ES2945663T3 - Procedimiento e instalación para la denoxificación de gases - Google Patents

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Abstract

La invención tiene como objetivo proponer un proceso para desintoxicar gases de una caldera de incineración o combustión (110) en un reactor catalítico (200) que comprende al menos dos módulos (231a, 231b) que contienen un catalizador capaz de desintoxicar dicho gas, comprendiendo dicho método: un fase de tratamiento que consiste en introducir a la entrada del reactor catalítico (230) los gases a tratar procedentes de dicha caldera de incineración (110), haciéndolos pasar a través de dichos al menos dos módulos (231a, 231b), luego evacuar a a la salida del reactor catalítico (230) los gases tratados; una fase de regeneración para la regeneración de un módulo (231a) de entre dichos al menos dos módulos (231a, 231b) consistente en introducir gases de regeneración a la entrada del reactor catalítico (230), haciéndolos pasar por dicho módulo (231a) para ser regenerados y evacuando por separado los gases resultantes de la regeneración a la salida del reactor catalítico (230); caracterizándose dicho método porque los gases resultantes de la regeneración son reintroducidos en la caldera de incineración (110). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento e instalación para la denoxificación de gases
Campo técnico de la invención
El campo técnico de la invención es el del tratamiento de los gases y humos resultantes en particular de la incineración de basuras domésticas, de residuos, o incluso de la combustión de biomasa, de combustibles procedentes de residuos.
La invención se refiere a una instalación y a un procedimiento para el tratamiento de los gases a denoxificar en un reactor catalítico de tipo “low dust”, (es decir bajo contenido en polvo) y para la regeneración periódica de los módulos del reactor catalítico.
Antecedentes tecnológicos de la invención
Los reactores catalíticos permiten la denoxificación de los gases resultantes, en particular, de la incineración de residuos domésticos, de residuos, pero también de la combustión de biomasa y de combustibles procedentes de residuos, de modo que el contenido en óxidos de nitrógeno de los gases finalmente liberados en la atmósfera sea inferior a los umbrales reglamentarios impuestos.
Por "denoxificación" de un gas se entiende la reducción por vía catalítica de los óxidos de nitrógeno contenidos en dicho gas. Los óxidos de nitrógeno, generalmente denominados NOx, incluyen los siguientes compuestos: NO, NO2, N2O.
En los procedimientos conocidos, los gases a tratar se introducen a la entrada de un reactor catalítico, durante su funcionamiento, pasan a través de un catalizador adecuado para someterse a la denoxificación deseada, antes de ser liberados a la atmósfera.
En contacto con gases que contienen óxidos de nitrógeno, el catalizador se carga progresivamente con diversas sales resultantes de las reacciones de combinación entre NH3 y HCl/SO2 residuales, y pierde así parte de su actividad por obstrucción de los diversos sitios activos. Por lo tanto, es necesario poder regenerar cíclicamente el catalizador para que recupere su rendimiento y para que, a la salida del reactor catalítico, el contenido de NOx de los gases se mantenga por debajo de los umbrales reglamentarios.
Durante una fase de regeneración, se sabe que los gases tomados del circuito principal atraviesan el catalizador y se calientan a una temperatura suficientemente elevada (del orden de 320°C) para provocar la sublimación de las sales y su evacuación en forma gaseosa (NH3, SO2, HCl).
En realizaciones conocidas, los gases procedentes de la regeneración se descargan de la misma manera que los gases tratados, o incluso simultáneamente en el mismo conducto cuando el reactor catalítico está provisto de varios módulos, algunos de los cuales están en fase de funcionamiento mientras que otros están en fase de regeneración. Sin embargo, los gases procedentes de la regeneración contienen contaminantes en forma de gases procedentes de las sales eliminadas del catalizador (HCl, SO2, SO3, pero también metales pesados como el mercurio).
Para resolver este problema, se ha propuesto en el documento EP 1676627 reintroducir estos gases contaminados procedentes de la regeneración en la entrada de la línea de tratamiento de gases. De este modo, los productos sublimados no se expulsan directamente a la atmósfera, sino que se reinyectan a la entrada del filtro de mangas para el tratamiento de los contaminantes HCl y SO2. A continuación, los gases de regeneración depurados se tratan como gases a denoxificar y luego se liberan a la atmósfera.
Sin embargo, una solución de este tipo consistente en reinyectar los gases procedentes de la regeneración a una temperatura del orden de 320°C en el circuito principal de tratamiento de gases plantea problemas, provoca un aumento inversamente proporcional al número de módulos implicados del orden de 10 a 35°C de la temperatura de los gases a tratar en toda la instalación y provoca un aumento del volumen de gases a denoxificar. Así, la solución propuesta requiere un redimensionamiento de las instalaciones y equipos para soportar el funcionamiento a una temperatura media más elevada y con un mayor volumen a denoxificar. Habida cuenta de los materiales utilizados para los catalizadores, intercambiadores, etc., el sobredimensionamiento de la instalación o la multiplicación de los módulos en el caso de un reactor catalítico compartimentado no es económicamente viable.
Para mejorar el balance energético y económico de una instalación de denoxificación de este tipo con tratamiento de los gases procedentes de la regeneración, se propuso en el documento EP 2687283 utilizar un intercambiador de calor gas/gas para recuperar parte del calor de los gases procedentes de la regeneración.
Sin embargo, una solución de este tipo no está optimizada y no permite la recuperación energética y económica de toda la instalación de tratamiento y regeneración de gases.
El documento EP-1 576 999 divulga un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1. Los documentos DE 1975 1663 y JPH10192657 también presentan procedimientos para la denoxificación de gases procedentes de una caldera.
Descripción general de la invención
En este contexto, la invención tiene por objeto remediar estos inconvenientes proponiendo un procedimiento y una instalación de denoxificación de los gases que permite tratar de manera económica los gases resultantes de la regeneración, proponiendo al mismo tiempo una instalación optimizada energéticamente que permite recuperar el máximo de energía, y en particular toda la potencia térmica inyectada para la fase de regeneración del catalizador, así como el calor latente de los gases que salen del catalizador.
A tal fin, la invención proporciona un procedimiento según la reivindicación 1.
Además de las características mencionadas en el párrafo anterior, el procedimiento de denoxificación según la invención puede tener una o más de las siguientes características adicionales, consideradas individualmente o en cualquier combinación técnicamente posible:
• el procedimiento incluye una etapa de recuperación de la energía de los gases tratados a la salida del reactor catalítico;
• los gases de regeneración se obtienen calentando al menos una parte de los gases a tratar mediante un medio de calentamiento;
• la fase de tratamiento y la fase de regeneración se realizan simultáneamente.
También es un objeto de la invención proporcionar una instalación para llevar a cabo el procedimiento según la invención, siendo la instalación de acuerdo con la reivindicación 5.
Ventajosamente, la planta es una instalación de incineración de basuras domésticas o de incineración de residuos o de combustión de biomasa o de combustión de combustibles procedentes de residuos.
La invención y sus diversas aplicaciones se comprenderán mejor al leer la siguiente descripción y al examinar la figura adjunta.
Breve descripción de las figuras
Las figuras son indicativas y en ningún caso limitativas de la invención.
La figura única es una representación esquemática de una planta incineradora que comprende una instalación de denoxificación de gases según la invención para la denoxificación de gases procedentes de la incineración de residuos domésticos.
Descripción detallada de un ejemplo de realización de la invención
La figura única ilustra esquemáticamente una instalación de incineración de residuos domésticos 100 que comprende una caldera de incineración de residuos domésticos 110 y una instalación de denoxificación 200 para el tratamiento de gases, humos, efluentes gaseosos, etc. procedentes de la caldera 110. En la siguiente descripción, el término gas se utilizará para definir todos los gases, humos o diferentes efluentes gaseosos resultantes de la incineración de basuras domésticas, residuos o procedentes de la combustión de biomasa o combustible procedente de residuos.
La caldera 110 dispone típicamente de una cámara de combustión 111 para la incineración de los residuos domésticos, una chimenea 112 para la evacuación de los gases resultantes de la incineración, uno o varios sobrecalentadores 113 y un economizador 114 o una pluralidad de economizadores en serie a la salida de la caldera antes de su evacuación a la atmósfera por una chimenea 300.
El economizador 114 de la caldera 110 regula típicamente la temperatura de los gases que salen de la caldera 110 a una temperatura de aproximadamente 190°C.
Un conducto de alimentación 301 permite la circulación de los gases resultantes de la incineración hasta la instalación de denoxificación 200.
Los gases a denoxificar se introducen primero en varios dispositivos de pretratamiento, como un dispositivo 240 para tratar HCl, SO2 y un dispositivo de filtración 250 para eliminar el polvo de los gases.
A la salida del dispositivo de filtración 250, la instalación de denoxificación 200 comprende un primer circuito de circulación 310 para el tratamiento de los gases a denoxificar, en el que se interpone un reactor catalítico 230 para denoxificar los gases, y un segundo circuito de circulación 320 para la regeneración del reactor catalítico 230.
En la realización ilustrada, el reactor catalítico 230 está compartimentado en una serie de reactores aislables, denominados módulos de tratamiento de gas 231; en la Figura 1 se muestran cuatro módulos de tratamiento de gases. Cada módulo de tratamiento de gases 231 comprende un compartimento de entrada de gas 233, un bloque catalizador en la parte central, por ejemplo en forma de producto catalizador (como óxido de vanadio) suelto o fijado sobre un revestimiento, por ejemplo en forma de panal, un compartimento de salida de gas 234. Los módulos de tratamiento 231 pueden aislarse independientemente unos de otros mediante un registro situado en los compartimentos de entrada 233 de cada módulo 231. Así, en el reactor catalítico 230, es posible aislar individual y periódicamente un módulo de tratamiento 231a en la fase de regeneración mientras que los otros módulos de tratamiento 231b están en la fase de denoxificación del gas. En particular, este principio de funcionamiento permite que la instalación de incineración 100 funcione de forma continua cuando es necesario regenerar un módulo.
En funcionamiento, el circuito de tratamiento de gas 310 permite que los gases que salen del dispositivo de filtración 250 sean encaminados a los compartimentos de entrada 233 de los módulos de tratamiento 231b a través de un conducto de suministro 311 y conductos de entrada 312 que conectan el conducto de suministro 311 a los compartimentos de entrada 234 de los módulos de tratamiento 231b.
El circuito de tratamiento de gases 310 también incluye conductos de salida 313 conectados a los compartimentos de salida 234 de los módulos de tratamiento 231b que comunican con un conducto de descarga 314 conectado a una chimenea 300 para la descarga al aire libre de los gases denoxificados.
La instalación de denoxificación 200 según la invención también dispone ventajosamente de un economizador externo 260, o intercambiador de calor, que también permite recuperar parte del calor de los gases que salen del reactor catalítico 230 y antes de su evacuación a la chimenea 300.
En la fase de regeneración, el circuito de regeneración 320 permite regenerar un módulo de tratamiento seleccionado 231a del reactor catalizador 230 mientras que los otros módulos de tratamiento 231b continúan tratando los gases. Para ello, el circuito de regeneración 320 comprende un conducto de suministro de gas de regeneración 321 conectado directamente al conducto de suministro 311 y cuya proporción de gas introducido en el conducto de suministro de gas de regeneración 321 se controla mediante una válvula (no mostrada). Los gases que fluyen a través del conducto de suministro de gas de regeneración 321 se calientan mediante un medio de calentamiento 222, por ejemplo un quemador de gas combustible, para aumentar la temperatura de los gases hasta una temperatura del orden de 320°C. La salida de los medios de calentamiento 222 comunica con el compartimento de entrada 233 del módulo de tratamiento 231a a regenerar para que los gases calentados puedan inyectarse en dicho módulo 231a.
A la salida del módulo de tratamiento 231a a regenerar, los gases procedentes de la regeneración que contienen los productos sublimados se aíslan del conducto de descarga 314 y se dirigen, a través de un conducto de reinyección 323, directamente hacia la caldera 110. Más concretamente, los gases de regeneración a una temperatura de 320°C se reinyectan aguas arriba del economizador 114 o de la pluralidad de economizadores en serie de la caldera 110 para utilizar el principio de regulación del economizador 114 y valorizar la energía de estos gases de regeneración. En general, la caldera de incineración está sobredimensionada y la inyección de los gases resultantes de la regeneración a una temperatura de 320°C tiene poco efecto sobre su funcionamiento. Así, la temperatura de salida de la caldera 110 obtenida es del orden de 190°C ± 10°C, es decir, una temperatura de salida equivalente a las instalaciones del estado de la técnica. La temperatura de salida de la caldera 110 puede ser ligeramente superior, por ejemplo entre 190°C y 199°C, en función de la capacidad de la caldera 110 y del número de módulos de tratamiento 231 del reactor catalítico 230. De hecho, a medida que aumenta el número de módulos de tratamiento 231, menor es el caudal de los gases procedentes de la regeneración en comparación son el caudal global. Por consiguiente, cuanto más aumente el número de módulos de tratamiento 231, más se acercará la temperatura de los gases a la salida de la caldera 110 a la temperatura de consigna de 190°C obtenida convencionalmente sin esta etapa de reinyección de los gases de regeneración.
De este modo, el aporte de calor proporcionado por los gases de regeneración es utilizado y recuperado completamente por el control de la caldera sin provocar cambios en el volumen de tratamiento en la instalación de denoxificación 200 y sin aumentar la temperatura global de los gases a denoxificar en la instalación 200.
Gracias a la invención, los gases que salen de la caldera 110 y circulan por el conducto de alimentación 301 son, por tanto, una mezcla de gases procedentes de la incineración de residuos domésticos y gases procedentes de la regeneración del catalizador. A continuación, esta mezcla de gases sigue la ruta convencional de tratamiento de gases para que los gases liberados a la atmósfera cumplan los niveles máximos reglamentarios de contaminantes (HCl, SO2, NH3, metales pesados) liberados a la atmósfera.
Gracias a la instalación de denoxificación 200 según la invención, no es necesario sobredimensionar este economizador externo 260 para la recuperación de energía de los gases de regeneración como en las instalaciones conocidas en el estado de la técnica, ya que la temperatura de los gases a nivel de este economizador es equivalente a la temperatura sin regeneración. En efecto, a nivel de este economizador externo 260, la temperatura de los gases es del orden de 175°C - 180°C, lo que corresponde a temperaturas equivalentes a un funcionamiento tradicional sin regeneración.
Gracias a la invención, los gases resultantes de la regeneración, que contienen contaminantes de desorción del catalizador (SO2, SO3, metales pesados como el mercurio), no se liberan a la atmósfera sino que se reciclan en la caldera 110 y luego se vuelven a tratar en la instalación de denoxificación 200.
La invención se ha descrito en particular para el tratamiento de gases y humos procedentes de la incineración de residuos o desechos domésticos. Sin embargo, la invención también es aplicable al tratamiento de gases y humos procedentes de la combustión de biomasa o combustibles residuales.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de denoxificación de gases procedentes de una caldera de incineración o combustión (110), en un reactor catalítico (200) que comprende al menos dos módulos (231a, 231b) que contienen un catalizador capaz de denoxificar dichos gases, comprendiendo dicho procedimiento:
- una fase de tratamiento consistente en introducir los gases a tratar procedentes de dicha caldera (110) en la entrada del reactor catalítico (230), hacerlos pasar a través de dichos al menos dos módulos (231a, 231b) y, a continuación, descargar los gases tratados a la salida del reactor catalítico (230)
- una fase de regeneración para la regeneración de un módulo (231a) entre dichos al menos dos módulos (231a, 231b) consistente en introducir gases de regeneración en la entrada del reactor catalítico (230), hacerlos pasar a dicho módulo (231a) a regenerar y descargar por separado los gases resultantes de la regeneración a la salida del reactor catalítico (230);
estando el procedimiento caracterizado porque
los gases resultantes de la regeneración se reintroducen en la caldera (110),
la caldera (110) tiene al menos un economizador (114) y los gases resultantes de la regeneración se reintroducen aguas arriba de dicho al menos un economizador (114); y
el procedimiento incluye una etapa de recuperación de energía de los gases resultantes de la regeneración a través del economizador (114) de la caldera (110).
2. Procedimiento de denoxificación según la reivindicación anterior que comprende una etapa de recuperación de energía de los gases tratados a la salida del reactor catalítico (230).
3. Procedimiento de denoxificación según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los gases de regeneración se obtienen calentando al menos una parte de los gases a tratar mediante un medio de calentamiento (222).
4. Procedimiento de denoxificación según una de las reivindicaciones anteriores en el que la fase de tratamiento y la fase de regeneración se llevan a cabo simultáneamente.
5. Instalación (100) para implementar el procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo la instalación
- una caldera (110) de incineración o combustión, y para la denoxificación (200) de los gases procedentes de la caldera:
- un reactor catalítico (230) que comprende al menos dos módulos (231a, 231b) que comprenden un catalizador capaz de permitir la denoxificación de los gases;
- un conducto de alimentación (311, 312) de los gases a denoxificar a la entrada del reactor catalítico (230); - un conducto de descarga (313, 314) de los gases denoxificados a la salida del reactor catalítico (230); - un conducto de alimentación (321) de los gases de regeneración a la entrada del reactor catalítico (230) - un conducto (323) de descarga de los gases resultantes de la regeneración a la salida del reactor catalítico (230), siendo el conducto (323) de descarga de los gases resultantes de la regeneración distinto del conducto (313, 314) de descarga de los gases denoxificados;
estando la instalación (100) caracterizada porque
el conducto de descarga (323) de los gases resultantes de la regeneración está conectado en su extremo aguas abajo de la caldera (110);
la caldera incluye un economizador (260) para recuperar energía de los gases tratados que salen del reactor catalítico (230).
6. Instalación (100) según la reivindicación anterior que es una instalación para incinerar basuras domésticas o para incinerar residuos o para la combustión de biomasa o combustión de combustibles procedentes de residuos.
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