Application number: ES12815866.4T
Authority: ES
Inventors: Rune Ingels
Original assignee: N2 APPLIED AS
Current assignee: N2 APPLIED AS
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2017-04-11
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: US20150299056A1; PL2788037T3; EP2788037A1; AP2014007542A0; US9440889B2; NO347115B1; RU2014127299A; RU2621103C2; HUE032377T2; CA2851348A1; SI2788037T1; CN104144710B; BR112014008473B1; LT2788037T; WO2013085395A1; PT2788037T; CN104144710A; EP2788037B1; NO20140400A1; BR112014008473A2

Abstract

Un proceso para reducir la pérdida de amoníaco y olores emitidos a partir de un material orgánico a la atmósfera, que comprende alimentar aire a un generador de plasma por arco eléctrico, campo electrostático, campo eléctrico nanopulsado, descarga de barrera dieléctrica, láser, o activado por radioondas o microondas, para producir una concentración de un 0,1-12 % en volumen de NOx en el aire por fijación directa del nitrógeno; alimentar el aire que contiene NOx a un dispositivo de absorción, y absorber los NOx en un líquido de absorción en el dispositivo de absorción para formar una solución ácida de nitrógeno que comprende nitratos y nitritos; y alimentar la solución ácida de nitrógeno al material orgánico mediante lo cual el pH se ajusta a 4-6 y los nitratos y nitritos se unen al amoníaco y componentes del amoníaco volátiles en el material orgánico, o a partir del mismo, en forma de sales nitrato y nitrito de amonio.

Description

Proceso y planta para reducir las pérdidas de amoníaco y olores emitidos a partir de un material o un residuo orgánico a la atmósfera 5

Sector de la técnica

La invención se refiere a un proceso para reducir la pérdida de amoníaco y olores emitidos a partir de un material o un residuo orgánico a la atmósfera, que comprende alimentar aire o aire contaminado a un generador de plasma para producir una concentración de un 0,1-12 % en volumen de NOx en el aire por fijación directa del nitrógeno, absorber los NOx en un líquido de absorción para formar una solución ácida de nitrógeno, y alimentar la solución al material o al residuo orgánico. La presente invención se refiere también a un proceso para reducir la pérdida de amoníaco y olores emitidos a partir de un material o un residuo orgánico a la atmósfera, que comprende alimentar aire o aire contaminado a un generador de plasma para producir una concentración de un 0,1-12 % en volumen de NOx en el aire por fijación

15 directa del nitrógeno, absorber los NOx en un líquido de absorción para formar una solución ácida de nitrógeno, usar la solución para lavar el gas amoníaco del material o del residuo orgánico, y alimentar la solución al material o al residuo orgánico. La invención comprende además plantas para reducir la pérdida de amoníaco y olores emitidos a partir de un material o un residuo orgánico a la atmósfera.

Estado de la técnica

La técnica anterior no ha sido capaz de resolver los problemas medioambientales relacionados con la pérdida de amoníaco en el tratamiento del estiércol y residuos orgánicos aplicando y combinando los elementos técnicos de la presente invención. La pérdida de amoníaco del estiércol y residuos orgánicos se han abordado y se han intentado 25 resolver aplicando diversos productos químicos de naturaleza ácida. Los gases que contienen NOx generados por un generador de plasma se han aplicado directamente al estiércol y a los residuos orgánicos. El método es poco práctico e incapaz de controlar la química en el estiércol y puede presentar un problema de emisión de NOx. Si se aplica ácido nítrico o sales de nitrato convencionales al estiércol se origina una pérdida de nitrógeno en forma de N2 y N2O. El olor se ha tratado con muchos agentes supresores del olor convencionales. Las emisiones de amoníaco y los efluentes se han reducido mediante destilación con arrastre de vapor y posterior absorción por medio de un ácido orgánico o mineral adecuado. La aplicación de aireación y ácidos minerales ricos en oxígeno tales como los ácidos sulfúrico y fosfórico ha reducido las pérdidas de amoníaco pero no ha mejorado el equilibrio de nutrientes ni ha mejorado las emisiones de N2O. La adición de una mezcla de ácido nítrico y ácido nitroso al estiércol se dirige a la relación de nutrientes y la pérdida de amoníaco, pero se ha considerado un riesgo desde el punto de vista del transporte y la

35 manipulación y esto es normalmente caro.

El documento SE 366730 describe un método en el que se usan ácido nítrico, ácido nitroso, sulfato de cobre y otros componentes ácidos para reducir el olor y las pérdidas de amoníaco del estiércol. El pH del estiércol se controla para que esté por debajo de 7. Los aspectos de seguridad y coste hacen poco atractiva esta técnica. El ácido nítrico es un ácido fuerte y un componente para explosivos. El ácido nitroso como producto es inestable y un componente para explosivos.

El documento US 7.909.995 describe cómo se puede absorber el NH3 del estiércol y los residuos orgánicos en agua con ácido sulfúrico, formando sulfato de amonio en un proceso convencional basado en técnicas industriales

45 conocidas. El uso de ácido sulfúrico no aborda el equilibrio de nutrientes ni la relación entre nitrato y nitrito. El producto es una solución de sulfato de amonio, que se puede cristalizar.

El documento US 4.297.123 describe un proceso de arco eléctrico para fijar nitrógeno del aire y absorberlo en agua con el propósito claro de producir fertilizantes de nitrato en varias formas. La técnica describe la reacción de gas NO, oxígeno y agua para dar nitrato, y el diseño se dirige claramente a la producción de un nitrato puro en solución y para fertilizantes de nitrato a pequeña escala basada en la electricidad.

El documento US 2011/0044927 describe un proceso para la reducción de olores usando acetatos, nitratos o sulfatos de metal para la reducción de H2S. El proceso aborda el problema de los olores, pero el nitrato aplicado se absorbe en

55 un producto químico poco seguro y caro. El uso de nitrato solo producirá una pérdida de nitrógeno en forma de N2 y N2O. No se centra en la relación N/P2O5.

El documento US 7.785.388 describe la aplicación de cianuro de calcio para reducir los olores y potenciar el valor fertilizante y la manipulación práctica. El método no aborda ni resuelve el equilibrio de nutrientes ni la relación entre nitrato y nitrito.

El documento US 6.277.344 describe el tratamiento de gases de escape residuales con un peroxiácido en una torre de lavado químico. El método es una solución en el punto de descarga que no se dirige a la pérdida principal ni al problema del equilibrio de nutrientes.

El documento DK200600530 describe un método que usa ácido nítrico y un extracto de plantas para suprimir el amoníaco y los olores de aguas residuales de pocilgas a fin de reducir riesgos. El método se centra en los riesgos y no resuelve el equilibrio de nutrientes ni se dirige a la relación entre nitrato y nitrito. El método producirá una pérdida de nitrógeno en forma de N2 y N2O.

5 El documento RU2004529 describe la obtención de un fertilizante organomineral tal como sigue. Los residuos que contienen amoníaco de una granja se tratan con óxido nitroso obtenido mediante fijación de N2 atmosférico en un plasma de baja temperatura y enfriamiento por debajo de 40 grados. Esto convierte el nitrógeno amoniacal en compuestos no volátiles. El método insufla óxido nitroso caliente para eliminar el amoníaco que es volátil, seguido de secado y esterilización del producto. El método no se centra en el equilibrio de nutrientes ni es capaz de controlar la relación crítica entre nitrato y nitrito. El método creará una emisión de gases de NOx y amoníaco.

El documento JP 2006247522 describe un proceso de incineración con plasma por descarga eléctrica generado de forma homogénea y estable en una cámara de descarga y los gases residuales (por ejemplo, gases de un incinerador

15 de combustible, gases malolientes de instalaciones de tratamiento de aguas residuales y de instalaciones de tratamiento de residuos urbanos, gases residuales de plantas químicas) se purifican y desodorizan eficazmente. El método es un incinerador por arco para descomponer los componentes malolientes, y no se dirige al equilibrio de nutrientes ni a la relación entre nitrato y nitrito.

El documento WO 2009059615 A1 describe un proceso en el que una parte del amoníaco del material orgánico se elimina y se convierte en ácido nítrico mediante un proceso de combustión y absorción convencional. El ácido nítrico producido a partir del amoníaco se usa después para hacerlo reaccionar con el amoníaco restante, dando nitrato de amonio.

25 Los problemas que permanecen se pueden resumir en los puntos siguientes:

1) Todos los materiales orgánicos contienen nitrógeno unido químicamente. Este nitrógeno está en forma de amoníaco normalmente a partir de urea, ácido úrico y proteínas. Los residuos orgánicos son nutrientes y energía que se van a perder. El principal modo de recuperar los nutrientes ha sido reciclar los residuos orgánicos y el estiércol devolviéndolos al campo en forma de fertilizante. Esta práctica ha reducido la demanda de fertilizantes de fosfato en un 30-40 % en la UE a lo largo de los últimos 20 años. Sin embargo, el nitrógeno se sigue perdiendo en el proceso de mineralización. La pérdida proviene de la actividad microbiana que libera amoníaco libre, del cual un 30 % se pierde en el aire y un 10 % se pierde en el agua mediante lixiviación. La reacción de pérdida a partir de la orina se inicia con una hidrólisis de la urea que se describe en la ecuación Ia,

35 y la mineralización general del material orgánico da como resultado carbonatos de amonio, amoníaco acuoso y ácido carbónico que se pierde en forma de amoníaco volátil y dióxido de carbono como en la ecuación 1b.

(NH2)2CO+3H2O = (NH4)2CO3+H2O = NH4HCO3 + NH4OH Ia = 2NH4OH + H2CO3 = 2NH3(g) +CO2(g) + 2H2O Ib

El dióxido de carbono es muy volátil y se pierde directamente en el aire, dando como resultado un aumento del pH hasta 9-10 y la pérdida subsiguiente del amoníaco volátil. 2) La relación entre N y P2O5 en el material orgánico es demasiado baja para una fertilización equilibrada. El contenido de nitrógeno debe ser normalmente del doble a fin de satisfacer la demanda de nutrientes de la mayoría de los cultivos.

45 3) Las emisiones de amoníaco y las emisiones de N2O a partir del procesado y almacenamiento de estiércol y tras la aplicación al campo del mismo es una de las principales contribuciones al calentamiento global. El amoníaco emitido de la agricultura se llega a oxidar a nitratos lo que origina la lluvia ácida, la nitrificación, y la eutrofización y finalmente la desnitrificación. En todos estos procesos biológicos se produce la formación de N2O y se ha estimado la formación de N2O en determinados biotopos hasta un 3-4 % de las pérdidas de amoníaco. 4) El mal olor de los residuos orgánicos se origina principalmente de la formación biológica de H2S y otros componentes de azufre. La falta de oxígeno en los residuos orgánicos y el estiércol es la base del H2S y otros componentes de azufre con fuertes olores. 5) El aspecto de coste y seguridad de la preparación de la mezcla apropiada de nitrato, nitrito en la relación y concentración adecuadas se ha considerado poco seguro y costoso. El nitrito como producto químico no está

55 disponible en el mercado ya que es inestable en concentraciones mayores y a temperaturas mayores que la ambiente. El ácido nítrico es un ácido fuerte y un componente para explosivos, lo que lo hace costoso y peligroso de transportar y almacenar.

Las pérdidas de amoníaco del 30-40 % a partir de la producción lechera y de carne deben ser compensadas a partir del amoníaco producido industrialmente. El coste de producción y logística de este amoníaco está originando emisiones adicionales de gases invernadero en forma de CO2 y N2O. La producción industrial global de fertilizantes minerales se corresponde en realidad con la pérdida derivada de toda la actividad de los animales domésticos.

Por cada tonelada de amoníaco capturada, se pueden conseguir los siguientes ahorros de emisiones de GHG (gases 65 invernadero):

1) Nitrificación que produce un 0,35 %-2 % de N2O 1,33-7,5 toneladas en eq. de CO2 2) Desnitrificación que produce un 0,35 %-2 % de N2O 1,33-7,5 " 3) Producción de amoníaco nuevo 1,70 " 4) Producción de ácido nítrico con 10 ppm de emisión de N2O 0,30 " 5) 200 km de transporte por carretera que produce emisiones de CO23,00 "

Reducción total en equivalentes de CO2 7,7-20 toneladas en eq. deCO2.

La presente invención proporciona una solución a los problemas anteriores.

5 Descripción de las figuras

La Figura 1 muestra un proceso de acuerdo con la invención en el que el material o el residuo orgánico se trata directamente con la solución ácida de nitrógeno. La Figura 2 muestra un proceso de acuerdo con la invención en el que el amoníaco del aire de ventilación se trata

10 y se absorbe en una torre de lavado usando la solución ácida de nitrógeno antes de tratar el material o el residuo orgánico con la solución ácida de nitrógeno la cual, tras ser usada en la torre de lavado, contiene el amoníaco del aire de ventilación. La Figura 3 muestra una realización del proceso mostrado en la Figura 2 en el que se ha introducido un reactor de biogás.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un proceso para reducir la pérdida de amoníaco y olores emitidos a partir de un material orgánico a la atmósfera, que comprende:

20 alimentar aire a un generador de plasma por arco eléctrico, campo electrostático, campo eléctrico nanopulsado, descarga de barrera dieléctrica, láser, o activado por radioondas o microondas, para producir una concentración de un 0,1-12 % en volumen de NOx en el aire por fijación directa del nitrógeno; alimentar el aire que contiene NOx a un dispositivo de absorción, y absorber los NOx en un líquido de absorción en el dispositivo de absorción para formar una solución ácida de nitrógeno que comprende nitratos y nitritos; y

25 alimentar la solución ácida de nitrógeno al material orgánico mediante lo cual el pH se ajusta a 4-6 y los nitratos y nitritos se unen al amoníaco y componentes del amoníaco volátiles en el material orgánico, o a partir del mismo, en forma de sales nitrato y nitrito de amonio.

En una realización del proceso anterior, el material orgánico es un residuo orgánico. 30 En una realización adicional del proceso anterior, el aire es aire contaminado.

En el proceso anterior, la solución ácida de nitrógeno se puede hacer pasar también a través de una torre de lavado para absorber el amoníaco del aire de ventilación contaminado con amoníaco procedente del material o del residuo 35 orgánico.

En una realización del proceso anterior, se alimenta aire o aire contaminado al generador de plasma para producir una concentración de un 2-12 % en volumen de NOx en el aire por fijación directa del nitrógeno.

40 En una realización adicional del proceso anterior, el líquido de absorción es agua u orina.

En una realización adicional del proceso anterior, el material o el residuo orgánico se selecciona entre estiércol de ganado y restos de una planta de biogás.

45 En una realización adicional del proceso anterior, los componentes nitrato y nitrito proporcionan oxígeno que suprime la actividad de reducción del sulfato a H2S.

En una realización adicional del proceso anterior, la solución de nitrato y nitrito se usa para mejorar la disponibilidad agronómica del fosfato, mediante una reducción temporal del pH a 4 que disuelve y moviliza precipitados coloidales de 50 fosfatos.

En una realización adicional del proceso anterior, la solución ácida de nitrógeno comprende:

NO3-(nitrato),

55 NO2- (nitrito) en una relación molar NO2-/NO3-de 0,01-0,1, NH4+ en una relación molar NH4+/NO3- de 0,02-0,50, NH2+ en una relación molar NH2+/NO3- de 0,0001-0,05,

otros constituyentes en cantidades menores.

La presente invención se refiere además a una planta para reducir la pérdida de amoníaco y olores emitidos a partir de un material orgánico a la atmósfera, que comprende un conducto de alimentación (1) que contiene aire; un generador de plasma (2) por arco eléctrico, campo electrostático, campo eléctrico nanopulsado, descarga de barrera dieléctrica, láser, o activado por radioondas o microondas, para producir NOx en el aire del conducto (1); un conducto (3) que 5 contiene el aire desde el generador (2); un dispositivo de absorción (6), que tiene una entrada para el líquido de absorción (4) y una salida (5) de aire limpiado en la torre de lavado, para absorber los NOx en el líquido de absorción a fin de formar una solución ácida de nitrógeno que comprende nitratos y nitritos; un conducto (7) que contiene la solución ácida de nitrógeno del dispositivo de absorción (6); una fuente (8) de material orgánico; una salida (11a) que contiene aire de ventilación de la fuente (8); un conducto (10) que contiene el material orgánico de la fuente (8); un almacenamiento intermedio (9) para almacenar el material orgánico del conducto (10); una salida (11b) que contiene aire de ventilación del almacenamiento intermedio (9); un conducto (12) que contiene el material orgánico del almacenamiento intermedio (9); un conducto de salida del producto (19) que contiene el material orgánico del conducto (12); y un conducto (7a) que alimenta la solución ácida de nitrógeno desde el conducto (7) hasta la fuente (8) y/o un conducto (7b) que alimenta la solución ácida de nitrógeno desde el conducto (7) hasta el almacenamiento intermedio

15 (9) y/o un conducto (7c) que alimenta la solución ácida de nitrógeno desde el conducto (7) hasta el conducto de salida del producto (19).

En una realización de la planta anterior, el material orgánico es un residuo orgánico.

En una realización adicional de la planta anterior, el aire es aire contaminado.

Descripción detallada de la invención

La presente invención consiste en aplicar un generador de plasma por arco eléctrico, campo electrostático, campo

25 eléctrico nanopulsado, descarga de barrera dieléctrica, láser, o activado por radioondas o microondas, o una combinación de los mismos, para mejorar un residuo orgánico y un estiércol con una mezcla de nitritos y nitratos ácidos. La relación entre los nitritos y nitratos ácidos se controla en el proceso de plasma y en el proceso de absorción mediante las temperaturas y los tiempos de retención para la fase gaseosa. La solución ácida de nitrógeno reduce la pérdida de amoníaco y nitrógeno y los olores y aumenta la relación N/P2O5. La solución ácida de nitrógeno se puede aplicar a gases de lavado ricos en amoníaco y/o directamente al material orgánico para unirse al amoníaco volátil en exceso y reducir la formación de olores. La composición de la solución ácida de nitrógeno se adapta para reducir las emisiones de N2O. La acidez reduce el pH lo que mejora la estabilidad de los nutrientes y la disponibilidad de nitrógeno y fosfato para las plantas. El contenido de humedad en el aire alimentado al generador de plasma proporcionará radicales de hidrógeno y oxígeno adicionales. Los radicales de hidrógeno formarán finalmente componentes alcalinos

35 tales como NH3 y cantidades menores y formas de NH2, NH2+ y NH. Los componentes alcalinos, preferentemente el amoníaco, potenciarán el contenido de nitrógeno y estabilizarán el nitrito.

La invención se puede usar adicionalmente para incinerar gases malolientes alimentándolos al generador de plasma. El tamaño del generador de plasma se ajusta de acuerdo con la demanda de N para equilibrar la relación N/P2O5 en el material orgánico y el generador de plasma es capaz de incinerar 10-50 Nm3 de aire por kg de N-nitrato producido. Por cada metro cúbico de purín de cerdo, el volumen de aire incinerado será normalmente de 50-250 Nm3 y el proceso añadirá un 0,2-1,0 % de N-nitrato al purín de cerdo. La tecnología de plasma es, de acuerdo con el estado de la técnica, capaz de fijar nitrógeno del aire en forma de NO usando 30-75 GJ/t.

45 La presente invención produce NO gas directamente del aire en un generador de plasma alimentado con energía eléctrica a un coste comercialmente competitivo. El generador de plasma usa un arco eléctrico o microondas para descomponer las moléculas de oxígeno y nitrógeno y formar NOx gaseosos en el aire. Estos generadores tienen la capacidad de producir diferentes concentraciones de óxidos de nitrógeno en el aire. La concentración práctica más alta es del 12 % en forma de NO formado a partir de aire normal. A esta concentración, el oxígeno restante es suficiente para completar la reacción del NO a HNO3 en agua.

2NO + O2 = 2NO2 II 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO III 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 IV = 3*11 +2* III

55 La concentración azeotrópica de la concentración de HNO3 es del 68 % y la calidad técnica comercial de del 70 %, aunque la mayoría de industrias producen un 60-65 % para uso interno. La presente invención opera en el otro extremo de la escala de concentración para la producción de ácido nítrico. La razón de operar en el área de mayor dilución es la naturaleza del proceso y el requerimiento dado por la aplicación.

En la producción a demanda distribuida, no se requieren altas concentraciones ya que no hay costes de almacenamiento o transporte. Por el contrario, las aplicaciones para los componentes orgánicos requieren sistemas diluidos con composiciones adaptadas.

65 En la presente invención, el efecto principal de la solución ácida de nitrógeno es la reacción entre el ácido nítrico y el amoníaco libre que se produce por descomposición de las proteínas orgánicas y la orina. Normalmente, un 30% del

contenido de nitrógeno total se pierde en el aire en forma de amoníaco gas ya que el pH del estiércol es normalmente de 8-10. La solución ácida de nitrato y nitrito se aplica para bajar el pH hasta 4-6, lo que detiene las pérdidas de amoníaco al aire.

5 HNO3 + NH4OH => NH4NO3 + H2O V

La solución ácida de nitrógeno se puede usar también en una torre de lavado para el aire de ventilación que contiene amoníaco procedente de establos y tanques en lugar de una aplicación directa al estiércol o el residuo orgánico, o en combinación con la misma. Ejemplos de esto puede ser cuando el estiércol o el residuo orgánico se debe alimentar a un reactor de biogás, ya que el proceso del reactor de biogás puede ser alterado por el nitrato o el nitrito.

De la tecnología del ácido nítrico se sabe que se pueden producir diferentes concentraciones de ácido nítrico y ácido nitroso dependiendo de la temperatura, la presión, el tiempo de retención para el gas que contiene NOx en el proceso de absorción. La formación de óxido nitroso es más propensa en soluciones diluidas y frías a partir de la absorción de 15 NO2 y NO gas en agua. La presente invención efectúa la absorción a una presión próxima o inferior a la presión atmosférica usando un exceso de agua fría en comparación con la producción normal de ácido nítrico. Tras el generador de plasma, el plasma se inactiva lo más rápido posible mediante diferentes medios, tales como aire u otros gases adecuados o un material de contacto sólido que mantiene la energía y la temperatura del plasma. El tiempo de retención debe ser inferior a 10-3 segundos, preferentemente inferior a 10-4 segundos o, lo más preferente, inferior a 10-5 segundos. Tras la inactivación, a los NOx gaseosos formados en el aire se le da un tiempo de retención a 80-120 °C para que el NO se convierta en NO2. El tiempo de retención requerido depende de la temperatura tras la inactivación, aunque después de 15 segundos la relación molar NO/NO2 es 3, y después de 30 segundos la relación molar NO/NO2 es 1,2, y después de 60 segundos la relación molar NO/NO2 es 0,95. En el proceso de absorción, la reacción hacia el HNO3 es conocida por tener lugar a través de la reacción gaseosa II y la reacción líquida III. El tiempo

25 de retención del gas en el dispositivo de absorción, por tanto, debería ser de más de 120 segundos, preferentemente de 200 segundos, para reducir la concentración de los NOx que escapan al aire. En la presente invención, la temperatura del dispositivo de absorción se usa finalmente para controlar la relación entre el nitrato y el nitrito. Manteniendo la temperatura del dispositivo de absorción a 20-80 °C, preferentemente a 30-60 °C, la concentración de HNO2 se puede mantener en el intervalo requerido. La temperatura controla la descomposición del HNO2, y se puede ajustar para permitir que permanezca suficiente NO2-en la mezcla ácida. Véase la reacción VI.

NO + NO2 + H2O <=> 2HNO2 VI

Los procesos de nitrificación (VII) y desnitrificación (VIII) se consideran algunos de los principales contribuidores al 35 calentamiento global. El subproducto N2O tiene un efecto sobre el calentamiento global que es de 320 veces el efecto del CO2.

NO3 → NO2- →N2O → N2 VIII

La concentración de ácido nitroso es importante ya que el nitrito (NO2-) es capaz de inhibir la desnitrificación microbiana del nitrato y el nitrito a N2 y N2O. Parece que en el paso de NO3- a N2, el componente intermedio NO2-inhibe la desnitrificación si la concentración es superior a 0,01 mol/litro.

45 Asimismo, las bacterias de nitrificación son conocidas por producir N2O en un proceso de desnitrificación. Esto es probablemente una reacción de defensa para limitar la concentración tóxica del NO2-.

La concentración de nitrito (NO2-) es crítica ya que se sabe que reduce eficazmente el proceso de desnitrificación, aunque también es el componente a partir del cual se produce el N2O.

La presente invención reduce la formación de N2O disminuyendo el pH a 4-6 y manteniendo una relación molar del nitrito con respecto al nitrato de 1/10 a 1/100 a fin de inhibir la desnitrificación así como la actividad de nitrificación.

55 En soluciones orgánicas sin oxígeno, la formación de H2S es una reacción normal y un indicador de la formación de olor. Las bacterias compensan el déficit de oxígeno captando oxígeno del sulfato, convirtiendo el SO42-en H2S. La adición de nitratos es conocida por eliminar esta actividad y reducir los olores sustancialmente.

La demanda N/P2O5 para cultivos principales está en el intervalo de 2, mientras que la relación N/P2O5 en el estiércol es inferior a este valor. La presente tecnología añade nitrógeno y también reduce la pérdida de nitrógeno. La relación ideal se alcanza dosificando la solución ácida de nitrógeno de acuerdo con la formación de amoníaco libre procedente de la actividad biológica. También es posible detener la actividad biológica mediante sobredosificación y reducción del pH. La capacidad del generador de plasma y la producción de la solución ácida de nitrógeno se controlan aumentando

la potencia utilizada. Esta proporcionará una mayor concentración de NO en el aire que pasa a través del generador de plasma.

La presente tecnología también es capaz de mejorar la disponibilidad para las plantas del fosfato en el residuo

5 orgánico procedente de sistemas de purificación de agua. La razón de una baja disponibilidad inicial es que los fosfatos precipitan químicamente con Mg, Al, Ca o Fe a pH alto para formar componentes con la solubilidad más baja. La intensidad de la precipitación forma precipitados coloidales que requieren floculación. La presente invención es capaz de mejorar la solubilidad de los fosfatos reduciendo temporalmente el pH y dejando después que las reacciones químicas y biológicas movilicen los fosfatos a un entorno ligeramente ácido.

En una realización,, la presente invención se refiere a un proceso para reducir la pérdida de amoníaco y olores emitidos a partir de un material o un residuo orgánico a la atmósfera, que comprende alimentar aire o aire contaminado a un generador de plasma por arco eléctrico, campo electrostático, campo eléctrico nanopulsado, descarga de barrera dieléctrica, láser, o activado por radioondas o microondas, o cualquier combinación de los mismos, para producir una 15 concentración de un 0,1-12 % en volumen de NOx en el aire por fijación directa del nitrógeno y posterior inactivación en un periodo de 10-3 segundos, preferentemente de 10-4 segundos o, lo más preferente, de 10-5 segundos. Tras la inactivación, a los NOx gaseosos formados en el aire se le da un tiempo de retención a 80-120 °C para que el NO gas se convierta en NO2. El tiempo de retención requerido depende de la temperatura tras la inactivación, aunque después de 15 segundos la relación molar NO/NO2 es 3, y después de 30 segundos la relación molar NO/NO2 es 1,2, y después de 60 segundos la relación molar NO/NO2 es 0,95, antes de la absorción posterior de los NOx en un líquido de absorción en un dispositivo de absorción que opera a 20-80 °C, preferentemente a 30-60 °C, para formar una solución ácida de nitrógeno que comprende nitratos y nitritos así como algo de amoníaco y cantidades menores de compuestos de nitrógeno alcalinos; y alimentar la solución ácida de nitrógeno al material o al residuo orgánico mediante lo cual el pH se ajusta a 4-6 y los nitratos y nitritos se unen al amoníaco y componentes del amoníaco volátiles en el material o el

25 residuo orgánico, o a partir del mismo, en forma de sales nitrato y nitrito de amonio. En este proceso, la solución ácida de nitrógeno se puede pasar a través de una torre de lavado para absorber el amoníaco del aire de ventilación contaminado con amoníaco procedente del material o del residuo orgánico.

En una realización adicional, la presente invención se refiere a un proceso para reducir la pérdida de amoníaco y olores emitidos a partir de un material o un residuo orgánico a la atmósfera, que comprende alimentar aire o aire contaminado a un generador de plasma por arco eléctrico, campo electrostático, campo eléctrico nanopulsado, descarga de barrera dieléctrica, láser, o activado por radioondas o microondas, o cualquier combinación de los mismos, para producir una concentración de un 0,1-12 % en volumen de NOx en el aire por fijación directa del nitrógeno y posterior inactivación en un periodo de 10-3 segundos, preferentemente de 10-4 segundos o, lo más 35 preferente, de 10-5 segundos. Tras la inactivación, a los NOx gaseosos formados en el aire se le da un tiempo de retención a 80-120 °C para que el NO se convierta en NO2. El tiempo de retención requerido depende de la temperatura tras la inactivación, aunque después de 15 segundos la relación molar NO/NO2 es 3, y después de 30 segundos la relación molar NO/NO2 es 1,2, y después de 60 segundos la relación molar NO/NO2 es 0,95 antes de absorber los NOx en un dispositivo de absorción que opera a 20-80 °C, preferentemente a 30-60 °C, para formar una solución ácida de nitrógeno que comprende nitratos y nitritos; usando la solución ácida de nitrógeno en una torre de lavado para absorber el amoníaco del aire de ventilación contaminado con amoníaco procedente del material o del residuo orgánico y producir una solución ácida de nitrato y nitrito de amonio; y alimentar la solución ácida de nitrato y nitrito de amonio producida en la torre de lavado al material o al residuo orgánico. En este proceso, el material o el residuo orgánico se puede tratar en un reactor de biogás antes de alimentar la solución ácida de nitrato y nitrito de

45 amonio producida en la torre de lavado al material o al residuo orgánico.

La Figura 1 muestra el principio básico de la invención. Se alimenta aire 1 al generador de plasma 2. La salida 3 del generador de plasma es una mezcla de óxidos de nitrógeno en aire. El flujo 3 entra en el dispositivo de absorción 6. En el dispositivo de absorción 6 los óxidos de nitrógeno se absorben en el agua 4 que entra por la parte superior del dispositivo de absorción. El aire limpiado en la torre de lavado 5 se libera a la atmósfera. El líquido que sale por la parte inferior del dispositivo de absorción 7 es una mezcla de óxidos ácidos de nitrógeno, principalmente nitratos y nitritos. El líquido de absorción 4 puede ser también orina que contiene amonio y, en ese caso, la salida de líquido 7 contendrá también nitrato y nitrito de amonio ácidos. El líquido ácido con la composición apropiada de nitrato y nitrito 7 se aplica después al estiércol o al residuo orgánico donde sea prácticamente adecuado y preferentemente en diversos sitios

55 desde la fuente hasta la salida final. Se puede aplicar directamente a los establos 8 donde reducirá las emisiones y olores de amoníaco en los establos y en el aire de ventilación 11a. El flujo de nitrógeno ácido 7a incrementará también el contenido de nitrógeno en el flujo de estiércol o de residuo orgánico 10 que va al almacenamiento intermedio 9. El almacenamiento intermedio 9 se puede tratar también con la solución ácida de nitrógeno 7b para neutralizar el amoníaco que se libera en la fermentación y mineralización del estiércol o del residuo orgánico en el almacenamiento intermedio 9. El efecto será de menos amoníaco en el aire de ventilación 11b y de un mayor contenido de nitrógeno en la salida 12. La salida 12 del almacenamiento intermedio 9 puede proporcionar también un tratamiento final de la solución ácida de nitrógeno 7c a fin de ajustar el nitrógeno y/o el pH antes del transporte y difusión.

La Figura 2 muestra otro principio de cómo la invención puede reducir las pérdidas de amoníaco y olores y aumentar el 65 contenido de nitrógeno en el estiércol o el residuo orgánico. Se alimenta aire 1 al generador de plasma 2. La salida 3 del generador de plasma es una mezcla de óxidos de nitrógeno en aire. El flujo 3 entra en el dispositivo de absorción 6.

En el dispositivo de absorción 6 los óxidos de nitrógeno se absorben en el agua 4 que entra por la parte superior del dispositivo de absorción. El aire limpiado en la torre de lavado 5 se libera a la atmósfera. El líquido que sale por la parte inferior del dispositivo de absorción 7 es una mezcla de óxidos ácidos de nitrógeno, principalmente nitratos y nitritos. En esta técnica la solución ácida de nitrógeno 7 se usa en una torre de lavado 14 del aire de ventilación. La técnica de 5 la torre de lavado del aire de ventilación se puede instalar como un principio independiente, o combinado con la aplicación directa al estiércol o al residuo orgánico tal como se describe en la Figura 1. El aire de ventilación 11 procedente de los establos 8 y el aire de ventilación 11b procedente del almacenamiento intermedio 9 se dirigen como alimentación 11 a la torre de lavado 14. La salida de la torre de lavado 16 será aire sin amoníaco, y la salida de líquido 15 será una solución ácida de nitrato y nitrito de amonio. La solución ácida de nitrato y nitrito de amonio 15 se aplica

10 directamente a la salida del estiércol o del residuo orgánico 12 desde el almacenamiento intermedio a fin de mejorar el valor de los nutrientes del producto final 19. El efecto será también la reducción adicional de las pérdidas de amoníaco y óxido nitroso.

La Figura 3 muestra cómo se aplica la invención a una situación que comprende un reactor de biogás. Se alimenta aire

15 1 al generador de plasma 2. La salida 3 del generador de plasma es una mezcla de óxidos de nitrógeno en aire. El flujo 3 entra en el dispositivo de absorción 6. En el dispositivo de absorción 6 los óxidos de nitrógeno se absorben en el agua 4 que entra por la parte superior del dispositivo de absorción. El aire limpiado en la torre de lavado 5 se libera a la atmósfera. El líquido que sale por la parte inferior del dispositivo de absorción 7 es una mezcla de óxidos ácidos de nitrógeno, principalmente nitratos y nitritos. En esta técnica la solución ácida de nitrógeno 7 se usa en una torre de

20 lavado 14 del aire de ventilación. La aplicación directa de la solución ácida de nitrógeno 7 al estiércol y/o al residuo orgánico antes de alimentarlo al reactor de biogás puede no ser beneficiosa para el reactor de biogás. El aire de ventilación 11 procedente de los establos o la fuente de residuo orgánico 8 y el aire de ventilación 11b procedente del almacenamiento intermedio 9 se dirigen como alimentación 11 a la torre de lavado 14 del aire de ventilación. La alimentación 10 al almacenamiento intermedio y la alimentación 12 al reactor de biogás 17 no se tratarán con nitratos

25 y nitritos, a fin de no alterar la calidad del biogás 13. La salida de aire 16 de la torre de lavado 14 será aire sin amoníaco, y la salida de líquido 15 será una solución ácida de nitrato y nitrito de amonio. La solución ácida de nitrato y nitrito de amonio 15 se aplica al resto biológico 18 del reactor de biogás 17. El resto de biogás final 19 se mejorará con nitrógeno y el pH se controlará para limitar adicionalmente las pérdidas de amoníaco y óxido nitroso.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para reducir la pérdida de amoníaco y olores emitidos a partir de un material orgánico a la atmósfera, que comprende

5 alimentar aire a un generador de plasma por arco eléctrico, campo electrostático, campo eléctrico nanopulsado, descarga de barrera dieléctrica, láser, o activado por radioondas o microondas, para producir una concentración de un 0,1-12 % en volumen de NOx en el aire por fijación directa del nitrógeno; alimentar el aire que contiene NOx a un dispositivo de absorción, y absorber los NOx en un líquido de absorción en el dispositivo de absorción para formar una solución ácida de nitrógeno que comprende nitratos y nitritos; y alimentar la solución ácida de nitrógeno al material orgánico mediante lo cual el pH se ajusta a 4-6 y los nitratos y nitritos se unen al amoníaco y componentes del amoníaco volátiles en el material orgánico, o a partir del mismo, en forma de sales nitrato y nitrito de amonio.
2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material orgánico es un residuo orgánico. 15
3.

Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el aire es aire contaminado.
4.

Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la solución ácida de nitrógeno se hace pasar a través de una torre de lavado para absorber el amoníaco de un aire de ventilación contaminado con amoníaco procedente del material o del residuo orgánico.
5.

Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que se alimenta aire o aire contaminado al generador de plasma para producir una concentración de un 2-12 % en volumen de NOx en el aire por fijación directa del nitrógeno.
6.

Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el líquido de absorción es agua u orina.
7.

Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el material o el residuo orgánico se selecciona entre estiércol de ganado y restos de una planta de biogás.
8.

Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que los componentes nitrato y nitrito proporcionan oxígeno que suprime la actividad de reducción del sulfato a H2S.
9.

Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que la solución de nitrato y nitrito se usa

35 para mejorar la disponibilidad agronómica del fosfato, mediante una reducción temporal del pH a 4 que disuelve y moviliza precipitados coloidales de fosfatos.
10. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que la solución ácida de nitrógeno comprende:

NO3-(nitrato),

NO2- (nitrito) en una relación molar NO2-/NO3-de 0,01-0,1,

NH4+ en una relación molar NH4+/NO3- de 0,02-0,50,

NH2+ en una relación molar NH2+/NO3- de 0,0001-0,05, 45 otros constituyentes en cantidades menores.
11. Una planta para reducir la pérdida de amoníaco y olores emitidos a partir de un material orgánico a la atmósfera, que comprende un conducto de alimentación (1) que contiene aire; un generador de plasma por arco eléctrico, campo electrostático, campo eléctrico nanopulsado, descarga de barrera dieléctrica, láser, o activado por radioondas o microondas (2), para producir NOx en el aire del conducto (1); un conducto (3) que contiene el aire desde el generador (2); un dispositivo de absorción (6), que tiene una entrada para el líquido de absorción (4) y una salida de aire limpiado en la torre de lavado (5) para absorber los NOx en el líquido de absorción a fin de formar una solución ácida de nitrógeno

55 que comprende nitratos y nitritos;

un conducto (7) que contiene la solución ácida de nitrógeno del dispositivo de absorción (6);

una fuente (8) de material orgánico;

una salida (11a) que contiene aire de ventilación de la fuente (8);

un conducto (10) que contiene el material orgánico de la fuente (8);

un almacenamiento intermedio (9) para almacenar el material orgánico del conducto (10);

una salida (11b) que contiene aire de ventilación del almacenamiento intermedio (9);

un conducto (12) que contiene el material orgánico del almacenamiento intermedio (9);

un conducto de salida del producto (19) que contiene el material orgánico del conducto (12); y

un conducto (7a) que alimenta la solución ácida de nitrógeno desde el conducto (7) hasta la fuente (8) y/o un conducto

65 (7b) que alimenta la solución ácida de nitrógeno desde el conducto (7) hasta el almacenamiento intermedio (9) y/o un conducto (7c) que alimenta la solución ácida de nitrógeno desde el conducto (7) hasta el conducto de salida del

producto (19).
12.

Una planta de acuerdo con la reivindicación 11, en la que el material orgánico es un residuo orgánico.
13.

Una planta de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, en la que el aire es aire contaminado.