SISTEMA DE TRATAMIENTO DE GASES DE ESCAPE
Toda la descripción de la Solicitud de Patente Japonesa No. 2003-192846 presentada en Julio 7, 2003, incluyendo la especificación, reivindicaciones, dibujos y resumen, se incorpora aquí totalmente por referencia. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la Invención Esta invención se refiere a un sistema de tratamiento de gases de escape, para purificar un gas de escape de alta temperatura que se descarga de una planta generadora de vapor o semejante que utiliza un combustible con alto contenido de azufre. 2. Descripción de la Técnica Relacionada La Figura 3 muestra esquemáticamente la configuración de un sistema de tratamiento de gases de escape, convencional. Como se ilustra en la Figura 3, el sistema de tratamiento de gases de escape convencional está compuesto por un dispositivo de desnitrificación 002, un calentador de aire 003, un precipitador electroestático seco 004, un ventilador de succión 005, un dispositivo de desulfurización 006, un precipitador electroestático húmedo 007, y una chimenea 008 dispuestos sucesivamente con respecto a un gas de escape que se descarga de una caldera o generador de vapor 001. De esta manera, el gas de escape descargado de la caldera 001 se admite en el dispositivo de desnitrificación 002, en donde se agrega amoníaco a óxidos de nitrógeno en el escape, para llevar a cabo la desnitrificación. Luego, el gas de escape desnitrificado se enfría en el calentador de aire 003 a una temperatura predeterminada o inferior, y luego se envía al precipitador electroestático seco 004. En el precipitador electroestático seco 004, se agrega amoníaco al polvo, en el gas de escape y un óxido de azufre (SO3) en el gas de escape para formar partículas finas que comprenden sulfato de amonio, que luego se atraen y retiran. Después de que el gas de escape se succiona por el ventilador de succión 005, el gas de escape se humidifica y enfría, y luego hace circular a través del dispositivo de desulfurización 006, en donde un óxido de azufre (S02) en el gas de escape se adsorbe y retira o elimina por cal. Luego, el gas de escape se alimenta al precipitador electroestático húmedo 007, en donde partículas finas del óxido de azufre (S03) se quedan en el gas de escape, se atraen y retiran. Finalmente, el gas de escape se libera a la atmósfera a través de la chimenea 008.
Este sistema de tratamiento de gas de escape convencional se describe por ejemplo en la patente japonesa No. 3272366. Con la planta generadora de vapor anteriormente descrita, ha habido intentos por reducir los costos de combustible mediante el uso de combustibles económicos. En los últimos años, sin embargo el énfasis ha tendido a dirigirse a problemas ambientales. Ha surgido la necesidad por tratar óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre en el gas de escape a un nivel superior, aún con el uso de combustible económico . En el sistema de tratamiento de gas de escape convencional anteriormente mencionado, sin embargo, el contenido de trióxido de azufre (S03) en el gas de escape, es elevado. En el precipitador electroestático seco 004, por lo tanto, el trióxido de azufre se atrae y retira en la forma de sulfato de amonio al agregar amoníaco. Esto presenta el problema de que una gran cantidad de amoníaco se requiere, incrementado el costo de tratamiento. Aún más, el precipitador electroestático seco 004, se pretende intrínsecamente que atraiga polvo en el gas de escape, pero ya que atrae una gran cantidad de sulfato de amonio, puede ser incapaz de atrae y retirar el polvo, lo suficiente.
Además, no todo el trióxido de azufre en el gas de escape puede retirarse por el precipitador electroestatico seco 004. El dispositivo de desulfurización 006, por otra parte, se diseña para adsorber y retirar el dióxido de azufre (S02) en el escape. Corriente abajo del dispositivo de sulfurización 006, el precipitador electroestático húmedo 007 se coloca para atraer y retirar trióxido de azufre que queda en el gas de escape. De esta manera, se requieren dos precipitadores electroestático, 004 y 007, presentando el problema de que el sistema se incrementa en tamaño y se aumentan los costos de equipo. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se ha logrado para resolver los problemas anteriormente descritos. El objetivo de la invención es proporcionar un sistema de tratamiento de gas de escape pretendido para disminuir los costos de tratamiento y equipo y reducir en tamaño al sistema. De acuerdo con la presente invención, pretendida para alcanzar el objetivo anterior, se proporciona un sistema de tratamiento de gas de escape gas que comprende: un precipitador electroestático para atrapar partículas finas en un gas de escape de alta temperatura; un termointercambiador que se proporciona corriente abajo del precipitador electroestático; y medios de tratamiento de carbón activado para paso a través de los mismos del gas de escape, que se ha enfriado ' a una temperatura predeterminada o menor ante tratamiento térmico por el termointercambiador después de atrapar las partículas finas por el precipitador electroestático, para retirar óxidos de azufre por una capa de fibra de carbón activado. De acuerdo con esta característica, los medios de tratamiento de carbón activado eliminan confiablemente óxidos de azufre en el gas de escape. De esta manera, no es necesario agregar amoníaco al gas de escape, así convirtiendo trióxido de azufre en sulfato de amonio, y retirar el sulfato de amonio resultante por el precipitador electroestático. Ya que no se requiere amoníaco para el tratamiento de desulfurización, pueden disminuirse el costo de tratamiento. Aún más, polvo en el gas de escape puede ser atraído y retirado confiablemente por el precipitador electroestático. Además, el dióxido de azufre y trióxido de azufre en el gas de escape pueden retirarse por los medios de tratamiento de carbón activado, de esta manera obviando la necesidad por un precipitador electroestático húmedo, y haciendo posible la reducción de tamaño y lo compacto del sistema . En el sistema de tratamiento de gas de escape, entre el precipitador electroestático y los medios de carbón activado, pueden proporcionarse medios de desnitrificación para tratar óxidos de nitrógeno en el gas de escape. Así, un flujo de ingreso de polvo y elementos de metal en trazas en los medios de desnitrificación pueden distinguirse para evitar su deposición en los medios de desnitrificación y puede lograrse el compactar el precipitador electroestático y los medios de desnitrificación. En el sistema de tratamiento de gas de escape, los medios de desnitrificación pueden comprender una primer capa de catalizador de desnitrificación, una capa de catalizador que descompone amoníaco y una segunda capa de catalizador de desnitrificación dispuestas en una dirección de flujo, y los medios de desnitrificación pueden ser un catalizador de desnitrificación que agrega amoníaco, en una cantidad no menor que una cantidad reactiva con amoníaco y los óxidos de nitrógeno en el gas de escape, a una entrada a la primer capa de catalizador de desnitrificación. De esta manera, el sulfato de amonio acídico, que se forma a partir de óxidos de azufre en el gas de escape y amoníaco residual, pueden disminuirse marcadamente. En el sistema de tratamiento de gas de escape, el precipitador electroestático puede ser un precipitador electroestático seco de alta temperatura, para atrapar las partículas finas en el gas de escape de alta temperatura a 200°C o superior. De esta manera, después de que las partículas finas de polvo contenidas en el gas de escape de alta temperatura se eliminen, se realizan la desnitrificación y desulfurización . Esto es, los tratamientos para retirar óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre en el gas de escape se realizan en una situación en donde virtualmente no existe polvo en el gas de escape. Por lo tanto puede incrementarse la eficiencia de los tratamientos. En el sistema de tratamiento de gas de escape, el gas de escape con alta temperatura puede ser un gas de escape que se descarga de una planta generadora de vapor utilizando un combustible que tiene un alto contenido de azufre. De esta manera, una gran cantidad de azufre contenido en el gas de escape puede eliminarse en forma confiable. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención será más completamente comprendida a partir de la descripción detallada que se da a continuación y los dibujos acompañantes que se dan a manera de ilustración solamente, y de esta manera no son limitativos de la presente invención, y en donde: La Figura 1 es un diagrama de configuración esquemática de un sistema de tratamiento de gas de escape de acuerdo con una modalidad de la presente invención;
La Figura 2 es una vista esquemática de un dispositivo de desulfurización ACF; y La Figura 3 es un diagrama de configuración esquemático de un sistema de tratamiento de gas de escape convencional . DESCRIPCIÓN DETALLADAS DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Una modalidad de la presente invención ahora se describirá en detalle con referencia a los dibujos acompañantes . La Figura 1 esquemáticamente muestra la configuración de un sistema de tratamiento de gas de escape, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La Figura 2 ilustra esquemáticamente un dispositivo de desulfurización ACF. El sistema de tratamiento de gas de escape de la presente modalidad se utiliza en una planta generadora de vapor (horno de cocimiento, incinerador, etc.), que utiliza un combustible que contiene componentes de alto contenido de azufre tales como coque de petróleo y Orimulsion. Como se ilustra en la Figura 1, el sistema de tratamiento de gas de escape de la presente modalidad, esta compuesto de un precipitador electrostático seco de alta temperatura 12, un dispositivo de desnitrifación 13, un calentador de aire 14, un ventilador de succión 15, un dispositivo de desulfurización ACF 16, y una chimenea 17, dispuestos sucesivamente con respecto a un gas de escape que se descarga de una caldera 11. El gas de escape a aproximadamente 200 a 400°C, se suministra desde la caldera 11 al precipitador electroestático 12. El precipitador electroestático seco de alta temperatura 12 aplica un alto voltaje entre un electro de descarga eléctrica y un electrodo de recolección de polvo, para generar iones por descarga de corona, de esta manera atrayendo y depositando partículas finas cargadas en el gas de escape sobre electrodo de recolección de polvo por su fuerza eléctrica. El polvo depositado en el electrodo de recolección de polvo, se desprende para descartar por la fuerza de impacto de martillado que se realiza a intervalos de tiempo predeterminados. El dispositivo de desnitrificación 13 tiene una primer capa de catalizador de desnitrificación 21 y una segunda capa de catalizador de desnitrificación 22 que se proporciona en la dirección de flujo, y tiene una capa de catalizador para descomponer amoníaco 23 que se proporciona entre la primer capa de catalizador de desnitrificación 21 y la segunda capa de catalizador de desnitrificación 22. Este dispositivo de desnitrificación 13 sirve como un catalizador para desnitrificar con descomposición de amoníaco, para agregar amoníaco (NH3) en una cantidad no menor que una cantidad reactiva de amoníaco de óxidos de nitrógeno (NOx) en el gas de escape, a la entrada de la primer capa de catalizador de desnitrificación 21. De esta manera, se agrega amoníaco en una cantidad no menor que la cantidad reactiva con amoníaco de óxidos de nitrógeno a la primer capa de catalizador de desnitrificación 21, para llevar a cabo 90% o más de desnitrificación de la primer capa de catalizador de desnitrificación 21. El amoníaco sin reaccionar que circula fuera de la primer capa de catalizador de desnitrificación 21, se descompone en la capa de catalizador de descomposición de amoníaco 23 para ajustar la concentración de óxido de nitrógeno y la concentración de amoníaco a la entrada de la segunda capa de catalizador de desnitrificación 22, ubicada corriente abajo de la capa de catalizador para descomposición de amoníaco 23. Como resultado, pueden disminuirse óxidos de nitrógeno y amoníaco a 1 ppm o menos a la salida de la segunda capa de catalizador de desnitrificación 22. En este caso, si la proporción (proporción molar) de amoníaco a óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape se hace superior a l, se conoce que la concentración de óxidos de nitrógeno en el lado de salida puede reducirse si la concentración de amoníaco en el lado de salida es cercana a 0. De esta manera, amoníaco en la cantidad que no es menor a la cantidad reactiva con amoníaco de óxidos de nitrógeno, se agrega a la primer capa de catalizador de desnitrificación 21, con lo que puede disminuirse óxidos de nitrógeno y amoníaco a bajos niveles (1 ppm o menos) . El calentador de aire 14 es un termointercambiador en donde el intercambio térmico se realiza entre el gas de escape de alta temperatura y por ejemplo un gas de escape de baja temperatura suministrados desde el dispositivo de desulfurización ACF 16, con lo que el gas de escape con alta temperatura que se descarga del dispositivo de desnitrificación 13 puede enfriarse y suministrarse, como un gas de escape de baja temperatura al dispositivo de desulfurización ACF 16. El ventilador de succión 15 se adapta para ingresar el gas de escape, formado por la combustión en la caldera 11 hacia un sistema de tratamiento de gas de escape. La línea que cubre este rango se lleva a una presión negativa de manera tal que puede evitarse fuga al exterior . El dispositivo de desulfurización ACF 16 comprende medios de tratamiento con carbón activado que tienen una capa de fibras de carbón activado como catalizador. El dispositivo de desulfurización ACF 16 se adapta para retirar polvo, óxidos de azufre (S02, S03) y elementos de metal en trazas, y recuperarlos como ácido sulfúrico (H2S0) , y es capaz de suprimir emisiones de vapores y substancias de metal tóxicas . Como se muestra en la FIG. 2, el dispositivo de desulfurización ACF 16 tiene una torre de desulfurizacion 32 que aloja una capa de catalizador 31 formada de una capa de fibras de carbón activado, tiene una entrada de gas de escape 33 que se proporciona en una porción inferior de la torre de desulfurización 32, y tiene una salida de gas de escape 34 que se proporciona en la parte superior de la torre de desulfurización 32. Se proporcionan boquillas de rocío 35 para rociar agua para formación de ácido sulfúrico sobre la capa de catalizador 31, y un tanque de agua 37 se conecta a las boquillas de rocío 35 mediante una bomba de alimentación de agua 36. Un depósito 38 para almacenar el ácido sulfúrico diluido resultante (ácido sulfúrico) se proporciona por debajo de la capa de catalizador 31, y una boquilla de chorro 39 se proporciona para inyectar este ácido sulfúrico diluido a la entrada de la torre de desulfurización 32 para humificar y enfriar el gas de escape. La boquilla de chorro o de inyección 39 se conecta al depósito 38 mediante una bomba de alimentación de agua 40. Ya que el gas de escape de esta manera se humidifica y enfría al suministrar ácido sulfúrico diluido, se satura (por ejemplo, 50°C) y entra a la torre de desulfurización 32 a través de la entrada 33. Luego, el gas de escape pasa hacia arriba a través de la capa de catalizador 31 rociada con agua industrial por las boquillas de rocío 35, con lo que óxidos de azufre (S0X) en el gas de escape pueden reaccionarse y retirarse. El gas de escape que ha pasado a través de la capa de catalizador 31 se descarga a través de la salida 34. En esta ocasión, ocurre una reacción de desulfurización en la superficie de la capa de catalizador 31, como la capa de fibras de carbón activado, por ejemplo de acuerdo con las siguientes reacciones: (1) Adsorción de dióxido de azufre S02 en la capa de fibra de carbón activado que constituye la capa de catalizador 31 (2) Reacción del dióxido de azufre adsorbido S02 con oxígeno 02 en el gas de escape (02 puede suministrarse por separado) para provocar oxidación en el trióxido de azufre S03 (3) Disolución de trióxido de azufre S03, formado por oxidación, en agua H20 para formar ácido sulfúrico H2S04 (4) Liberación del ácido sulfúrico resultante H2S04 de la capa de fibra de carbón activado Esto es, vale el siguiente esquema de reacción:
S02 + 1/202 + H20 -> H2S04 El ácido sulfúrico H2S04 formado por el tratamiento de desulfurización anterior se emplea sin cambio, o se somete a tratamiento en donde un fango de cal se suministra para precipitar yeso. El método para tratar el gas de escape por el sistema de tratamiento de gas de escape de la presente modalidad constituido anteriormente, se describirá en detalle . Como se ilustra en la Figura 1, cuando el ventilador de succión 15 se opera, la línea de escape para el gas de escape después de combustión en la caldera 11 se vuelve negativa en presión. De esta manera, el gas de escape se trata sin fuga al extinguidor. Esto es, el gas de escape descargado de la caldera 11 no se enfría, sino que permanece caliente, por ejemplo a una temperatura de 200 a 300°C, y se alimenta en este estado al precipitador electroestático seco de alta temperatura 12, en donde partículas finas de polvo en el de gas de escape se atraen y retiran. El gas de escape, agotado de partículas finas de polvo, se suministra al dispositivo de desnitrificación 13, en donde amoníaco en una cantidad no menor que una cantidad reactiva con amoníaco de óxidos de nitrógeno, se agrega para tratamiento de desnitrificación. Como resultado, se llevan óxidos de nitrógeno y amoníaco a bajos niveles. El gas de escape, que se ha eliminado o se ha privado de polvo en el precipitador electroestático seco de alta temperatura 12 y eliminado de óxidos de nitrógeno en el dispositivo de desnitrificación 13, se enfría a una temperatura predeterminada (por ejemplo 150°C) o menor por el calentador de aire 14, y luego se introduce en el dispositivo de desulfurización ACF 16. En el dispositivo de desulfurización ACF 16, el gas de escape se humidifica y enfría con ácido sulfúrico diluido e introduce en el estado saturado resultante en la torre de desulfurización 32 a través de la entrada 33. En la torre de desulfurización 32, el gas de escape pasa a través de la capa de catalizador 31 rociado con agua industrial por las boquillas de rocío 35, con lo que polvo, dióxido de azufre S02, trióxido de azufre S03, y elementos de metal en trazas en el gas de escape, se reaccionan y eliminan. El gas de escape, del cual se han retirado polvo, óxidos de azufre y elementos de metal en trazas, se suministra al exterior a través de la salida 34, y libera a la atmósfera a través de la chimenea 17. Ácido sulfúrico diluido, que se ha retirado ante reacción en el dispositivo de desulfurización ACF 16, se utiliza sin cambio con el propósito de humidificación y enfriamiento, o suministra con un fango de cal para precipitar yeso, que puede reciclarse como tablero de yeso. En este caso, sulfato de amonio acídico, que se forma a partir de óxidos de azufre en el gas de escape y amoníaco residual, pueden disminuirse marcadamente al aplicar un catalizador de desnitri icación que descompone amoníaco al dispositivo de desnitrificación 13. Cuando el fango de cal se suministra a ácido sulfúrico diluido para precipitar yeso, puede mejorarse la calidad del yeso. De acuerdo con el sistema de tratamiento de gas de escape de la presente modalidad, como se describió anteriormente, polvo en el gas de escape de alta temperatura se atrapa por el precipitador electroestático seco de alta temperatura 12, y óxidos de nitrógeno N0X en el gas de escape se eliminan por el dispositivo de desnitrificación 13. Luego, el gas de escape se enfría por el calentador de aire 14, con lo que el gas de escape se pasa a través de la capa de fibras de carbón activado del dispositivo de desulfurización ACF 16, para retirar óxidos de azufre S02 y S03 contenidos en el gas de escape. Como se anotó anteriormente, el dispositivo de desulfurización ACF 16 retira dióxido de azufre S02 y trióxido de azufre S03 en el gas de escape. De esta manera, no es necesario agregar amoníaco al gas de escape, de esta manera convirtiendo el trióxido de azufre, contenido en el gas de escape, en sulfato de amonio, y retirar el sulfato de amonio resultante por el precipitador electroestático 12. Por lo tanto, no se requiere amoníaco para tratamiento de desulfurización, de manera tal que puede disminuirse el costo de tratamiento. Aún más, un polvo en el gas de escape puede atraerse y retirarse confiablemente por el precipitador electroestático 12. Aún más, un flujo de ingreso de polvo y elementos de metal en trazas al dispositivo de desnitrificación 13 puede disminuirse, de manera tal que su deposición en el dispositivo de desnitrificación 13 puede administrase, y el dispositivo de desnitrificación 13 puede hacerse compacto. Además, el dióxido de azufre S02 y trióxido de azufre S03 en el gas de escape pueden retirarse por medios de tratamiento de carbón activado, de esta manera obviando la necesidad por un precipitador electroestático húmedo, y haciendo posible la reducción en tamaño del sistema . El gas de escape con alta temperatura descargado de la caldera 11, primero se libera de partículas finas de polvo ahí contenidas y luego se desnitrifica y desulfuriza. En otras palabras, tratamientos para retirar óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre en el gas de escape se realizan en una situación en donde virtualmente no existe polvo en el gas de escape. De esta manera, puede incrementarse la eficiencia de los tratamientos. Además, polvo en el gas de escape de alta temperatura se retira por el precipitador electroestático 12, luego óxidos de nitrógeno en el gas de escape con alta temperatura se retiran por el dispositivo de desnitrificación 13, después, se reduce la temperatura del gas de escape por el calentador de aire 14, y luego se eliminan óxidos de azufre por el dispositivo de desulfurización ACF 16. Como se notó aquí, el tratamiento de desnitrificación se realiza para el gas de escape en una condición de alta temperatura. De esta manera, la eficiencia de tratamiento puede incrementarse . Mientras que la presente invención se ha descrito en la forma anterior, habrá de entenderse que la invención no se limita de esta manera, sino que puede variarse en muchas otras formas. Por ejemplo, en la modalidad anteriormente mencionada el precipitador electroestático seco de alta temperatura 12, el dispositivo de desnitrificación 13, y el calentador de aire 14 se colocan sucesivamente en el lado de salida de la caldera 11. Sin embargo, la caldera 11, el precipitador electroestático seco de alta temperatura 12, el calentador de aire 14, y el dispositivo de desnitrificación 13 pueden colocarse en ese orden y puede omitirse el dispositivo de desnitrificación 13, si se desea. Estas variaciones no se consideran como una separación del espíritu y alcance de la invención, y todas estas modificaciones como serían evidentes a una persona con destreza en la especialidad, se pretenden incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.