MX2008006292A

MX2008006292A - Sistema de control de emisiones que utiliza dioxido de cloro y peroxido de hidrogeno.

Info

Publication number: MX2008006292A
Application number: MX2008006292A
Authority: MX
Inventors: Clyde F Parrish; Landy Chung
Original assignee: Usa
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-10-01
Also published as: KR20080082639A; US20080213148A1; BRPI0618606A2; US8425866B2; WO2007058936A1; AU2006315712A1; CA2634731A1; EP1971416A1

Abstract

Los métodos y equipos que utilizan dióxido de cloro y peróxido de hidrógeno son útiles para reducir emisiones de NOx, así como también emisiones de SOx y de mercurio (u otro metal pesado) mediante lavado de corrientes de gases de combustión.

Description

SISTEMA DE CONTROL DE EM ISIONES QUE UTILIZA DIÓXIDO DE CLORO Y PERÓXIDO DE HIDRÓGE NO Referencia a solicitudes relacionadas La presente solicitud reclama el beneficio de la solicitud provisional estadounidense presentada con anterioridad número 60/737,01 5, presenta el 1 4 de noviembre del 2005, y de la solicitud de patente estadounidense número 1 1 /466,624, presentada el 23 de agosto del 2006, cuyos contenidos se incorporan aqu í mediante referencia. Origen de la invención La invención descrita aqu í fue realizada en parte por un empleado del Gobierno de los Estados Unidos, y puede fabricarse y utilizarse por y para el Gobierno de los Estados U nidos, para propósitos gubernamentales, sin ningún pago de regal ías. Cam po de la invención La presente invención se refiere en lo general al control de emisiones y en lo particular al control de emisiones provenientes de fuentes de combustión. Antecedentes de la i nvención El control de emisiones provenientes de fuentes de combustión de combustibles fósiles atiende a un grave problema ambiental . La Agencia de Protección Ambiental (EPA), a través de la Ley del Aire Puro regula las emisiones de plantas de energ ía que utilizan combustibles fósiles. Las regulaciones iniciales se enfocaron en emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) y óxidos de sulfuro (SOx), pero las regulaciones más recientes incluirán previsiones para controlar las emisiones de metales pesados (Hg , etc. ) y dióxido de carbono. Las corrientes de gases generadas por procesos de combustión con frecuencia son limpiadas, es decir, se hacen entrar en contacto con agua o soluciones de agua , con el fin de retirar muchos contaminantes. Sin embargo, estos procesos de lavado con frecuencia producen corrientes de desechos dañinos que deben ser atendidas. Más aun , con frecuencia no es posible "limpiar" el óxido nítrico (NO). Con el fin de eliminar este contaminante, el óxido nítrico típicamente es convertido a dióxido de nitrógeno (N02) antes del "limpiado". Se utilizan diversos agentes oxidantes para esta conversión. Sin embargo, los agentes oxidantes más eficientes son también más inestables, podrían no ser rentables, y podrían ser difíciles de almacenar, e incluso peligrosos. Debido a las razones antes mencionadas, y por otras razones declaradas a continuación , que serán evidentes para los expertos en la materia a la lectura y comprensión de la presente especificación , existe la necesidad en la materia de encontrar métodos y aparatos alternativos para tratar corrientes de gases generados por combustión. Breve descri pción de la invención Aquí se describen métodos y aparatos que utilizan dióxido de cloro (CL02) para reducir las emisiones de NOx. Dichos métodos y aparatos pueden ser sistemas independientes o pueden estar incorporados en un sistema más grande, como puede ser un sistema que utilice peróxido de hidrógeno para reducir SOx, NOx y mercurio, u otras emisiones de óxidos de metales. El aparato es modular y sus componentes pueden agregarse o quitarse dependiendo de los requerimientos específicos para una operación de eliminación dada.

Para una modalidad , la invención proporciona un método para tratar una corriente de gas y eliminar de ella al menos los óxidos de nitrógeno. El método incluye generar dióxido de cloro en un proceso de reacción continua, mezclar el dióxido de cloro con la corriente de gas al ser generada, mantener un nivel deseado de óxido n ítrico en la corriente de gas mediante la regulación de la razón de generación del dióxido de cloro, y limpiar la corriente de gas con una solución de peróxido de hidrógeno, produciendo así un primer licor limpiador. El método además incluye mantener una concentración deseada de peróxido de hidrógeno en el primer licor limpiador mediante la regulación de un flujo de la primera solución de peróxido de hidrógeno. Para otra modalidad , la invención proporciona un método para tratar una corriente de gas para retirar al menos los óxidos de azufre y los óxidos de nitrógeno, y separar los ácidos sulfúrico y nítrico resultantes. El método incluye limpiar la corriente de gas con una primera solución de peróxido de hidrógeno, produciendo así un primer licor limpiador que contiene solo óxidos de azufre, principalmente, y mantener una concentración deseada de peróxido de hidrógeno en el primer licor limpiador mediante la regulación de un flujo de la primera solución de peróxido de hidrógeno. El método además incluye retirar una corriente derivada que contiene ácido sulfúrico después de obtener una concentración deseada de este en el primer licor limpiador. El método además incluye un desnebulizador para reducir el transporte de vapores de ácido sulfúrico. El método además incluye oxidar la corriente de gas utilizando una mezcla de dióxido de cloro adaptara para convertir óxido nítrico a dióxido de nitrógeno después de limpiar la corriente de gas con la primera solución de peróxido de hidrógeno , y después de oxidar la corriente de gas, limpiarla con una segunda solución de peróxido de hidrógeno. El método oxida aun más el mercurio elemental a óxidos de mercurio con dióxido de cloro, y después de limpiar la corriente de gas en una segunda solución de peróxido de hidrógeno que contiene ácido n ítrico, disuelve los óxidos de mercurio. Para otra modalidad, la invención proporciona un sistema para reti rar al menos óxidos de nitrógeno de una corriente de gas. El sistema incluye una torre de oxidación acoplada para recibir la corriente de gas y una mezcla de dióxido de cloro, un limpiador acoplado para recibir una corriente de gas saliente proveniente de la torre de oxidación, y acoplada para recibir una solución de peróxido de hidrógeno y un licor reciclado proveniente del limpiador, una desnebulizador para reducir el vapor de ácido n ítrico, un neutralizador acoplado para recibir una corriente de gas saliente, proveniente del limpiador, que ajusta el pH a 7.0 ± 2.0, y un sistema de generación e inyección de dióxido de cloro para la generación e inyección continua de una mezcla de este hacia la torre de oxidación . Para otra modalidad , la invención proporciona un sistema para el retiro de al menos los óxidos de azufre y los óxidos de nitrógeno provenientes de un gas residual de combustión . El sistema incluye un intercambiador de calor para transferir el calor proveniente de la corriente cruda de gas residual , hacia la corriente procesada de gas residual antes de que entre al escape del tiro, un intercambiador de calor/enfriador de agua, acoplado para recibir una corriente cruda de gas residual al salir del intercambiador de calor, un primer limpiador acoplado para recibir una corriente de gas saliente, proveniente del agua o del enfriador, y acoplado para recibir una primera solución de peróxido de hidrógeno, un sistema de eliminación de sólidos acoplado para recibir un primer licor limpiador proveniente del primer limpiador, y para proporciona un licor limpiador reciclado al primer limpiador después de retirar los sólidos del primer licor limpiador, y un sistema de control para mantener una concentración deseada de peróxido de hidrógeno en el licor limpiador reciclado, y para mantener una concentración deseada de ácido sulfúrico en el licor limpiador reciclado. El sistema además incluye un primer desnebulizador acoplado para recibir una corriente de gas saliente, proveniente del primer limpiador, una torre de oxidación acoplada para recibir una corriente de gas saliente, proveniente del desnebulizador, y una mezcla de dióxido de cloro , y una segundo limpiador acoplado para recibir una corriente saliente de gas, proveniente de la torre de oxidación y acoplado para recibir una segunda solución de peróxido de hidrógeno y un licor reciclado, proveniente del segundo limpiador. El sistema además incluye un segundo desnebulizador acoplado para recibir un gas saliente, proveniente del segundo limpiador. El sistema además incluye un neutralizador acoplado para recibir una corriente saliente de gas, proveniente del segundo desnebulizador, acopado al segundo limpiador y al sistema de generación e inyección de dióxido de cloro para la generación e inyección continua de una mezcla de este hacia la torre de oxidación . La invención además incluye métodos y aparatos de varios alcances. Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un diagrama de bloque esquemático de un sistema de control de emisiones de acuerdo con una modalidad de la invención . La figura 2 es un esquema de un sistema de control de concentración de peróxido de hidrógeno para utilizarse de acuerdo con una modalidad de la invención . La figura 3 es un subsistema de recipiente de reacción de peróxido de hidrógeno para utilizarse de acuerdo con una modalidad de la invención. La figura 4 es un esquema funcional de un sistema de generación e inyección de dióxido de cloro de acuerdo con una modalidad de la invención. Descri pción detallada de la invención En la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte del documento, y en los cuales se muestran por medio de ilustración las modalidades preferidas en las cuales puede utilizarse la invención . Estas modalidades se describen con suficiente detalle para permitir a los expertos en la materia utilizar la invención , y deberá entenderse que podrán utilizarse otras modalidades, y que los cambios lógicos, mecánicos y químicos pueden realizarse sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. Deberá hacerse notar que los dibujos no son a escala, a menos que se proporcione una escala para ellos. Por lo tanto, la siguiente descripción detallada no deberá tomarse en sentido de limitante, y el alcance de la presente invención se definirá solamente por las reivindicaciones adjuntas y las equivalencias correspondientes. Los sistemas de control de emisiones de acuerdo con la invención atienden a contaminantes ambientales de SOx, NOx y metales pesados. Dichos sistemas están diseñados para reducir emisiones de estos contaminantes ambientales a los niveles establecidos, por ejemplo, por la EPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos). Este sistema de control de emisiones proporciona un método basado en peróxido de hidrógeno para reducir las emisiones de SOx, NOx, metales y óxidos de metales generados por fuentes de combustión a niveles aceptables establecidos por la EPA. Adicionalmente, pueden aislarse las corrientes de derivados útiles de ácido sulfúrico, ácido n ítrico, sales de estos ácidos, y componentes para producción de óxidos de metal . La figura 1 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema de control de emisiones de acuerdo con una modalidad de la invención . El proceso se inicia con una corriente de gas, como puede ser una corriente de gas residual sin tratar ( 1 50) una vez que se han reti rado las partículas. Existen muchas opciones para este diseño , y los pasos pueden omitirse, o las operaciones de unidad alterna pueden sustituirse para el proceso general , dependiendo de los requerimientos de instalación . Estos pasos alternativos se notan durante la descripción del proceso. El primer paso del proceso es utilizar un intercambiador de calor ( 1 02) para transferir el calor proveniente del gas residual entrante al gas residual saliente. Otra modalidad de la invención incluye utilizar el calor transferido al gas residual saliente para elevar la temperatura de dicho gas residual , y así incrementar la velocidad de este. Otra modalidad de las invenciones incluye mejorar la eficiencia del lavado bajando la temperatura del gas residual. Resulta deseable reducir las emisiones SOx antes de retirar las emisiones NOx, puesto que esto permite la separación del ácido sulfúrico y ácido n ítrico, y hace más eficiente el retiro de estos últimos, así que en la modalidad preferida el orden de limpieza mejora la eficiencia global y reduce los costos globales también .

Teniendo en mente que la mayoría de los contaminantes NOx son NO y no NOx, y que el NO no es soluble en agua y el SOx si lo es en presencia de peróxido de hidrógeno, esto permite la separación de los ácidos sulfúrico y nítrico. El NO primero deberá oxidarse a N02 para que pueda limpiarse en la solución de peróxido de hidrógeno. El segundo paso en el proceso es utilizar la cámara de enfriamiento ( 1 03) para proporcionar enfriamiento adicional del gas residual que sale del intercambiador de calor. El agua fría se regresa al tanque de enfriamiento ( 1 04). Un primer paso alternativo del proceso puede ser utilizar una cámara de enfriamiento y lavado (1 02) para enfriar el gas residual entrante ( 1 50), y retirar de éste algunas de las partículas. El agua de proceso proveniente de la cámara (1 03) se proporciona a la cámara de lavado ( 1 02). Las partículas, el agua de lavado y el calor se envían de la cámara de lavado ( 1 02) al tanque de sedimentación y enfriamiento ( 1 04). Entonces el agua vuelve a circularse desde el tanque ( 1 04) hacia la cámara de agua ( 1 03). El gas residual enfriado o lavado se alimente desde la cámara de enfriamiento o lavado (103) a una torre de lavado (105) para retirar el SOx y/o metales pesados. La torre de lavado ( 1 05) utiliza peróxido de hidrógeno proveniente de un almacén de peróxido de hidrógeno ( 1 1 2) para oxidar el ácido sulfuroso (H2S02) en ácido sulfúrico (H2S04), para así evitar la reemisión de S02. El almacén de peróxido de hidrógeno ( 1 1 2) preferiblemente proporciona peróxido de hid rógeno en forma acuosa, de aproximadamente 35% a 70% por volumen , y más preferiblemente de aproximadamente 70% por volumen . A medida que el pH del l íquido limpiador se reduce debido a la formación de ácido sulfúrico, la mayoría de los óxidos de metales pesados, incluyendo el Hg , etc. , se dispersan como óxidos de metales y/o los hidróxidos disueltos se convierten en sulfatos. Las partículas no disueltas restantes y los sulfatos insolubles se retiran con un sistema de eliminación de sólidos ( 106), por ejemplo, una centrífuga de sólidos de tazón , un filtro de banda continua o algún otro sistema para la eliminación continua de sólidos de una corriente de l íquido. La figura 1 ilustra el uso de una centrífuga ( 1 06) como sistema de retiro de sólidos, pero solo como un ejemplo. La centrífuga ( 1 06) elimina continuamente los sólidos y circula el licor limpiador a través de una válvula ( 1 09) de regreso a la torre de lavado ( 1 05) para limpiar continuamente el gas residual . Cuando el licor limpiador (ácido sulfúrico) alcanza la concentración deseada , el licor limpiador "limpio" se descarga de la centrífuga ( 1 06) a través de la válvula ( 1 1 0), y luego se drena al almacenamiento de ácido sulfúrico ( 1 1 1 ), el cual puede utilizarse después para elaborar fertilizantes o para usos industriales. Los sólidos provenientes de la centrífuga ( 1 06) se descargan ah contenedor de sólidos de reciclaje ( 1 07) . Los metales solubles y los óxidos de metal presentes en el licor limpiador "limpio", pueden retirarse posteriormente como sólidos insolubles, previa neutralización del ácido sulfúrico que pudiera llevarse a cabo, por ejemplo, durante la producción de fertilizante. La concentración de peróxido de hidrógeno en la primera mezcla de limpieza se mantiene a un nivel predeterminado, es decir, de 0.1 a 5 por ciento de volumen . La concentración de la primera mezcla de limpieza puede mantenerse utilizando un controlador de peróxido de hidrógeno del tipo descrito a continuación. Detalles adicionales de dicho controlador pueden encontrarse en la patente estadounidense no. 6,039 ,783, emitida el 21 de marzo del 2000, otorgada a Lueck, et al , y la patente estadounidense no. 6,641 ,638, emitida el 4 de noviembre del 2003, otorgada a Lueck, et al . Cuando el gas residual sale de la torre de lavado ( 1 05), este entra en contacto con el desnebulizador ( 1 08), donde el vapor que contiene ácido sulfúrico se une. El vapor unido se regresa a la torre de limpieza ( 105) y el gas residual desulfurizado fluye al neutralizador ( 1 1 8), si solamente se utiliza el sistema SOx. En presencia de NOx, se evita la neutralización y el gas residual fluye directamente a la torre de oxidación ( 1 1 3). Los gases ácidos residuales son neutralizados mediante un neutralizador de base ( 1 1 8), el gas residual limpiado y neutralizado pasa a través del intercambiador de calor y luego sale a través del escape. Alternativamente, puede utilizarse un ventilador de escape en vez del intercambiador de calor en la saluda del neutralizador ( 1 1 8), si así se desea, para impulsar el gas residual limpiado y neutralizado hacia fuera del escape, como el gas residual procesado ( 1 52). El sistema anal ítico utilizado para el sistema de control , como se describió inicialmente en la patente estadounidense número 6,039,783, incluye un proceso único que controla la concentración de peróxido de hidrógeno. El proceso es controlado por un controlador lógico programable (PLC) diseñado para medir la concentración de peróxido de hidrógeno y añadir peróxido de hidrógeno adicional cuando sea necesario, con el fin de mantener la concentración presente. Además del controlador de peróxido de hidrógeno, el sistema de control contiene dos controladores comerciales, uno para pH y otro para medir la concentración de ácido sulfúrico, ácido n ítrico o sales de estos ácidos. Estos controladores comerciales se utilizan para mantener un pH o concentración meta, y para añadir reactivos cuando se requiera. Los detalles del diseño y operación del sistema de control se dan en la siguiente sección . El diagrama de flujo de bloques para un controlador de peróxido de hidrógeno adecuado para su uso con las modalidades de la invención se muestra en la figura 2. El PLC de peróxido de hidrógeno que controla las operaciones inicia la primera secuencia jalando una muestra hacia al sistema desde el punto de muestra (231 ) mediante la bomba (232) y bombeando a través de la válvula (233). La sonda de pH (247) y la sonda de conductividad (248) se exponen a la muestra antes de pasarla al filtro metálico (234), donde una parte de dicha muestra pasa a través del filtro (234) y el resto no pasa por dicho filtro y lava los residuos de regreso al retorno de muestra (245). El filtrado que pasó a través del filtro (234) continua a través de la válvula (235), la válvula de puertos múltiples (236) y el aro de muestra (237). Del aro de muestra (237), la muestra regresa a la válvula de puertos múltiples (236), y luego sale y regresa al retorno de muestra (245). La secuencia de sucesos descritos anteriormente sirve para obtener una muestra desde el punto de muestra (231 ), filtrar la muestra, llenar el aro de muestra que tiene un volumen conocido, y regresar la muestra no utilizada al retorno de muestra (245). Mientras se llena el aro de muestra (237), la bomba de medición (238) extrae hipoclorito de sodio desde el contenedor (239) , e inyecta un volumen conocido de este en la celda de reacción (240) a través de la válvula de puertos múltiples (236). El PLC dispara una segunda secuencia, la cual envía una señal para hacer girar la válvula de puertos múltiples (236) y bombear una segunda cantidad de hipoclorito de sodio, pero esta vez se utilizó para desplazar la muestra del aro de muestra (237), la cual es bombeada hacia la celda de reacción (240). La reacción del hipoclorito de sodio con el peróxido de hidrógeno produce agua, cloruro de sodio y oxígeno, el cual ocasiona un aumento en la presión dentro de la celda de reacción , que es detectado por el transductor de presión (241 ) . Los datos de calibración programados en el PLC para cambios en la presión en función de la concentración de peróxido de hidrógeno se utilizan para controlar la concentración de peróxido de hidrógeno en el sistema. Si la concentración medida se encuentra por debajo de la concentración establecida, se activa una bomba para transferir peróxido de hidrógeno desde el almacén . La bomba de peróxido de hid rógeno se detiene cuando la concentración medida es mayor a la concentración establecida. Este ciclo se repite continuamente para mantener la concentración establecida de peróxido de hidrógeno. Mientras se mide la concentración, el filtro (234) se lava en reverso con agua (243) a través de la válvula (244) para retirar partículas capturadas en el filtro (234). Cuando se inicia el lavado en reverso, se cierra la válvula (233), se detiene la bomba (232) y el agua (243) empuja a través del filtro (234) y de regreso al retorno de muestra (245). Adicionalmente, los contenidos de la celda de reacción pueden ser expulsados en este momento a través de la válvula (242) hacia desecho de muestra (246). Una vez que se ha completado el lavado en reverso, el PLC regresa el proceso a la primera secuencia y el proceso de muestreo inicia nuevamente. La Figura 3 muestra los detalles de una celda de reacción (240). El cuerpo de la celda de reacción (351 ) tiene una cámara interna (352) que está sujeta a una cubierta de calibrador (353), que protege al transductor de presión (241 ). El hipoclorito de sodio y la muestra son extraídos a través de la entrada de hipoclorito de sodio (355) por medio de la bomba de medición (238). Una vez que se ha completado la reacción dentro de la celta de reacción, esta se descarga a través de la válvula (242) hacia desecho de muestra (246). La celda de reacción se fabrica preferiblemente de un pol ímero maquinable y resistente a la corrosión . Aunque la breve descripción anterior del control de concentración de peróxido de hidrógeno se incluye para asistir al lector, una descripción más detallada se proporciona en la patente estadounidense no . 6,039,783 y en la patente estadounidense no. 6,641 ,638, como ya se mencionó. El pH puede controlarse mediante dispositivos reconocidos comercialmente, tales como el controlador de pH modelo 0054pH/ORP-08, y la sonda de pH modelo 306P-0201 0055, ambos de Rosemont. La sonda de pH es el artículo (247) en la figura 2, y se utiliza para medir de forma continua el pH cuando se neutraliza el ácido para producir fertilizante. El sistema controlador de pH tiene algoritmos proporcionales que ajustan la razón de alimentación de la bomba cuando se aproxima al punto establecido de pH . Para una modalidad , el pH es controlado a un nivel de entre 7.0 y ± 2.0, añadiendo una base, como por ejemplo, hidróxido de potasio. La concentración de ácido sulfúrico y/o ácido nítrico y sales de estos ácidos se controla mediante el controlador modelo 1 054B% 1 -99 de Rosemont. La sonda de conductividad modelo 228-02-21 -54-61 es el artículo (248) en la figura 2. Una vez calibrado para el ión específico utilizado en el sistema, los algoritmos de control proporcional ajustan la razón de bombeo de la base utilizada para formar las sales. Regresando a la figura 1 , para eliminar emisiones de N Ox, el gas residual neutralizado proveniente del neutralizador ( 1 1 8) fluye a la torre de oxidación de NO ( 1 1 3), donde se oxida el óxido n ítrico (NO) hacia dióxido de nitrógeno (N02). De forma alternativa , el gas residual puede hacerse pasar directamente del desnebulizador ( 1 08) a la torre de oxidación de NO ( 1 1 3), para después neutralizarse, eliminando el neutralizador ( 1 1 8). El dióxido de cloro (CI02) proveniente del sistema de alimentación de dióxido de cloro ( 1 1 4) se alimenta dentro de la torre de oxidación de NO ( 1 1 3). El dióxido de cloro alimentado a la torre de oxidación ( 1 1 3) reacciona con el NO para convertirlo en N02 y HN03, como sigue: 2NO+CI02+H2O^ N02+HCI + HN03 Tanto el HCI como el HN03 pueden eliminarse con limpiezas posteriores. El NO oxidado en el gas residual fluye desde la torre de oxidación ( 1 1 3) hacia la torre de limpieza ( 1 1 5), donde es capturado como ácido nítrico en un licor limpiador de peróxido de hidrógeno ácido, generalmente como sigue: 2N02+H202^2HN03 La concentración de peróxido de hidrógeno en la segunda mezcla de lavado va desde 0.1 por ciento a 5 por ciento por volumen , y es controlada por un segundo controlador de peróxido de hidrógeno, el cual determina el peróxido de hidrógeno necesario para completar, extraído del almacén de peróxido de hidrógeno ( 1 1 2), a añadir al licor limpiador que recircula desde la bomba ( 1 1 6). El gas resid ual limpiado que sale de la torre de limpieza ( 1 1 5) pasa hacia el neutralizador ( 1 1 9), donde se añade una base para neutralizar cualquier gas residual ácido mediante un ajuste del pH a 7. Una vez neutralizado, el gas residual limpiado sale a través del intercambiador de calor, y luego hacia el escape como gas residual procesado ( 52 ). De forma alternativa, puede utilizarse un ventilador de escape en lugar del intercambiador de calor en la salida del neutralizador ( 1 1 9), si así se desea, para impulsar al gas residual limpiado y neutralizado hacia fuera del escape como gas residual procesado ( 1 52). La solución mezclada acida que contiene ácido n ítrico y ácido clorhídrico se envía entonces al almacén de ácidos mezclados ( 1 1 7) para su recuperación y desecho. Aunque el dióxido de cloro es reconocido como un gas inestable, las diversas modalidades generan el gas de dióxido de cloro en el momento de su uso, y opcionalmente, proporciona su dilución concurrente en aire. El dióxido de cloro puede produci rse de forma continua mezclando una solución de peróxido de hidrógeno (H202) y ácido sulfúrico (H2S04) con la solución de clorato de sodio (NaCL03). El dióxido de cloro producido al formarse puede mezclarse con aire para mantener el gas en una concentración por debajo del 1 0 por ciento. La figura 4 es un esquema funcional de un sistema de alimentación de dióxido de cloro (41 4) de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El dióxido de cloro se genera a través de una reacción de una solución de clorato de sodio (460) y peróxido de hidrógeno, y una solución de ácido sulfúrico (462). La solución de clorato de sodio (460) se mide hacia el interior de un recipiente de reacción (468) utilizando una bomba de medición (464). La solución de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico se coloca en el interior del recipiente de reacción (468) utilizando una bomba de medición (466). Para una modalidad , la solución de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico (462) se produce utilizando 37.6% por peso de ácido sulfúrico (98% por peso) y 7% por peso de peróxido de hidróg¾no (50% por peso) en agua. La solución puede prepararse añadiendo lentamente el ácido sulfúrico (98% por peso) al agua, permitiendo que se enfríe, y luego añadiendo el peróxido de hidrógeno (50% por peso). Para otra modalidad , la solución de clorado de sodio (460) contiene 50% por peso de clorato de sodio (NaCI03) en agua. Se puede preparar una solución que tenga una gravedad específica de 1 .4 mezclando partes iguales de NaCI03 y agua. La solución puede prepararse añadiendo lentamente clorado de sodio al agua y mezclando hasta que se disuelvan los sólidos. El recipiente de reacción (468) preferiblemente estará hecho de un material resistente al poder oxidante de los reactivos, por ejemplo, recubierto con vidrio, polietileno, Teflón ®, etc. , y equipado con un mezclador (470). Para iniciar la reacción , puede resultar deseable agregar clorato de sodio en forma de cristales a un poco de solución de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico (462) en el recipiente de reacción (468), y luego introducir la medida de solución de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico (462) y la solución de clorato de sodio (460) después de que se ha iniciado la reacción . Por ejemplo, después de una espera de aproximadamente 5 minutos. Al introducir cantidades aproximadamente estequiométricas y molares de los reactivos (460) y (462), se podrá mantener una razón de producción deseada de dióxido de cloro. Para una modalidad , la razón deseada para producción de dióxido de cloro es una cantidad suficiente para reducir las emisiones de NO de una corriente de gas residual (484) a un nivel deseado cuando se le mezcla con el gas residual (484) como se describe a continuación. La reacción de las soluciones de reactivos (460) y (462) pueden proceder de la siguiente manera: Debido al la dilución, al avanzar la reacción , el recipiente de reacción (468) podría requeri r ser drenado ocasionalmente ' para eliminar el exceso de agua y sulfato de sodio (Na2S04). El recipiente de reacción podría además incluir una entrada de aire (472) para mantener a este a presiones aproximadas a la presión ambiente, y para proporcionar un barrido de aire para la dilución del dióxido de cloro prod ucido. Para una modalidad , la toma de aire (472) es pasiva y proporciona aire de compensación cuando la mezcla de dióxido de cloro/aire (474) es succionada del espacio superior del recipiente de reacción (468) por un eductor (476). Alternativamente, la entrada de aire (472) puede incluir alimentación de presión regulada para empujar la mezcla de dióxido de cloro/aire (474) hacia fuera del recipiente de reacción (468). Si la entrada de aire (474) no es pasiva, la tobera eyectora (476) puede eliminarse. Nótese que aunque en este ejemplo se utiliza aire, este puede también sustituirse por un gas inerte. La tobera eyectora (476) funciona utilizando una alimentación presurizada de aire (478), dando como resultado una mezcla de dióxido de cloro/aire (480) aún más diluida para alimentarse en el tiro (482). Nótese que el tiro puede representar la torre de oxidación ( 1 1 3) de la figura 1 . En este ejemplo, el gas residual entrante (484) representaría la salida del neutralizador ( 1 1 8) o del desnebulizador ( 1 08) de la figura 1 , y el gas residual saliente (486) representaría la salida de la torre de oxidación ( 1 1 3) alimentada al limpiador ( 1 1 5). El material en partículas en el licor limpiador de SOx es una mezcla de ceniza suelta y sulfatos insolubles que incluyen mercurio y otros metales pesados. Estos materiales sólidos se retiran del desagüe del limpiador mediante un sistema de eliminación de sólidos, como puede ser un filtro, centrífuga o combinación de un filtro continuo y una centrífuga. Para mejorar aun más la eficiencia de la separación , el desagüe limpiador puede dividirse en dos compartimientos. El primer compartimiento está diseñado para recibir al licor limpiador que regresa de la torre de lavado , y el segundo compartimiento está diseñado para recibir al licor limpiador ya limpiado, y al sobre flujo del primer compartimiento. La bomba limpiadora bombea el licor limpiador de la mitad del segundo compartimiento y el filtro continuo o centrífuga extraen del fondo del primer compartimiento. Esta centrifugación de dos comparti mientos puede facilitar el maximizar la concentración de partículas que van al filtro o centrífuga, y minimizar la cantidad de partículas que van a la bomba limpiadora. Se han descrito métodos y aparatos para controlar emisiones.

Algunos métodos utilizan peróxido de hidrógeno para reducir emisiones de SOx y mercurio (u otros óxidos de metales), antes del tratamiento para reducir el NOx. Para eliminar el NO, el dióxido de cloro se genera de forma continua y se alimenta a la corriente de gas a tratar. Mediante la utilización de métodos y aparatos de acuerdo con la invención, las corrientes de gases residuales producto de combustión pueden tratarse para eliminar de ellos el NOx, así como el SOx y óxidos de metal , además de aislar los derivados útiles como el ácido nítrico, ácido sulfúrico, sales de ácido nítrico y sales de ácido sulfúrico y sólidos para recuperación de metales pesados. Una de las ventajas importantes de la presente invención es el hecho de que el proceso puede correr de forma continua, con medidas y ajustes realizados en tiempo real mientras se lleva a cabo el proceso. El monitoreo por computadora puede generar cambios de flujo en los reactivos en respuesta a las mediciones automáticas, para mantener las condiciones deseadas en el proceso. Aunque se han ilustrado y descrito modalidades específicas, será fácil para los expertos en la materia apreciar que cualquier arreglo calculado para lograr el mismo propósito podrá sustituir a alguna modalidad específica mostrada. Esta aplicación pretende cubrir cualquier adaptación o variación de la presente invención . Por lo tanto, se pretende de forma manifiesta que esta invención se vea limitada solamente por las reivindicaciones adjuntas de esta.

Claims

REIVIN DICACIONES

1 . Un método para tratar una corriente de gas para eliminar de ella al menos los óxidos de nitrógeno, el método incluye los pasos de: a) generar dióxido de cloro en un proceso de reacción continua; b) mezclar el dióxido de cloro con la corriente de gas al ser generada; c) mantener un nivel deseado de óxido nítrico en la corriente de gas por medio de la regulación de una razón de generación de dióxido de cloro; d) limpiar la corriente de gas con una solución de peróxido de hidrógeno, produciendo así un primer licor limpiador; y e) mantener una concentración deseada de peróxido de hidrógeno en el primer licor limpiador regulando un flujo de la primera solución de peróxido de hidrógeno.

2. El método de la reivindicación 1 , caracterizado porque generar dióxido de cloro en un proceso de reacción continua incluye añadir de forma continua una solución de clorato de sodio y peróxido de hidrógeno, y una solución de ácido sulfúrico a un recipiente de reacción.

3. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mezclar el dióxido de cloro con la corriente de gas al ser generada incluye eliminar el dióxido de cloro del recipiente de reacción por medio de educción .

4. El método de la reivindicación 3, que además incluye: añadir aire de compensación de forma pasiva al recipiente de reacción para mantener a este en condiciones ambientales.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque mezclar el dióxido de cloro con una corriente de gas al ser generada comprende crear un diferencial de presión para ocasionar que el dióxido de cloro fluya desde el recipiente de reacción hasta la corriente de gas.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además incluye: ajusfar una razón de adición de la solución de clorato de sodio y una razón de adición de la solución de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico para regular la razón de generación de dióxido de cloro. m

7. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque limpiar la corriente de gas con la primera solución de peróxido de hidrógeno, además incluye: a) alimentar la corriente de gas al interior de un limpiador; b) alimentar la primera solución de peróxido de hidrógeno al interior de un limpiador; y c) reciclar el primer licor limpiador al interior del limpiador con la primera solución de peróxido de hidrógeno.

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además incluye: a) tomar una muestra de una mezcla de la primera solución de peróxido de hidrógeno, y el primer licor limpiador reciclado para un nivel de peróxido de hidrógeno; y b) controlar el nivel de peróxido de hidrógeno en la mezcla para que sea de al menos el nivel predeterminado.

9. El método para tratar una corriente de gas de acuerdo con la reivindicación 1 , que además incluye los pasos de retirar óxidos de azufre mediante: a) retirar una corriente de derivado que contiene ácido sulfúrico después de obtener la concentración de ácido sulfúrico deseada en el primer licor limpiador; b) después de limpiar la corriente de gas con la primera solución de peróxido de hidrógeno, oxidar la corriente de gas utilizando una mezcla de dióxido de cloro adaptada para convertir el óxido n ítrico a dióxido de nitrógeno; y c) después de oxidar la corriente de gas, limpiar dicha corriente de gas con una segunda solución de peróxido' de hidrógeno. 1 0. El método de la reivindicación 9, caracterizado porque limpiar la corriente de gas con la primera solución de peróxido de hidrógeno incluye además: a) alimentar la corriente de gas a un limpiador; b) alimentar la primera solución de peróxido de hidrógeno al interior del limpiador; c) eliminar los sólidos del primer licor limpiador; y d ) reciclar el primer licor limpiador al interior del limpiador con la primera solución de peróxido de hidrógeno. 1 1 . El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además incluye: a) tomar una muestra de una mezcla de la primera solución de peróxido de hidrógeno, y el primer licor limpiador reciclado para un nivel de peróxido de hidrógeno; y b) controlar el nivel de peróxido de hidrógeno en la mezcla para que sea de al menos el nivel predeterminado. 1 2. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque eliminar los sólidos incluye centrifugar el licor limpiador resultante. 1 3. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque limpiar la corriente de gas con la segunda solución de peróxido de hidrógeno incluye además: a) alimentar la corriente de gas al interior de un limpiador; b) alimentar la segunda solución de peróxido de hid rógeno al interior del limpiador; c) retirar los sólidos de un segundo licor limpiador resultante; y d) reciclar el segundo licor limpiador al interior del limpiador con la segunda solución de peróxido de hidrógeno 14. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además incluye: a) tomar una muestra de una mezcla de la segunda solución de peróxido de hidrógeno, y el segundo licor limpiador reciclado para un nivel de peróxido de hidrógeno; y b) controlar el nivel de peróxido de hidrógeno en la mezcla para que sea de al menos el nivel predeterminado. 1 5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el nivel predeterminado de peróxido de hidrógeno es una cantidad necesaria para proporciona un exceso estequimétrico de peróxido de hidrógeno para su reacción con la corriente de gas. 1 6. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la mezcla de dióxido de cloro se genera en un proceso de reacción continua, concurrentemente con la oxidación de la corriente de gas mediante la utilización de la mezcla de dióxido de cloro. 1 7. Un sistema para retirar al menos óxidos de nitrógeno de una corriente de gas, dicho sistema incluye: a) una torre de oxidación acoplada para recibir la corriente de gas y una mezcla de dióxido de cloro ; b) un limpiador acoplado para recibir una corriente de gas saliente proveniente de la torre de oxidación , y acoplada para recibir una solución de peróxido de hidrógeno y un licor reciclado proveniente del limpiador; c) un neutralizador acoplado para recibir una corriente de gas saliente proveniente del limpiador; y d ) un sistema de generación e inyección de dióxido de cloro para la generación e inyección continua de una mezcla de este hacia la torre de oxidación . 1 8. El sistema de la reivindicación 1 7 , caracterizado porque el sistema de generación e inyección de dióxido de cloro incluye: a) un recipiente de reacción; b) medios para medir una solución de clorato de sodio al interior de un recipiente de reacción; c) medios para medir una solución de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico al interior del recipiente de reacción ; d) medios para diluir la mezcla de dióxido de cloro; y e) medios para introducir la mezcla de dióxido de cloro a la torre de oxidación . 1 9. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio para diluir la mezcla de dióxido de carbono y el medio para introducirla dentro de la torre de oxidación incluye una entrada pasiva de aire hacia el recipiente de reacción , para proporcionar aire de compensación para el recipiente de reacción , y un eductor para extraer la mezcla de dióxido de cloro del recipiente de reacción e inyectarla a la torre de oxidación . 20. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores , caracterizado porque el medio para dil uir la mezcla de dióxido de carbono y el medio para introducirla dentro de la torre de oxidación incluye una entrada presurizada de aire hacia el recipiente de reacción para diluir e inyectar la mezcla de dióxido de cloro del recipiente de reacción a la torre de oxidación . 21 . El sistema de la reivindicación 1 7, que además incluye medios para eliminar óxidos de azufre incluye: a) un enfriador acoplado para recibir una corriente cruda de gas residual; b) una centrífuga acoplada para recibir un primer licor limpiador proveniente del primer limpiador y para proporcionar un licor limpiador reciclado al primer limpiador después de retirar los sólidos del primer licor limpiador; c) un sistema de control para mantener una concentración deseada de peróxido de hidrógeno en el licor limpiador reciclado y para mantener una concentración deseada de ácido sulfúrico en el licor limpiador reciclado; d) un desnebulizador acoplado para recibir una corriente de gas saliente, proveniente del primer limpiador; y e) un segundo limpiador acoplado para recibir una corriente de gas saliente, proveniente de la torre de oxidación y acoplada para recibir a una segunda solución de peróxido de hidrógeno y un licor reciclado, proveniente de un segundo limpiador. 22. el sistema de la reivindicación 21 , caracterizado porque el sistema de generación e inyección de dióxido de cloro incluye: a) un recipiente de reacción ; b) medios para medir una solución de clorato de sodio al interior de un recipiente de reacción; c) medios para medir una solución de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico al interior del recipiente de reacción ; d) medios para diluir la mezcla de dióxido de cloro ; y e) medios para inyectar la mezcla de dióxido de cloro a la torre de oxidación . 23. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además incluye: un neutralizador interpuesto entre el desnebulizador y la torre de oxidación . RESUM EN Los métodos y equipo que utilizan dióxido de cloro y peróxido de hidrógeno son útiles para reducir emisiones de NOx, así como también emisiones de SOx y de mercurio (u otro metal pesado) mediante lavado de corrientes de gases de combustión.