MXPA97003965A - Metodo y aparato para la destruccion de flujos decompuestos organicos volatiles de concentracionvariable - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a aparatos y métodos para tratar corrientes de gas que contienen variaciones en la concentración de compuestos orgánicos volátiles en donde se destruyen los compuestos orgánicos volátiles en una combinación de sistema de oxidación no catalítico/catalítico (33). Se usa una matriz de destrucción no catalítica (12) compuesta de materiales cerámicos inertes (14) que mejoran el mezclado del proceso y proporcionan inercia térmica para la estabilidad del proceso, cuando las concentraciones de los compuestos orgánicos volátiles son elevadas, y se usa un oxidante catalítico (36) principalmente cuando las concentraciones de compuestos orgánicos volátiles son bajas. El escape desde la matriz de destrucción no catalítica (12) se pasa a través del oxidante catalítico (36) para mantener temperaturas apropiadas del oxidante catalítico. Se agregan combustible y aire complementarios según sea apropiado corriente arriba o corriente abajo del oxidante no catalítico (10), para mantener valores de calor apropiados en cada porción del sistema.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA LA DESTRUCCIÓN DE FLUJOS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES DE CONCENTRACIÓN VARIABLE Campo de la invención El campo de la presente invención son métodos y aparatos para limpiar corrientes de gas contaminadas con compuestos orgánicos volátiles ("VOC's") . En particular, la presente invención se relaciona con aparatos y métodos para la reacción exotérmica controlada de compuestos orgánicos volátiles de sistemas de extracción de vapor del suelo, sistemas de corrección de tierra, u otras fuentes de vapores orgánicos que tienen concentraciones que varían a través del tiempo, aunque se notará que la invención en su aplicación más amplia se puede aplicar a cualquier proceso comercial que emita compuestos orgánicos volátiles.

Antecedentes de la Invención Existen muchas fuentes diferentes de compuestos orgánicos volátiles que tienen concentraciones de emanaciones que varían a través el tiempo. Por ejemplo, ciertos procesos de lote de fabricación tendrán flujos de emanaciones de compuestos orgánicos volátiles que variarán de ricos a deficientes durante un período extendido (tal como cada 24 horas) .

En adición, las suelos y lodos contaminados con productos químicos orgánicos son un problema extendido a lo largo del mundo, con millones de metros cúbicos requiriendo corrección solamente en los Estados Unidos de Norteamérica. Por ejemplo, las explosiones contaminantes orgánicas concentradas bajo tierra son una de las fuentes de contaminación de agua subterránea más frecuentes. Una fuente típica de explosión concentrada es un tanque de almacenamiento subterráneo con fugas. Cuando el líquido almacenado se escapa lentamente del tanque, puede tomar años para que el operador se de cuenta del problema. Para ese tiempo, el solvente o combustible se puede infiltrar profundamente en la tierra, frecuentemente dentro de regiones que originan agua. Juntos como uno solo, la fase líquida orgánica llamada Líquidos de Fase No Acuosa ("NAPL's"), estos contaminantes proporcionan una fuente que continuamente pone en peligro el agua subterránea de los alrededores. Este tipo de derrame es uno de los problemas ambientales más difíciles de remediar. La limpieza de tales materiales contaminados también es objeto de una amplia variedad de regulaciones en los Estados Unidos de Norteamérica, incluyendo aquellas cubiertas bajo el Acta de Respuesta, Indemnización, y Responsabilidad Ambiental Comprensiva de 1980 ("CERCLA") , El Acta de Enmiendas y Reautorización de Superfondo de 1986 ("SARA"), y el Acta de Conservación y Recuperación de Recursos ("RCRA"). Se ha estimado que el costo total de estos esfuerzos de limpieza en los Estados Unidos de Norteamérica excederá los $ 200 mil millones durante los siguientes 30 a 40 años. Se han usado muchos procesos para enfrentarse a estos problemas de suelos y lodos contaminados. Las técnicas anteriores envolvían simplemente la excavación del suelo contaminado y la eliminación de éste en una instalación aprobada para la aceptación de desperdicios peligrosos. Este método tiene costos directos elevados, y puede llevar a la interrupción seria de operaciones de negocios durante períodos de tiempo extendidos. Los intentos de remover tal material por medio de bombear el agua subterránea requería que grandes cantidades de agua se lavaran a través del sistema, requiriendo decenas de años. Bombear en algunos sitios durante muchos años ha dado como resultado agua efluente que estaba aparentemente limpia, pero cuando se apagaron las bombas y se volvieron a encender muchos años después, el agua subterránea nuevamente contenía contaminantes porque éstos no se corrigiéron completamente en primer lugar. Los procesos tales como la desabsorción térmica y la extracción de vapor del suelo ("SVE") in situ permiten la separación controlada de compuestos orgánicos a partir de sólidos y suelos. En estos procesos, se volatiliza el material orgánico para producir un vapor orgánico, el cual, después de lo mismo, se debe remover o tratar de alguna otra manera. Esto está en contraste con la incineración directa, que envuelve el calentamiento del material sólido a temperaturas de destrucción, en un ambiente de oxidante, en donde la volatilización y la combustión de los compuestos orgánicos tiene lugar simultáneamente.

Extracción de Vapor del suelo La extracción de vapor del suelo es un método actual para remover los contaminantes in situ. El proceso de extracción de vapor del suelo es una técnica para la remoción de compuestos orgánicos volátiles, y algunos compuestos orgánicos semivolátiles ("SVOC's") , de la zona de agua vadosa. La zona de agua vadosa es la zona de suelo subterráneo, localizada entre la superficie de tierra y la parte superior del nivel superior de agua subterránea. La extracción de vapor del suelo crea un movimiento deliberado del aire (o vapor) a través del suelo por medio de forzar un vacío en una región del suelo, ocasionando que los compuestos orgánicos se vaporicen y remuevan con aire a través de un sistema de pozos a un sistema de vacío en la superficie. El planteamiento de extracción de vapor del suelo es más adecuado para usarse después de que se ha recuperado cualquier producto o líquido libre mediante técnicas convencionales de bombeo, para remover el líquido ocluido que permanece en los intersticios de las partículas del suelo. En esfuerzos para mejorar la eficiencia del remedio de extracción de vapor del suelo, recientemente se han aplicado técnicas complementarias a los sistemas estándar de extracción de vapor del suelo, que incluyen salpicadura de aire e inyección de vapor. La salpicadura de aire permite la recuperación de los compuestos orgánicos menos volátiles y de los contaminantes y residuos disueltos por debajo del nivel superior de agua subterránea mediante la inyección de aire calentado por debajo de la superficie del agua subterránea. El aire inyectado mejora la volatilización por medio de incrementar el área superficial de agua-a-aire y calentar la matriz de suelo. En algunos casos ésta pude inducir la migración hacia arriba de los glóbulos de producto con burbujas de aire migrantes. La inyección de vapor inyecta vapor dentro de la zona contaminada para incrementar las temperaturas subterráneas, volatilizando mediante lo mismo los compuestos orgánicos con puntos de ebullición elevados . El calor añadido proporcionado por el vapor mejora la volatilización de los residuos orgánicos que están en el suelo. El frente del vapor moviliza los residuos pesados y volatiliza las fracciones ligeras. La volatilización y la migración de residuos mejoradas efectúan un proceso de transferencia de masa más rápido, más completo, que acelera la corrección y reduce los costos de limpieza. La extracción de vapor del suelo, sea que esté combinada o no con técnicas de salpicadura de aire o inyección de vapor, se debe usar con otras tecnologías en un tren de tratamiento, puesto que ésta transfiere contaminantes del suelo y agua intersticial al aire y las corrientes de desecho de agua atrapada y condensada -- corrientes que requieren de tratamiento adicional . El tratamiento del aire contaminado en los procesos típicos de extracción de vapor del suelo actualmente incluye la adsorción usando ya sea carbón activado, la condensación, o la oxidación de los compuestos orgánicos volátiles, catalíticamente o mediante incineración. También se han usado otros métodos, tales como el tratamiento biológico, la oxidación ultravioleta, y la dispersión. La adsorción de carbón es el proceso de tratamiento de vapor más comúnmente empleado y se puede adaptar a un amplio rango de concentraciones de compuesto volátil orgánico e índices de flujo. Generalmente se emplean sistemas montados sobre correderas, regenerados fuera de sitio, de lata de carbón, para volúmenes bajos de gas, y se emplean sistemas de lecho regenerados en sitio para volúmenes elevados de gas y limpiezas de larga duración. La adsorción en carbón granular activado, sin embargo, frecuentemente es inadecuada cuando la cantidad del contaminante es grande, o los compuestos orgánicos volátiles no se adsorben rápidamente, porque tales situaciones llevan a la rápida saturación del carbón. Además, tales sistemas solamente actúan para concentrar los vapores sobre un lecho sólido que se debe contralimpiar con exceso de agua para rejuvenecer el carbón. Tal contralimpieza con exceso de agua suscita el asunto de la eliminación de contaminantes nuevamente . Se puede usar la condensación para separar los compuestos orgánicos volátiles efluentes del aire portador. Esto se lleva a cabo usualmente mediante refrigeración. La eficiencia de esta técnica está determinada por el efecto de temperatura en la presión de vapor de los compuestos orgánicos volátiles presentes. La condensación es más eficiente para concentraciones elevadas de vapores . La tecnología se vuelve menos eficiente a medida que progresa la limpieza y caen las concentraciones de vapor. Esta pudiera ser poco efectiva durante las últimas etapas de la limpieza. Puesto que los vapores no están completamente condensados, se pudiera requerir una adsorción de carbón u otro paso de tratamiento adicional para remover los vapores residuales de la corriente efluente. La destrucción térmica de los vapores contaminantes mediante incineración u oxidación catalítica puede ser efectiva para un amplio rango de compuestos. La oxidación catalítica es efectiva en vapores de hidrocarburo. Los catalizadores desarrollados recientemente también permiten la destrucción efectiva de compuestos halogenados (bromuros, cloruros, o fluoruros) . No obstante, aunque la combustión u oxidación catalítica puede ser el proceso preferido, su uso está restringido dentro de ciertos límites. Por ejemplo, si la concentración de los compuestos orgánicos volátiles a partir de un contaminante tal como gasolina excede el 25 por ciento del límite explosivo más bajo ("LEL"), el calor emitido durante la oxidación eleva la temperatura del oxidante catalítico hasta un punto de desactivación térmica del catalizador. Aunque tales problemas se pueden, hasta cierto grado, controlar mediante el uso de aire de disolución antes de la cámara de combustión catalítica, este medio para controlar la temperatura no es práctico a las concentraciones elevadas de compuesto orgánico volátil que se encuentran frecuentemente durante la fase temprana de un proceso de extracción de vapor. Las tecnologías de combustión basadas en la flama convencionales, sin embargo, solamente ofrecen eficiencias de destrucción adecuadas mientras generan agentes contaminantes tales como el NOx. Otros sistemas de oxidación térmica, particularmente aquellos que emplean catalizadores, han demostrado que la efectividad se disminuye grandemente a concentraciones elevadas de hidrocarburo clorado. La catálisis exhibe problemas a concentraciones de hidrocarburo clorado tan bajas como de 100 ppm.

Los procesos de destrucción basados en la flama también plantean serios asuntos de rendimiento, regulatorios, y de aceptación pública. La incineración es difícil de controlar y puede dar como resultado la formación de subproductos altamente indeseables tales como dioxinas, furanos, y óxidos de nitrógeno. Por ejemplo, las cámaras de combustión estándares son particularmente indeseables cuando se trata con hidrocarburos clorados. Una flama libre también da como resultado una combustión incompleta en algunos casos, y una producción descontrolada de productos secundarios . Debido a que las cámaras de combustión típicamente operan a temperaturas de flama en el orden de 1925°C, frecuentemente se producen cantidades significativas de NOx indeseado. Frecuentemente el óxido nitroso (N20) y el amoníaco (NH3) son subproductos de las técnicas de remoción de NOx. Estas elevadas temperaturas también dan lugar a asuntos significativos de seguridad. Usando las tecnologías actuales, típicamente se producen formas adicionales de residuos contaminados por la aplicación de la extracción de vapor del suelo. Estas pueden incluir condensado recuperado (agua contaminada y posiblemente compuestos orgánicos sobrenadantes) , carbón activado consumido del tratamiento de gas consumido, contaminante en el suelo no recuperado, desechos de suelo de la perforación, y emisiones de aire después del tratamiento. Cada uno de estos presenta sus propios problemas de eliminación. Hasta la fecha, el tipo de tratamiento escogido generalmente ha dependido de la composición y concentración de los contaminantes. Por ejemplo, en casos en donde la concentración y/o el punto de ebullición de los compuestos orgánicos volátiles son bajos, la condensación es económicamente poco práctica en comparación con el capital y los costos de operación de la adsorción o la oxidación. El problema es que en muchas situaciones de mitigación de compuesto orgánico volátil, la concentración de los compuestos orgánicos volátiles variará a través del tiempo. Esto es de particular preocupación en la extracción de vapor del suelo, en donde un sitio puede empezar con una concentración muy elevada de compuestos orgánicos volátiles que, durante muchos meses de corrección, caerá a una concentración muy baja de compuestos orgánicos volátiles . Para cargas elevadas de compuestos orgánicos volátiles, típicamente se prefieren los oxidantes térmicos debido a su capacidad para soportar altas temperaturas, y su costo bajo de operación y alto índice de destrucción. Para cargas bajas de compuestos orgánicos volátiles, típicamente se prefieren los oxidantes catalíticos debido a su temperatura de operación más baja, lo cuál requiere muy poca adición de combustible complementario. A la inversa, cuando se opera un oxidante térmico en gases elevados de compuestos orgánicos volátiles, se requiere un alto consumo de combustible para mantener la altas temperaturas requeridas por el oxidante. Cuando se opera un oxidante catalítico en gases elevados de compuestos orgánicos volátiles, puede resultar una sinterización y desactivación del catalizador debido a las temperaturas excesivas. Se han hecho intentos para vencer este escenario de costo de operación/quemado por medio de la creación de sistemas que utilizan tanto un oxidante térmico como un oxidante catalítico, pero tales sistemas invariablemente tienen los dos oxidantes como entidades separadas con alguna clase de mecanismo de intercambio para intercambiar de una unidad a la otra dependiendo de la concentración de compuestos orgánicos volátiles. En la Patente de los Estados Unidos de Norteamérica Número 4,983,364 (Buck y colaboradores), se muestra un ejemplo de tal sistema doble. La misma naturaleza de tal sistema doble, segregado da como resultado costos elevados de capital . Por otra parte, aunque se puede decir que los catalizadores de oxidación operan de una manera sin flama, con bajo NOx, bajo la mayoría de las circunstancias se usa una flama de piloto en un oxidante catalítico, con el objeto de mantener la temperatura del catalizador a un nivel óptimo. En parte, esto se debe al hecho de que los combustibles complementarios normalmente disponibles, tales como el gas natural y el propano, consisten de especies bajas en carbón que no se oxidizarán rápidamente en la mayoría de los catalizadores. Adicionalmente, debido al costo típicamente elevado del catalizador mismo, la mayoría de los lechos catalíticos son muy pequeños, y la posibilidad de una variación en la concentración del gas que rompa la naturaleza de estado estable de cualquier lecho catalítico operado sin el uso de una flama de piloto complementaria, pesa en favor del uso de una flama de piloto. Consecuentemente, el control de temperatura del catalizador se logra usando flujo pasante directo de gases consumidos de combustión caliente desde una flama de piloto corriente arriba. El problema con este método, sin embargo, es que, aunque la oxidación catalítica misma es inherentemente un proceso con bajo NOx, la flama de piloto de difusión pone niveles significativos de NOx dentro del gas de escape del oxidante catalítico.

Deeabsorción Térmica Se ha demostrado exitosamente la desabsorción térmica para el tratamiento de suelos y sólidos contaminados con compuestos orgánicos. Es conocido el tratamiento de suelos contaminados con compuestos inorgánicos, dioxina, hidrocarburos aromáticos polinucleares (PAHs) , bifenilos policlorados (PCBs) , y desperdicios mezclados de bajo nivel usando la desabsorción térmica. Reconociendo la naturaleza competitiva en costo de la desabsorción térmica, muchas compañías de corrección han diversificado sus capacidades para incluir procesos de desabsorción térmica. Otros están convirtiendo incineradores de lecho fluidizado ya existentes a desabsorbedores térmicos, enfatizando la desabsorción térmica como el proceso de tratamiento térmico preferido. En adición, la desabsorción térmica ha probado que es un método efectivo para corregir desperdicios o suelos mezclados contaminados con compuestos tanto radioactivos como orgánicos . Con la desabsorción térmica, el proceso remueve los contaminantes orgánicos por medio de calentar indirectamente los suelos y los sólidos a temperaturas suficientes para vaporizar los componentes peligrosos. El suelo se calienta típicamente a no más de 550°C, y frecuentemente el calentamiento ocurre en la ausencia de oxígeno. El desabsorbedor térmico, actuando como un separador, remueve la contaminación orgánica, dejando un residuo que contiene inertes, material radioactivo (cuando está presente) , y metales en el suelo! Una vez que se ha estabilizado el suelo tratado para evitar que cualesquier sales de metal en el suelo se disuelvan en el agua, el material estabilizado se puede caracterizar y eliminar de o manejar como desperdicio radioactivo de bajo nivel. Después de la volatilización, los vapores orgánicos en el gas consumido actualmente se tratan típicamente mediante ya sea oxidación en una cámara/incinerador de combustión de temperatura elevada, o mediante la condensación y el tratamiento convencional de la pequeña cantidad de condensado resultante, tal como mediante la captura en un sustrato de carbón. Los ejemplos de sistemas conocidos para desabsorción térmica que usan una técnica de combustión subsecuente incluyen aquellos descritos en las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 5,282,695 (Crosby y colaboradores), 5,228,803 (Crosby y colaboradores) , 4,974,528 (Barcell) , 4,961,391 (Mak y colaboradores) , 4,925,389 (DeCicco y colaboradores), 4,815,398 (Keating y colaboradores), 4,766,822 (DeCicco y colaboradores), y 4,746,290 (DeCicco y colaboradores) . Los ejemplos de sistemas conocidos para desabsorción térmica que usan una técnica de condensación subsecuente incluyen aquellos descritos en las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 5,098,481 (Monlux) , y 5,228,803 (Crosby y colaboradores). Las técnicas de desabsorción térmica tienen problemas, sin embargo, particularmente en la necesidad de procesamiento adicional después de que se volatilizan los contaminantes. Los ejemplos de problemas que surgen cuando se usa la condensación para tratamiento después de la volatilización, incluyen asuntos de eliminación tanto del carbón usado para la adsorción como de los desechos orgánicos líquidos recuperados. En sí, frecuentemente es preferible la destrucción directa de compuestos orgánicos de desecho en productos benignos tal como agua, dióxido de carbono, y sales, como una solución final . El uso de tecnologías de destrucción en el procesamiento de contaminantes volatilizados típicamente envuelve la reformación termoquímica de los compuestos orgánicos en tales productos oxidados. Aunque esto es deseable como una solución final, como se discutió previamente con respecto a la extracción de vapor del suelo, el proceso de destrucción basado en la flama puede plantear serios asuntos de rendimiento, regulatorios, y de aceptación pública. También son bien conocidas las dificultades y gastos para obtener permisos de operación para procesos de tratamiento de desperdicios peligrosos utilizando tecnologías basadas en la flama, ya sea para la incineración directa del suelo o para la incineración de contaminantes volatilizados. Alternativamente, los impedimentos para tratar con la eliminación de desechos de carbón contaminados o desechos líquidos fuera de sitio, inherente con la opción de condensación, incrementa los costos de ese tipo de sistema y afecta negativamente los factores operacionales. Por otra parte, las temperaturas relativamente bajas asociadas con la separación térmica pueden ser la temperatura óptima para convertir los PAHs y los fenólicos clorados en dibenzofuranos y dioxinas.

Por lo tanto, se puede ver que existe una necesidad de un medio práctico para destruir los compuestos orgánicos removidos de suelos contaminados u otras fuentes de compuestos orgánicos volátiles de concentración variable que evite las diversas dificultades y deficiencias de la técnica anterior. Existe una necesidad adicional para tal sistema que resulte en una alta eficiencia de destrucción y remoción ("DRE") de los compuestos orgánicos de una manera efectiva en costo.

Compendio de la Invención La presente invención está dirigida a métodos y aparatos para destruir los compuestos orgánicos volátiles contenidos en flujos de gas, mediante el uso de una combinación de un lecho catalítico y una matriz de destrucción de medio inerte poroso ("PIM") contenida como parte de un oxidante sin flama, no catalítico. El oxidante catalítico y el oxidante sin flama se activan selectivamente para acomodar las diferentes concentraciones de compuestos orgánicos volátiles durante un proceso de remoción de vapor. Por lo tanto, la presente invención es una combinación controlada de oxidación sin flama, no catalítica y oxidación catalítica, en donde se usa un oxidante sin flama, no catalítico cuando la concentración de hidrocarburo es relativamente elevada, y se usa un oxidante catalítico cuando la concentración de hidrocarburo cae por debajo de un límite determinado previamente. El sistema puede operar de manera eficiente con cualquier concentración de compuestos orgánicos volátiles en la corriente de vapor. La invención proporciona efectividad de costo en el ciclo de vida cuando el contenido de compuestos orgánicos volátiles de la corriente de gas puede variar con el tiempo, mientras logra niveles muy bajos de producción de N0X. Se usa un proceso catalítico de baja temperatura para la destrucción durante períodos en los que el flujo de gas tiene un contenido bajo de compuestos orgánicos volátiles, mientras que el oxidante de medio inerte poroso se mantiene en flujo bajo para mantener una temperatura estable adentro del lecho catalizador. El oxidante de medio inerte poroso se usa para la oxidación principal durante períodos en los que el flujo de gas tiene un contenido elevado de compuestos orgánicos volátiles. La combinación del lecho catalítico y el oxidante sin flama se arregla de tal manera que el flujo de gas se pueda alimentar inicialmente a, ya sea el oxidante sin flama, o directamente al lecho catalítico. Se usan combustible y/o aire adicionales para mantener las temperaturas apropiadas tanto en el oxidante sin flama como en el lecho catalítico. El sistema de combinación proporciona un proceso de destrucción de compuestos orgánicos volátiles con eficiencia de utilización de energía que ofrece ventajas significativas.

Estas ventajas incluyen eficiencias más elevadas de remoción de contaminación, emisiones "cercanas a cero", y costos reducidos . La matriz de destrucción del oxidante sin flama está compuesta de materiales cerámicos inertes que incrementan la mezcla del proceso y proporcionan inercia térmica para la estabilidad del proceso. Tal matriz de destrucción está diseñada para producir eficiencias de destrucción y remoción de más del 99.99 por ciento, con menos de 10 ppmV de CO y menos de 2 ppmV de NOx. El oxidante térmico/matriz de destrucción está diseñado para operar sin flama a temperaturas de 845-980°C, debajo de los límites de inflamabilidad normales de los volátiles que se van a destruir. Se puede obtener la conversión apropiada a temperaturas y tiempos de residencia más bajos que aquellos que se requieren en un incinerador convencional, mientras todavía se maneja un amplio rango de concentraciones de compuestos orgánicos volátiles . También hay seguridad inherente en el uso de un proceso en el cuál no hay flamas abiertas (aparte de, quizás, en el precalentador) , y en el cuál la mezcla de gases que se van a introducir en la matriz es relativamente fría, fuera de los límites de inflamabilidad de los constituyentes y, por lo tanto, no explosiva bajo condiciones ambientales. Se evitan los problemas de flamazos . Por otra parte, desde un punto de vista práctico, todas estas características deben dar como resultado la capacidad para obtener los permisos del gobierno requeridos más fácilmente. De conformidad, es un objetivo de la presente invención proporcionar un sistema de oxidación de etapas múltiples en donde se optimiza la eficiencia mientras se minimizan los costos para la eliminación final de contaminantes de compuestos orgánicos volátiles. Es otro objetivo de la presente invención proporcionar métodos y aparatos capaces de cumplir con las regulaciones existentes para la destrucción de contaminantes orgánicos contenidos dentro de suelos u otras fuentes de compuestos orgánicos volátiles que varían en concentración a través del tiempo. Es otro objetivo de la presente invención proporcionar métodos y aparatos para la destrucción de contaminantes orgánicos removidos de suelos u otras fuentes de compuestos orgánicos volátiles que varían en concentración a través del tiempo, mientras minimizan subproductos de la oxidación de N0X a niveles por debajo de aquellos que se logran mediante tecnologías convencionales. Posteriormente en la presente aparecerán otros objetivos y ventajas.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una modalidad de un oxidante sin flama como se puede usar en el proceso y aparato de la presente invención. La Figura 2 es un diagrama de flujo detallando una modalidad de un aparato de la presente invención.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas Ahora se ha descubierto que una combinación de tecnología de oxidante catalítico exitosamente demostrada, con un proceso de oxidación innovador sin flama, de alto rendimiento da como resultado una unidad de destrucción integrada de compuestos orgánicos volátiles que ofrece sencillez operacional, emisiones cercanas a cero, y costos reducidos . El sistema integrado de disminución de compuestos orgánicos volátiles propuesto está diseñado para operar de manera eficiente con una corriente de gas que contenga concentraciones de compuestos orgánicos volátiles que varían a través del tiempo, proporcionando un rendimiento menos costoso, pero superior y más confiable, como una alternativa a la incineración u oxidación catalítica estricta. Se entenderá que la aplicación de la invención es similar para la limpieza de compuestos orgánicos volátiles de cualquier derrame o fuga, o de cualquier otra fuente de compuestos orgánicos volátiles. Recientemente se ha emprendido investigación significativa acerca del fenómeno de oxidación dentro de medio inerte poroso ("PIM") . Puesto que la oxidación de medio inerte poroso puede ocurrir fuera de los límites de inflamabilidad normales de carga de combustible/aire mezclados previamente, la tecnología se puede llamar "sin flama". En este aspecto, las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 4,688,495 (Gallo ay) y 4,823,711 (Kroneberger y colaboradores) describen trabajo anterior sobre la tecnología de oxidación de matriz. En adición, las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 5,165,884 (Martin y colaboradores) y 5,320,518 (Stilger y colaboradores) describen en detalle significativo la tecnología envuelta en un oxidante sin flama. Como una tecnología de tratamiento, tal proceso oxidante sin flama exhibe la mayoría de las ventajas de la combustión térmica convencional o catalítica, mientras evita muchas de las inconveniencias. Al igual que en la combustión térmica basa en la flama, los compuesto orgánicos se oxidan a gases de producto inocuos (CO2, H20) , o gases ácidos fácilmente neutralizados (HCl, SO2) . No se crea ningún desperdicio o residuo, y el proceso es adecuado para un amplio rango de compuestos o mezclas. A diferencia de la incineración térmica, en donde el mezclado y la reacción son interdependientes con la flama, estos están desacoplados en el sistema inventivo, permitiendo mayor flexibilidad y control, y la eliminación de productos de combustión incompleta ("PIC's"). La base para el proceso de oxidación es una "matriz de destrucción" que fomenta las condiciones necesarias para la oxidación estable, sin flama de los compuestos orgánicos, fuera de sus límites respectivos de inflamabilidad. Los tres atributos principales de la matriz de destrucción que permiten la oxidación sin flama son su geometría intersticial (que incrementa el mezclado) , su inercia térmica (que promueve la estabilidad) , y sus características superficiales (que aumentan la transferencia de calor) . Las propiedades térmicas de la matriz permiten que la zona de mezclado esté cerca a la temperatura ambiente, en donde el gas entra, mientras que la zona de reacción sin flama, más corriente abajo, está a la temperatura de oxidación apropiada. Estos atributos llevan a muchas ventajas de rendimiento - y relacionadas con la seguridad en aplicaciones prácticas. Entre éstas están la capacidad de establecer una zona de reacción estacionaria (en donde la velocidad de oxidación de gas es mucho más rápida que en la región después de la flama de un incinerador) ,• la capacidad para acomodar fluctuaciones de proceso rápidas (como con descargas de reactor químico de lote) ; la capacidad para amplia baja del proceso (para la adaptación de costo efectivo a condiciones cambiantes) ; la supresión de retroceso de la llama (en virtud del área de superficie elevada de la matriz y la capacidad de absorción de calor) ,• y un alto nivel de manejabilidad y control (en comparación con una flama) .

Volviéndonos en detalle a los dibujos, en donde los mismos números designan los mismos componentes, la Figura 1 ilustra una modalidad de tal oxidante sin flama, como se puede usar en el proceso y aparato global de esta invención, aunque no se pretende que se muestren todos los componentes a escala. Típicamente, el oxidante sin flama (10) consistirá de una concha de contención (12) de lecho de matriz adecuada que está llena con una cantidad de material resistente al calor, creando un lecho de matriz (14) . Los tipos de materiales de matriz usados deben tener de preferencia alta conductancia de calor mediante radiación, convección, y conducción. Las propiedades de transferencia de calor del sistema son dependientes de la proporción de transferencia de calor de radiación a convectivo. El lecho de matriz (14) se puede dimensionar para cualquier corriente de flujo deseada mediante la alteración de uno o más de la sección transversal del flujo de la matriz, altura, material, fracción de espacio vacío, temperatura de salida, y adición de calor complementario, si se desea. Los materiales preferidos de la matriz son bolas o silletas de cerámica, pero se pueden usar otros materiales y configuraciones de lecho, incluyendo, pero sin limitarse a, otros empaques de cerámica aleatorios tales como anillos de manto, empaque estructurado de cerámica, espuma cerámica o de metal, lana de metal o cerámica, y similares. Generalmente, la fracción de espacio vacío del lecho de matriz estará entre 0.3 y 0.9. En adición, el material en el lecho de matriz típicamente tendrá un área superficial específica fluctuando desde 40 metros cuadrados/metro cúbico hasta 1040 metros cuadrados/metro cúbico. En la modalidad preferida de la Figura 1, se usan dos tipos de material resistente al calor. En la porción inferior del oxidante sin flama (10) , un lecho de bolas de cerámica actúa como una. zona de mezclado (16) . La zona de mezclado (16) típicamente tendría un volumen intersticial de aproximadamente el 40 por ciento, y actúa parcialmente como el equivalente de un plenum. Sobre este lecho de bolas, se utiliza un lecho de silletas de cerámica para crear una zona de reacción (18) . Esta zona de reacción (18) típicamente tendría un volumen intersticial de aproximadamente el 70 por ciento. En la base del oxidante sin flama (10) está configurado un aparato precalentador (30) . Este precalentador (30) pasa inicialmente gas caliente a través del lecho de matriz (14) con el objeto de calentar previamente tanto la zona de mezclado (16) de bolas de cerámica, como la zona de reacción (18) de silletas de cerámica a temperaturas de operación normales. En una modalidad alternativa, los elementos de calentamiento (no se muestran) , los cuáles son de preferencia eléctricos, pueden rodear esta concha de contención (12) para proporcionar al sistema calentamiento previo y mantenimiento de la temperatura apropiada durante la operación. También es posible tener el precalentador como una unidad separada corriente arriba del oxidante sin flama (10) que actúa para calentar los gases que después se hacen fluir a través del oxidante sin flama (10) para calentar el lecho de matriz (14) . Algunas veces, pero no siempre, todo el ensamble de oxidación térmica estará diseñado para minimizar la pérdida de calor al medio ambiente, mientras asegura que todas las superficies expuestas permanezcan debajo de aquellas temperaturas aceptables para un área Clase I, División 2, Grupo D. (El Código Eléctrico Nacional categoriza los lugares por clase, división, y grupo, dependiendo de las propiedades de los vapores, líquidos o gases inflamables que pudieran estar presentes, y la probabilidad de esté presente una concentración o cantidad inflamable u oxidable. El Código requiere que la temperatura superficial de cualesquier superficies expuestas esté debajo de la temperatura de inflamación del gas o vapor pertinente.) Los gases de entrada (20) desde un sistema de recolección de compuestos orgánicos volátiles corriente arriba entran al oxidante sin flama (10) a través de la entrada (22) . Aunque en la Figura 1 se muestran entrando a través de la entrada separada (22) , los gases de entrada (20) pueden entrar a través de la misma entrada que se usa para el precalentador (30) , eliminando mediante lo mismo la necesidad de una entrada separada (22) . En adición, dependiendo de las condiciones del proceso, y según se necesite para proporcionar valores de calor suficientes para mantener un ambiente de operación autosuficiente adentro del oxidante sin flama, se puede añadir aire y/o gas natural u otro combustible adicional a esta corriente de entrada (20) . (Esto se discutirá con más detalle posteriormente con respecto al oxidante combinado catalítico/de medio inerte poroso.) Típicamente, pero no necesariamente habrá un plenum (24) , hecho de preferencia de un material resistente al calor tal como una placa perforada, en la parte inferior del lecho de matriz (14) para evitar que el material resistente al calor (16) entre a la tubería debajo del lecho de matriz . En el patrón de flujo normal, en donde la corriente de entrada (20) del oxidante entra al oxidante sin flama (10) cerca de la parte inferior, este plenum (24) también actuará para distribuir equitativamente los gases que entran y mezclar adicionalmente estos gases antes de entrar al lecho de matriz (14) . No obstante, aunque la Figura 1 indica que la corriente de entrada (20) entra al oxidante sin flama (10) por la parte inferior, y que los productos gaseosos (26) salen por la parte superior, y ésta es la modalidad preferida, la presente invención se puede operar en una configuración alternativa en donde los gases entran por la parte superior y salen por la parte inferior. Adentro del recipiente del reactor (10) durante procesamiento normal, la corriente de gas que contiene compuestos orgánicos volátiles (20) primero entra a la zona de mezclado (16) , que está cerca de la temperatura ambiente. Después de experimentar mezclado profundo en los intersticios de matriz de la zona de mezclado (16) , la mezcla reactiva entra a la zona de reacción (18) en donde ocurren la oxidación y la liberación de calor. Los gases de entrada se elevarán a temperaturas de oxidación de 760-1925°C, y de preferencia de 845-980°C. Después se mantienen los gases a estas temperaturas durante un tiempo de residencia suficiente para asegurar sustancialmente la destrucción completa de los compuestos orgánicos volátiles. En operación normal, se contempla que este tiempo de residencia será menor de 2.0 segundos, y de preferencia menor de 0.2 segundos. A medida que se calientan los gases, éstos se expanden, y su expansión se acomoda de preferencia mediante un incremento en el volumen de espacio vacío de la matriz en la zona de reacción (18) , tal como a través del uso de silletas de cerámica adentro de la zona de reacción contra bolas de cerámica adentro de la zona de mezclado. El resultado de este calentamiento es la creación de una zona de oxidación sin flama adentro del lecho de matriz (14) , por medio de lo cuál se encienden y oxidan los compuestos orgánicos volátiles a productos estables, tales como agua y dióxido de carbono. La zona de oxidación se observa como un incremento de inclinación en la temperatura del lecho a partir de la temperatura ambiente en el costado de entrada de la zona, a aproximadamente la temperatura de oxidación adiabática de la mezcla en el costado de salida de la zona. Este rápido cambio tiene lugar durante una distancia de usualmente muchos centímetros en un oxidante típico, con la distancia real siendo dependiente de las concentraciones de alimentación, los índices de alimentación, la distribución de la velocidad del gas, el material del lecho, y las propiedades físicas del lecho, el tipo de materiales de alimentación específicos, etcétera. Las pérdidas de calor en la dirección de flujo también tendrán un efecto en la longitud de la zona de oxidación. La rapidez del cambio permite el uso de un reactor muy compacto. La temperatura de la oxidación depende de las concentraciones de alimentación, los índices de alimentación, la distribución de la velocidad del gas, las propiedades físicas del lecho, el tipo de materiales de alimentación específicos, las pérdidas de calor, la entrada de calor desde los calentadores, etcétera. Por medio de desacoplar la mezcla de la oxidación, se remueve uno de los tres parámetros críticos (turbulencia, siendo los otros el tiempo y la temperatura) de la ecuación de diseño. Llevando a cabo el mezclado antes de la reacción logra dos resultados benéficos. Primero, se asegura el mezclado profundo del gas y el aire, negando la posibilidad de lotes mezclados de manera deficiente, dejando el sistema sin reaccionar. Segundo, la uniformidad de la corriente reactiva también ayuda a establecer la uniformidad de la zona de reacción. Juntos, estos factores permiten que el índice de procesamiento suba o baje, sin importar las restricciones mecánicas del fluido, durante un rango mucho más amplio.

Después de la destrucción completa del oxidante sin flama (10) , los gases del producto (26) entonces dejan el reactor a través de la lumbrera (28) . De esta manera, se han descrito los básicos de las modalidades preferidas del oxidante sin flama para uso en la presente invención. También es posible que se les hagan muchas variaciones o adiciones a estas modalidades básicas. La existencia de una zona de reacción uniforme, de intramatriz perpendicular al eje de flujo es la condición fundamental de este proceso de oxidación sin flama. En la zona, se calientan previamente los gases reactivos de manera eficiente hasta la temperatura de oxidación mediante la superficie de matriz caliente, después de lo cual se oxidan de manera exotérmica. Estos liberan rápidamente su calor de regreso a la matriz, para mantener su temperatura local. Las propiedades únicas de transferencia de calor del lecho (14) de la matriz son las que permiten que esta reacción estable ocurra a concentraciones orgánicas muy por debajo del límite de inflamabilidad de loe constituyentes. La zona de reacción cubre la entera sección cruzada del flujo del oxidante sin flama (10) , asegurando que todos los reactivos pasen a través de esta región altamente reactiva. La presencia de un gran depósito de radicales activos (H, OH, etcétera) en este dominio permite que las reacciones de oxidación ocurran con una rapidez de hasta dos órdenes de magnitud más rápido que las simples reacciones de descomposición térmicas que ocurren en la región de flama posterior de un incinerador convencional u oxidante térmico. Debido a que el proceso inventivo aprovecha la química radical activa (por ejemplo, CmHn + 0 = ^H^ + OH) la cual es característica de las reacciones de combustión en cadena, el tiempo de reacción requerido para destruir la gran mayoría de las moléculas orgánicas es menor de 0.1 segundos . Esto ocurre contrario al proceso de incineración convencional con la mayoría de las moléculas orgánicas siendo destruidas en la región "de flama posterior", en donde la población de radicales activos es baja, y las reacciones de descomposición térmica más lentas (por ejemplo, CmHn + M = CmHn_] + H + M) gobiernan la química. Esta cinética excepcionalmente rápida elimina la necesidad de tiempo de residencia adicional, debido a que las reacciones proceden a la completación en décimas de milisegundos. Por lo tanto, para poder asegurar elevadas eficiencias de destrucción, un rango de flujo de capacidad de diseño y requerimientos de área de sección transversal relacionada, determinados por la temperatura y la cinética, más bien que el tiempo de residencia, serán la restricción apropiada en dicho oxidante sin flama. Debido a que el flujo máximo se determina mediante geometría de dispositivo y propiedades de la zona, de reacción, esta restricción es dependiente de dispositivo, y no genérico, como lo es el tiempo de residencia para las tecnologías basadas en flama. Adicionalmente, la existencia de una zona de reacción uniforme minimiza la formación de productos de combustión completa, los cuales se forman más comúnmente en la región de flama posterior de un incinerador, en donde es más posible que los fragmentos orgánicos se combinen unos con otros de lo que lo harían si la población radical fuera mayor. La zona de reacción uniforme también elimina las regiones de temperaturas muy elevadas así como los gradientes de temperatura de peldaño que existen en un dispositivo de flama. La capacidad del oxidante sin flama para controlar la reacción de temperatura máxima para que sea equivalente a la temperatura de reacción promedio, virtualmente elimina la formación de N0X y CO térmicos. En un sistema de oxidante sin flama típico del tipo que se usará en un sistema de combinación de conformidad con la presente invención, se ha mostrado que la eficiencia de destrucción y remoción de los vapores orgánicos es mayor de 99.99 por ciento. Debido a que el oxidante sin flama típicamente opera a temperaturas (843°C-1010 °C) significativamente más bajas que aquellas presentes en las cámaras de combustión (aproximadamente 1927 °C) , hay menor producción de los indeseables subproductos de NOx. Las concentraciones de NOx típicas en la corriente de salida son menores de 2 ppmv y generalmente no se detecta CO. Se ha emprendido la experimentación extensiva de esta tecnología al determinar la eficiencia de destrucción y remoción que se puede obtener en el tratamiento de diferentes hidrocarburos e hidrocarburos halogenados. En la Tabla 1 se resumen los resultados de esta prueba.

Tabla 1 Resumen de Condiciones y Resultados de Prueba Destrucción de Compuesto Orgánico Volátil El proceso de oxidación sin flama mismo es inherentemente utilizador de energía. Si el gas alimentado al oxidante sin flama contiene suficientes orgánicos (contenido de entalpia de aproximadamente 30 BTU/scf o más) , la reacción puede ser autosostenible, y no se requiere de ningún combustible o calor complementario dentro del oxidante mismo. Este comportamiento es contrario a la operación de un oxidante basado en flamas, en donde la flama principal se abastece de combustible exclusivamente de una fuente de combustible limpia, estable tal como gas natural, sin importar el contenido de entalpia del gas . El proceso es típicamente controlado por medio de un control de temperatura simple. Los elementos de temperatura (32) como se muestran en la Figura 1, se pueden conectar a un sistema de control programable (no se muestra en la Figura 1 pero se describe más adelante con respecto a la Figura 2) para regular el flujo del combustible o aire complementario en las cajas respectivas de corrientes de gas pobres o ricas. Normalmente se aisla el recipiente del reactor del oxidante sin flama parei seguridad personal y retención de calor. La matriz también actúa como un vertedero de calor, para regular posibles fluctuaciones, concentración y composición del flujo. Durante el período de retraso después de que un cambio de perno o de peldaño en el flujo o concentración empieza a afectar la temperatura de la matriz, el sistema de control supervisor es capaz de tomar la acción correctiva apropiada (agregando combustible o aire complementario) para mantener la temperatura. La capacidad y geometría de calor de la matriz también proporciona un beneficio de seguridad importante --una capacidad de detención de flama inherente. En el caso de que una mezcla inflamable entre en el reactor, la región (mezcladora) fría (16) del lecho de la matriz (14) evitaría la propagación hacia atrás de una flama corriente arriba. Además, los intersticios de la matriz proporcionan tanto la elevada área superficial para extinguir como los trayectos turbulentos para la interrupción del flujo que son intrínsecos a los aprehensores de flama comerciales . Los tipos de materiales en el lecho de la matriz (14) pueden ser diferentes de manera que se puedan controlar las características de transferencia de calor del cuerpo interno, las características de radiación, las características de convección forzada y las características térmicamente conductivas de los sólidos de la matriz interna dentro del lecho. Esto se puede hacer por medio de variar las características de transferencia de calor radioactivo del lecho de la matriz (14) por medio de usar diferentes tamaños de materiales resistentes al calor (16, 18) para cambiar la trayectoria de radiación libre media o por medio de variar la emisividad de estos materiales, variando las características de transferencia de calor de convección forzada del lecho de la matriz (14) por medio de variar su área superficial por volumen de unidad, o geometría, variando las características de transferencia de calor térmicamente conductivas del lecho de la matriz (14) por medio de usar materiales resistentes al calor (16, 18) con conductividades térmicas diferentes, o cambiando el área de contacto superficial punto a punto de los materiales en el lecho. Se pueden variar estas propiedades de manera concurrente o discreta para conseguir un efecto deseado. Además de cambiar las propiedades del lecho mismo de la matriz (14) , se pueden introducir una zona interfacial, o varias zonas interfaciales dentro del lecho en donde uno o más de las propiedades de transferencia de calor del lecho son cambiadas de manera concurrente o discreta en cualquier lado de la zona interfacial y en donde esta variación sirve para ayudar a estabilizar la zona de reacción en ese lugar y actúa como un "ancla de zona de oxidación." Esto se puede hacer, por ejemplo, por medio de introducir una zona interfacial en donde fracciones de espacio vacío cambian a través de la zona interfacial dentro del lecho de la matriz (14) , tal como se representa en la Figura 1 mediante la zona de mezclado (16) y la zona de reacción (18) . La zona interfacial puede cambiar la trayectoria de radiación libre media a través de la zona interfacial independiente de la fracción de espacio vacío. Mediante materiales resistentes al calor, la emisividad puede cambiar a través de la zona interfacial dentro del lecho de la matriz . Cambiando el área por volumen de unidad de los materiales resistentes al calor a través de la zona interfacial, las características de transferencia de calor conectivo forzado pueden cambiar a medida que se pasa el gas a través de la zona interfacial . Se puede configurar la sección transversal del lecho de la matriz perpendicular al eje del flujo en una geometría circular, cuadrada, rectangular, o cualquier otra. Se puede variar intencionalmente el área de la sección transversal (es decir, como un cono truncado o una pirámide truncada) para conseguir un rango amplio, estable de índices de flujo volumétricos reactivos en cada velocidad de combustión de matriz dada. Volviéndonos ahora hacia la integración de esta tecnología de oxidante sin flama dentro de un sistema global de destrucción de compuestos orgánicos volátiles para usarse en donde la corriente de volátiles tiene una concentración que varía a través del tiempo, se muestra una modalidad de la presente invención en forma esquemática en la Figura 2. En esta modalidad, se construye un oxidante sin flama (10) , no catalítico en una relación integral con un oxidante catalítico (36) tal que la descarga del oxidante sin flama (10) necesariamente fluirá a través del oxidante catalítico (36) vía un cilindro conector u otra conexión directa (56) . También se configura esta combinación de oxidante no catalítico/catalítico (33) para permitir la adición de corrientes de gas al flujo a través del oxidante de combinación (33) en un punto entre el oxidante sin flama (10) y el oxidante catalítico (36) , como se discutirá posteriormente . No se pretende que el esquemático de la Figura 2 represente una descripción a escala de los diferentes componentes del oxidante de combinación (33) . También es posible tener una variedad de formas de sección transversal para el oxidante sin flama (10) , la conexión (56) , y el oxidante catalítico (36) aunque un diseño cilindrico general será típicamente el más eficiente. El presente aparato inventivo es de alguna manera similar en diseño a un oxidante catalítico convencional en que tiene una introducción de gas para los gases de entrada (20) y una cantidad de catalizador oxidativo (36) . En contraste con un oxidante catalítico normal, sin embargo, la presente invención no utiliza un piloto quemador de difusión. En su lugar, se usa un oxidante de medio inerte poroso (10) del tipo que se discutió anteriormente. Además, los controles del sistema para la presente invención son completamente diferentes a los del oxidante de flama de difusión típico o del oxidante catalítico. En la configuración del aparato de la presente invención que se muestra, la corriente de gas que contiene compuestos orgánicos volátiles (34) puede ser alimentada directamente al oxidante sin flama (10) vía la combinación de líneas (38) , (40) , y (20) . Adicionalmente, también se puede alimentar una fuente de combustible complementario (42) al oxidante sin flama (10) , en este caso usando la combinación de líneas (44) , (38) , (40) , y (20) . Finalmente, se puede alimentar una fuente de aire complementario (46) al oxidante sin flama (10) vía la combinación de líneas (46) , (48) , (38) , (40), y (20) . Se proporciona una mezcladora (50) tal que cualquier combinación de flujos de la corriente de gas que contiene compuestos orgánicos volátiles (34) , la fuente de combustible complementario (42) , y la fuente de aire (46) se mezclarán completamente antes de entrar al oxidante sin flama (10) . En la modalidad de la Figura 2, se ilustra un precalentador (30) como una unidad separada corriente arriba del oxidante sin flama (10) . Como se ilustra, este precalentador (30) puede generar gases calientes utilizando combustible complementario proporcionado vía la línea de combustible (52) . Se pueden usar estos gases calientes para calentar inicialmente el lecho de la matriz (14) hasta, y por encima, de la temperatura de autoencendido de los componentes orgánicos volátiles que se van a destruir. Adicionalmente, se puede descargar la corriente de gas que contiene componentes orgánicos volátiles (34) a un punto corriente abajo del oxidante sin flama (10) pero corriente arriba del catalizador (36) usando un conducto de desviación (54) . Como se ilustra, cualquier corriente de gas de desviación se combinairía dentro de la corriente de flujo del oxidante de combinación no catalítico/catalítico (33) en un punto justo corriente arriba del oxidante catalítico (36) . Cualesquier corriente de desviación se agregaría de preferencia en varios puntos alrededor de la circunferencia del oxidante de combinación (33) a través de un plenum interoxidante (56) . Típicamente, este plenum interoxidante (56) sería simplemente una serie de lumbreras localizadas circunferencialmente alrededor del exterior del oxidante de combinación (33) . Tal inyección circunferencial asegura un mezclado máximo de la corriente de desviación con cualquier flujo de gas desde la porción del oxidante sin flama (10) del oxidante de combinación (33) . De una manera similar, se puede descargar aire en el plenum interoxidante (56) vía la línea (58) y, por lo tanto, ser agregado a la corriente de flujo en el oxidante de combinación catalítico/no catalítico (33) corriente arriba del catalizador (36) . Las válvulas (60) y (62) permiten la descarga selectiva de la corriente de gas que contiene componentes orgánicos volátiles (34) ya sea corriente arriba o corriente abajo del oxidante sin flama (10) . Las válvulas (64) y (66) permiten la descarga selectiva del combustible complementario al precalentador (30) o a la corriente de entrada (20) al oxidante sin flama (10) . Finalmente, las válvulas (68) y (70) permiten la descarga selectiva de aire (46) ya sea corriente arriba o corriente abajo del oxidante sin flama (10) . El flujo de descarga del oxidante de combinación (33) saca al oxidante de combinación (33) vía la línea de descarga (72) . Una modalidad preferida de la presente invención, como se muestra en la Figura 2, utiliza un controlador de sistema global (74) . Este controlador (74) trabaja de preferencia en conjunción con un detector de temperatura (76) el cual mide la tempereitura del flujo de gas del sistema a medida que saca el oxidante sin flama (10) y antes de que introduzca el oxidante catalítico (36) . Otros detectores de temperatura (75) y (77) miden la temperatura del flujo de gas del sistema dentro del oxidante sin flama (10) mientras saca el oxidante catalítico (36) , y están también conectados al controlador (74) . En adición, el controlador del sistema (74) verifica y controla el índice de flujo a través de diferentes válvulas, usando la línea de control (78) para supervisar y controlar las válvulas de combustible complementario (64) y (66) , la línea de control (80) para supervisar y controlar las válvulas de corriente de gas (60) y (62) , y la línea de control (82) para supervisar y controlar las válvulas de aire (68) y (70) . Durante la operación, el controlador del sistema (74) utiliza la temperatura detectada por el detector de temperatura (76) así como los índices de flujo verificados a través de las válvulas (60), (62), (64), (66), (68), y (70) para determinar de manera selectiva cuáles válvulas se deben abrir y hasta qué grado. Mediante un cálculo apropiado, el controlador del sistema (74) puede combinar datos de temperatura del detector de temperatura (76) y datos del índice de flujo de gas a través de varias válvulas para determinar el valor BTU inherente de la corriente de gas (34) . Aunque se ha descrito un solo controlador del sistema (74) , sería obvio para aquellos expertos en la técnica que se pueden usar diferentes controladores para controlar varios aspectos del presente sistema, ya sea de manera automática o manual sin apartarse del espíritu de la presente invención. Para describir adicionalmente los componentes de una modalidad preferida del presente aparato inventivo, ahora se describirá un proceso preferido de operación del sistema que opera sobre una corriente de gas que inicialmente contiene concentraciones elevadas de componentes orgánicos volátiles. Durante el inicio del sistema, se alimenta combustible complementario a través de la válvula (66) y la línea de combustible (52) junto con aire a través de la válvula (68) y la combinación de líneas (48) , (38) , y (40) al precalentador (30) en donde se quema el combustible para producir gases calientes, los cuales se alimentan entonces a través del oxidante sin flama (10) vía la línea de entrada (20) . Los gases calientes calientan previamente el lecho de la matriz (14) de material resistente al calor. Una vez que se ha calentado previamente el lecho de la matriz (14) a una temperatura que excede la temperatura de autoencendido de las corrientes de compuestos orgánicos volátiles que se van a oxidar (una temperatura normalmente en el rango de los 760°C a aproximadamente 1925°C, se cierra la válvula (66) y se abre la válvula (60) . La válvula (68) puede estar cerrada o puede permanecer parcialmente abierta, dependiendo del perfil, de la corriente de gas entrante, como se discute posteriormente) . La abertura de la válvula (60) permite que la elevada concentración de corriente de gas de compuestos orgánicos volátiles (34) pase a través de la mezcladora (50) y al precalentador (30) adentro del oxidante sin flama (10) .

Una modalidad preferida del oxidante sin flama (10) operará óptimamente cuando el gas con que se le alimenta tiene un valor BTU inherente de aproximadamente 30-35 BTU/scf. Según el diseño de preferencia, los gases con dicho valor BTU permitirán el establecimiento de una zona de reacción estable, sin flama dentro del lecho de la matriz (14) del oxidante sin flama (10) . Los oxidantes sin flama del tipo descrito pueden típicamente operar sobre un amplio rango de índices de flujo de gas siempre y cuando el gas generalmente contenga de 30-35 BTU/scf . No es inusual para dicho oxidante sin flama tener una proporción de rechazo de 20 a l, es decir, se pueden diseñar los oxidantes para manejar índices de flujo que varíen por un factor de 20 (por ejemplo, de 1000 scfm hasta 50 scfm) . Comúnmente, la concentración del compuesto orgánico volátil (34) de la corriente de gas será mayor que la concentración que proporcionaría un valor BTU inherente de 30-35 BTU/scf. En tales casos, el detector de temperatura (76) detectará las temperaturas aumentantes y/o inestables en la descarga de los productos gaseosos (26) del oxidante sin flama (10) . El controlador del sistema (74) actuará para corregir esta situación por medio de abrir la válvula (68) para permitir que entre aire diluyente dentro del sistema corriente arriba del oxidante sin flama (10) vía la línea (48) . Este aire se combinará con la corriente de gas en la línea (38) y los dos de allí en adelante estarán completamente mezclados en la mezcladora (50) . Se eigrega suficiente aire diluyente para disminuir el valor BTU de la corriente combinada aire-gas en el rango de 30-35 BTU/scf. En un proceso típico tal como la extracción de vapor del suelo, la concentración del compuesto orgánico volátil de la corriente de gas (34) disminuirá gradualmente con el tiempo. A medida que la concentración del compuesto orgánico volátil disminuye y el valor BTU de la corriente de gas (34) se acerca más al rango de 30-35 BTU/scf preferido, la cantidad de aire diluyente necesario e introducido a través de la válvula (68) disminuirá. Una vez que el valor BTU inherente de la corriente de gas adentro y por sí mismo alcance el rango de 30-35 BTU/scf, no se necesitará más aire diluyente y se cerrará la válvula (68) . Después de esto, mientras que la concentración del compuesto orgánico volátil de la corriente de gas (34) continúa disminuyendo, se hace necesario complementar el valor BTU mediante la adición de combustible complementario. El gas natural tiene un valor BTU inherente de aproximadamente 1,000 BTU/scf y, por lo tanto, se puede usar en cantidades comparativamente pequeñas para elevar los valores BTU globales. Para lograr esto, el controlador del sistema (74) abre gradualmente la válvula de combustible complementario (64) para introducir combustible complementario en la línea (44) . Este combustible se combina con la corriente de gas (34) en la línea (38) y la mezcladora (50) antes de entrar dentro del oxidante sin flama (10) . Mientras que el controlador del sistema (74) tiene una función principal que determina el valor BTU inherente de la corriente de gas (34) y que regula los flujos del combustible complementario y/o el aire corriente arriba del oxidante sin flama (10)', también realiza una función adicional que se relaciona con el catalizador (36) . Debido a que el catalizador (36) será desactivado de manera térmica si los gases que pasan a través de él son ya sea sobrecalentados inicialmente o contienen demasiado valor BTU inherente, es crítico regular el valor BTU inherente y la temperatura de los gases introducidos al oxidante catalítico (36) . La temperatura final de los gases que salen del catalizador debe permanecer por debajo de la temperatura a la que llegará a estar sinterizado el catalizador (36) . Consecuentemente, el controlador del sistema (74) , por medio de supervisar las temperaturas y los índices de flujo, determina si se necesita o no, y cuánto aire diluyente se debe combinar con los productos gaseosos (26) del oxidante sin flama (10) para poder proteger el oxidante catalítico (36) de un daño catalítico anormal. El controlador del sistema (74) abrirá la válvula de aire (70) según sea apropiado para descargar aire al plenum interoxidante (56) vía la línea (58) para reducir tanto la temperatura como el valor BTU del flujo de gas. Durante períodos cuando se descarga la totalidad de la corriente de gas (34) al oxidante sin flama (10) , el oxidante catalítico (36) realizará poca función en el sentido de oxidar emisiones dañinas debido a la totalidad de oxidación que ocurre en el oxidante sin flama (10) . Sin embargo, es preferible controlar lae cantidades de combinación relativas de los productos gaseosos (26) y del aire diluyente (70) de manera que la temperatura de la corriente combinada mantenga el lecho del catalizador (36) en su temperatura de operación preferida. Muchos oxidantes catalíticos operan con temperaturas de descarga de 315-425°C. Debido a que se debe mantener la temperatura de descarga de modo que no exceda estos 315-425°C normales, cualquier corriente de gas que se alimente al oxidante catalítico (36) tendrá que ser alimentado a una temperatura aún más baja ya que el proceso del oxidante mismo genera calor. Si es posible, basados en el valor BTU, es preferible emplear el oxidante catalítico (36) para procesar los compuestos orgánicos volátiles. La razón principal para esto es que se necesitan temperaturas de operación más bajas, ahorrando mediante lo mismo el total de energía. Cuando el valor BTU inherente de la corriente de gas (34) disminuye a aproximadamente 5 BTU/scf o menos, se puede procesar de manera viable la corriente de gas (34) a través del oxidante catalítico (36) . En este punto, cuando menos la mayoría de la corriente de gas (34) será desviada alrededor del oxidante sin flama (10) directamente al oxidante catalítico (36) . La válvula (62) se abrirá mientras que la válvula (60) se cerrará casi por completo si no es que totalmente . Aunque desde un punto de vista de procesamiento normal sería preferible procesar cualquier corriente de gas que contiene 5 BTU/scf o menos directamente a través del oxidante catalítico (36) , para una eficiencia del sistema global y para asegurar el mantenimiento de las temperaturas de operación apropiadas dentro del oxidante catalítico (36) , es preferible en el presente proceso inventivo continuar operando el oxidante sin flama (10) a índices de flujo mínimos. Por lo tanto, el controlador (74) de preferencia controla las válvulas (60) y (64) para crear una corriente de combinación gas/combustible complementario que fluye al volumen mínimo posible para la operación apropiada del oxidante sin flama (10) y que también contiene el BTU/scf de 30-35 preferido. Debido al muy elevado valor BTU del gas natural, éste tendrá que combinarse con una corriente diluyente ya sea de gases a un valor BTU bajo o de aire diluyente u oxígeno. El resto de la corriente de gas (34) se desvía a través de la válvula (62) al plenum interoxidante (56) . Aunque este es la modalidad preferida, también es posible alimentar una corriente de combinación combustible/aire compl€?mentaria a través del oxidante sin flama (10) mientras que se desvía toda la corriente de gas (34) al oxidante catalítico (36) . Esta variación, sin embargo, no es tan eficiente ya que se requerirá de más combustible complementario para crear la corriente de 30-35 BTU/scf apropiada para el oxidante sin flama (10) . Debido al des€»o de mantener un flujo mínimo a través del oxidante sin flama (10) en todo momento, es posible que se necesite agregar el aire de dilución en el plenum interoxidante (56) de manera que la combinación de los productos gaseosos (26) , la corriente de gas (54) , y el aire de dilución (58) tengan el valor/temperatura BTU apropiados para evitar daño al oxidante sin flama (36) . En general, si durante la operación normal, la concentración del compuesto orgánico volátil de la corriente de gas (34) disminuye o aumenta, el controlador del sistema (74) reaccionará para configurar nuevamente el sistema para la destrucción más eficiente de los compuestos orgánicos volátiles. Una consideración clave para la operación más eficiente de la presente invención es asegurar que tanto las corrientes que entran al oxidante sin flama (10) y aquellos que entran el oxidante catalítico (36) se mezclan completamente antes de entrar. Por ejemplo, si se está agregando el aire de dilución a los productos gaseosos (26) del oxidante sin flama (10) para evitar el sobrecalentamiento del oxidante catalítico (36) , es imperativo tener un buen mezclado del aire de dilución con los productos gaseosos (26) calientes de manera que no haya puntos caliente localizados que pudieran causar daño al catalizador. Por esta razón, es preferible inyectar o agregar de alguna otra manera cualquier aire de dilución o corrientes de gas de desviación a una pluralidad de puntos alrededor de la circunferencia de la conexión entre el oxidante sin flama (10) y el oxidante catalítico (36) . Aunque se ha descrito una modalidad preferida del presente aparato y proceso inventivo, hay muchas otras variaciones que se contemplan que están dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, sería posible configurara el sistema de manera que el calor de la corriente de descarga (72) se recupere para usarse en el calentamiento previo de los gases de entrada (20) al oxidante sin flama (10) . Se debe notar, sin embargo, que si la corriente de gas (34) tiene un valor BTU que exceda el preferido de 30-35 BTU/scf, no hay razón para tratar de recuperar el calor de la descarga para usarse en el presente sistema (aunque siempre se puede usar para calentar otros sistemas no descritos en la presente) . Por otro lado, cuando la corriente de gas (34) tiene valores BTU entre 5 y 30 BTU/scf, o sustancialmente menores de 5 BTU/scf, es potencialmente útil para recuperar el calor de la corriente de descarga (72) . (Aparte del uso dentro del sistema descrito, se puede usar el calor recuperado en otros sistemas tales como calentadores de recuperación de calor o en procesos de desabsorción térmica.) La presente invención tiene ventajas significativas sobre los sistemas ya existentes, y aún sobre combinaciones de sistemas ya existentes. Como se comentó anteriormente, los lechos catalíticos usualmente usan flamas de piloto para mantener las temperaturas apropiadas . Dichas flamas de piloto son necesarias debido a los tiempos de residencia tan cortos involucrados al usar secciones catalíticas pequeñas para sistemas grandes. Ya que los lechos catalíticos son usualmente muy pequeños debido a lo caro del material catalítico, y debido a que los valores del gas varían, es muy difícil conseguir una temperatura estable, autorreguladora dentro del lecho catalítico mismo sin usar una fuente de calor externa tal como una flama de piloto. También es difícil conseguir reacciones autosustentadoras en un lecho catalítico, ya que la temperatura de uso máxima del lecho es demasiado baja para proporcionar suficiente retroalimentación de calor (tanto radiativamente como conductivamente a lo largo del sustrato catalizador) para causar que la orilla guía del catalizador esté sobre la temperatura de "apagado" (típicamente no menos de 204°C) a velocidades de flujo de vapor de gas normales. La presente invención, sin embargo, elimina la necesidad de dicha flama de piloto por medio de usar el oxidante sin flama (10) como una fuente de calor reguladora para el oxidante catalítico (36) . Además, sería significativamente menos eficiente utilizar la configuración general de la presente invención mientras se sustituye una cámara de combustión con flama por el oxidante sin flama (10) . Esto se debe a que la mayoría de las cámaras de combustión con flama requieren valores BTU inherentes de 200-250 BTU/scf. (De hecho, ciertos estados requieren que las cámaras de combustión con flama cumplan con estos estándares) . Debido a que normalmente los oxidantes catalíticos solamente pueden tolerar valores en el orden de 5 BTU/scf, el uso de una cámara de combustión con flama en la configuración general del presente sistema requeriría añadir combustible complementario a través de índice completo de concentraciones de compuesto orgánico volátil desde el índice de 200-250 BTU/scf hasta el índice de 5 BTU/scf. En contraste, la tecnología de medio inerte poroso descrita en la presente es la única tecnología conocida hasta hoy que puede operar de manera térmica en lo descrito presentemente, un proceso de dos pasos sobre el índice de concentración de 200 BTU/scf hasta 30 BTU/scf. Debido a esto, y debido a que el sistema de dos pasos está integrado más bien que operando como dos sistemas separados cambiando entre uno y otro, el presente sistema inventivo tendrá costos de operación más bajos. Además, el uso de la presente invención resultará en que las descargas tengan menor producción de N0X térmico, con no más de dos partes por millón sobre una base de volumen . El presente sistema oxidante de combinación no catalítico/catalítico supera la necesidad de cantidades excesivas de aire de dilución requerido por los oxidantes catalíticos cuando operan con corrientes de concentración elevada de compuesto orgánico volátil mientras que, al mismo tiempo, supera la necesidad de cantidades excesivas de combustible complementario requerido cuando se trabaja un oxidante térmico basado en flama para destruir corrientes de baja concentración de compuesto orgánico volátil. Aunque la presente invención es particularmente útil en los sistemas de reparación del suelo en donde la concentración del compuesto orgánico volátil empezará en un nivel comparativamente elevado y disminuirá gradualmente al paso del tiempo, también se puede usar fácilmente con cualquier sistema que tenga grandes cambios en la concentración del compuesto orgánico volátil con el tiempo. Por ejemplo, ciertos procesos de hornada (tal como en la fabricación de acrílico) fluctúan desde una corriente de compuesto orgánico volátil rico hasta una corriente de compuesto orgánico volátil pobre en el curso de 24 horas o un período mayor. Finalmente la presente configuración inventiva ofrece otra gran ventajei porque el proceso de tratamiento no se clasifica como un incinerador. Esto facilita grandemente el otorgamiento de permisos. Se puede mostrar que el sistema de procesamiento integrado es escalable a una capacidad de rendimiento económico con el desempeño del sistema y confiabilidad operacional que excede aquella de un sistema de incineración a un costo operacional por unidad más bajo. En resumen, se han descrito los aparatos y métodos para destruir orgánicos peligrosos del suelo in si tu y otras fuentes de concentración de compuesto orgánico volátil variables que usan un sistema de oxidación de combinación sin flama . Se ha descrito la presente invención en términos de diferentes modalidades preferidas. Sin embargo, la invención no está limitada a las modalidades representadas y descritas, sino que pueden tener muchas variaciones dentro del espíritu de la invención. Por ejemplo, mientras que se ha mostrado y descrito un precalentador impulsado por combustible, será obvio para alguien experto en la técnica que se pueden utilizar otros dispositivos de calentamiento previo estándares dentro de la estructura de la presente invención. De conformidad, se debe determinar el alcance de la invención no por las modalidades ilustradas, sino más bien por las reivindicaciones anexas y sus equivalentes legales. Habiendo descrito así la invención, se presenta lo que se desea proteger por la Patente de Privilegio en las siguientes reivindicaciones anexas.

Claims (32)

1. REIVINDICACIONES 1. Un aparato para la destrucción de compuestos orgánicos volátiles que comprende: una fuente de una o más corrientes de gas que tienen un contenido descontrolado de compuestos orgánicos volátiles,- un oxidante no catalítico, sin flama que tiene: (a) un puerto de entrada en comunicación de flujo con la fuente de corriente de gas; (b) un puerto de salida; y (c) una sección localizada entre el puerto de entrada y el puerto de salida, que incluye un lecho de matriz de material no catalítico, resistente al calor, que comprende un costado corriente arriba en comunicación de flujo con el puerto de entrada y un costado corriente abajo en comunicación de flujo con el puerto de salida,- un oxidante catalítico que contiene catalizador y que tiene una entrada y una salida; una conexión entre el puerto de salida del oxidante no catalítico, sin flama, y la entrada del oxidante catalítico, de tal manera que el costado corriente abajo del lecho de matriz está en comunicación de flujo con el oxidante catalítico,- elementos para agregar selectivamente combustible y aire complementarios al flujo en el costado corriente arriba del lecho de matriz; elementos para agregar selectivamente aire al flujo en la conexión; un conducto de desviación que conecta directamente la conexión a la fuente de corriente de gas, de tal manera que la una o más corrientes de gas están en comunicación de flujo directa con la entrada del oxidante catalítico; y un sistema de control para controlar selectivamente la cantidad de la una o más corrientes de gas enviadas al oxidante no catalítico, sin flama, y la cantidad desviada a través del conducto de desviación directamente al oxidante catalítico.
2. 2. El aparato de la reivindicación 1, en donde el sistema de control envía selectivamente porciones de la una o más corrientes de gas al oxidante no catalítico, sin flama, o directamente al oxidante catalítico, dependiendo de la concentración de compuestos orgánicos volátiles en la una o más corrientes de gas .
3. 3. El aparato de la reivindicación 1, en donde el lecho de matriz está construido de tal manera que éste puede destruir térmicamente los contaminantes volatilizados sin el uso o la creación de una flama.
4. 4. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque también comprende elementos de control que controlan la cantidad de combustible y aire complementarios agregados al flujo en el costado corriente arriba del lecho de matriz, de tal manera que la temperatura dentro de la porción más caliente del lecho de matriz se mantiene entre aproximadamente 760°C y aproximadamente 1925°C.
5. 5. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque también comprende elementos de control que controlan la cantidad de aire agregado al flujo en la conexión, de tal manera que la temperatura en la salida del oxidante catalítico se mantiene debajo de la temperatura de desactivación térmica del catalizador.
6. 6. El aparato de la reivindicación 1, en donde el sistema de control envíei selectivamente una porción de la una o más corrientes de gas al oxidante no catalítico, sin flama, o directamente al oxidante catalítico, en respuesta a temperaturas detectadas adentro del lecho de matriz o la conexión, mediante uno o más detectores de temperatura.
7. 7. El aparato de la reivindicación 1, en donde el material resistente al calor comprende bolas de cerámica, silletas de cerámica, anillos de manto de cerámica, anillos de cerámica, espuma de cerámica, lana de cerámica, espuma de metal , o lana de metal .
8. 8. El aparato de la reivindicación 1, en donde el lecho de matriz comprende cuando menos dos capas de material resistente al calor, en donde las capas están comprendidas de material resistente al calor de diferentes dimensiones, y en donde la sección del oxidante sin flama está configurada para crear un patrón de flujo desde la entrada hasta la salida, que ocasiona que cualquier flujo pase primero a través de la capa de materiales dimensionados más pequeños. 9. El aparato de la reivindicación 1, en donde el lecho de matriz tiene una fracción de espacio vacío de 0.3 a 0.
9. 9.
10. 10. El aparato de la reivindicación 1, en donde el material en el lecho de matriz tiene un área superficial específica de desde 40 metros cuadrados/metro cúbico hasta 1040 metros cuadrados/metro cúbico.
11. 11. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque también comprende un precalentador capaz de calentar previamente el lecho de matriz a una temperatura sobre la temperatura de autoignición de los compuestos orgánicos volátiles en la una o más corrientes de gas.
12. 12. El aparato de la reivindicación 1, en donde el oxidante no catalítico, sin flama también comprende un plenum localizado entre el puerto de entrada y el lecho de matriz.
13. 13. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque también comprende un elemento de plenum para mezclar cualquier aire agregado al flujo en la conexión, y cualquier flujo de gas desde el costado corriente abajo del lecho de matriz, antes de la entrada de tales flujos dentro del oxidante catalítico.
14. 14. El aparato de la reivindicación 1, en donde el conducto de desviación para la una o más corrientes de gas y los elementos para agregar aire selectivamente al flujo en la conexión, están configurados para agregar tales corrientes de gas y aire a una pluralidad de puntos alrededor de la circunferencia de la conexión, antes de la .entrada de tales flujos dentro del oxidante catalítico.
15. 15. Un aparato que comprende : una corriente de gas que contiene compuestos orgánicos volátiles,- un oxidante no catalítico, sin flama que tiene un puerto de entrada de gas en comunicación de flujo con la corriente de gas, un puerto de salida de gas, y un lecho de matriz de material no catalítico, resistente al calor, localizado entre el puerto de entrada y el puerto de salida, y que comprende un costado corriente arriba en comunicación de flujo con el puerto de entrada, y un costado corriente abajo en comunicación de flujo con el puerto de salida,- un oxidante catalítico que tiene una entrada y una salida, en donde la entrada está en comunicación de flujo con el costado corriente abajo del lecho de matriz a través de una conexión; elementos para agregar selectivamente combustible y aire al flujo en el costado corriente arriba del lecho de matriz; elementos para agregar selectivamente aire al flujo entre el costado corriente abajo del lecho de matriz y la entrada al oxidante catalítico,- un conducto de desviación que proporciona comunicación de flujo directa entre la corriente de gas y la entrada del oxidante catalítico; y un sistema de control que controla cada una de las cantidades de la corriente de gas enviada al oxidante no catalítico, sin flama, la cantidad de la corriente de gas desviada a través del conducto de desviación directamente al oxidante catalítico, la cantidad de combustible o aire agregados al flujo en el costado corriente arriba del lecho de matriz, y la cantidad de aire agregado al flujo entre el costado corriente abajo del lecho de matriz y la entrada al oxidante catalítico.
16. 16. El aparato de la reivindicación 15, en donde el sistema de control envía selectivamente algo de o toda la corriente de gas al oxidante no catalítico, sin flama, o directamente al oxidante catalítico, dependiendo de la concentración de compuestos orgánicos volátiles en la corriente de gas .
17. 17. El aparato de la reivindicación 16, en donde el sistema de control está configurado para determinar la concentración de compuestos orgánicos volátiles en la corriente de gas, usando temperaturas detectadas adentro del lecho de matriz o conexión, mediante uno o más detectores de temperatura .
18. 18. El aparato de la reivindicación 15, en donde el lecho de matriz está construido de tal manera que éste puede destruir térmicamente los contaminantes volatilizados sin el uso o creación de una flama.
19. 19. El aparato de la reivindicación 15, en donde el sistema de control controla la cantidad de combustible y aire agregados al flujo en el costado corriente arriba del lecho de matriz, para mantener la temperatura dentro de la porción más caliente del lecho de matriz entre aproximadamente 760°C y aproximadamente 1925°C.
20. 20. El aparato de la reivindicación 15, en donde el sistema de control controla la cantidad de aire agregado al flujo entre el costado corriente abajo del lecho de matriz y la entrada al oxidante catalítico, para mantener la temperatura en la salidei del oxidante catalítico debajo de la temperatura de desactivación térmica del catalizador.
21. 21. El aparato de la reivindicación 15, en donde el material resistente al calor comprende bolas de cerámica, silletas de cerámica, anillos de manto de cerámica, anillos de cerámica, espuma de cerámica, lana de cerámica, espuma de metal , o lana de metal .
22. 22. El aparato de la reivindicación 15, caracterizado porque también comprende un elemento de plenum para mezclar cualquier aire agregado al flujo en la conexión, y cualquier flujo de gas desde el costado corriente abajo del lecho de matriz, antes de la entrada de tales flujos dentro del oxidante catalítico.
23. 23. El aparato de la reivindicación 15, en donde el conducto de desviación y los elementos para agregar selectivamente aire al flujo entre el costado corriente abajo del lecho de matriz y la entrada al oxidante catalítico, están unidos en comunicación de flujo con la conexión a través de una pluralidad de puntos de inyección alrededor de la circunferencia de la conexión.
24. 24. Un aparato para la destrucción de compuestos orgánicos volátiles que comprende: una fuente de una o más corrientes de gas que tienen un contenido descontrolado de compuestos orgánicos volátiles; un oxidante no catalítico, sin flama que tiene: (a) un puerto de entrada en comunicación de flujo con la fuente de corriente de gas; (b) un puerto de salida; y (c) una sección localizada entre el puerto de entrada y el puerto de salida, que incluye un lecho de matriz de material no catalítico, resistente al calor, que comprende un costado corriente arriba en comunicación de flujo con el puerto de entrada y un costado corriente abajo en comunicación de flujo con el puerto de salida; un oxidante catalítico que contiene catalizador y que tiene una entrada y una salida,- una conexión entre el puerto de salida del oxidante no catalítico, sin flama, y la entrada del oxidante catalítico, de tal manera que el costado corriente abajo del lecho de matriz está en comunicación de flujo con el oxidante catalítico; un precalentador capaz de calentar previamente el lecho de matriz a una temperatura sobre la temperatura de autoignición de los compuestos orgánicos volátiles en la una o más corrientes de gas,- elementos para agregar selectivamente combustible y aire complementarios al flujo en el costado corriente arriba del lecho de matriz,- elementos para, agregar selectivamente aire al flujo en la conexión,- un elemento de control que controla la cantidad de combustible y aire complementarios agregados al flujo en el costado corriente arriba del lecho de matriz, de tal manera que la temperatura dentro de la porción más caliente del lecho de matriz se mantiene entre aproximadamente 760°C y aproximadamente 1925°C; un segundo elemento de control que controla la cantidad de aire agregado al flujo en la conexión, de tal manera que la temperatura en la salida del oxidante catalítico se mantiene debajo de la temperatura de desactivación térmica del catalizador; un conducto de desviación que conecta directamente la conexión a la fuente de una o más corrientes de gas, de tal manera que la una o más corrientes de gas están en comunicación de flujo directa con la entrada del oxidante catalítico, en donde el conducto de desviación y los elementos para agregar selectivamente aire al flujo en la conexión, están configurados para inyectar cualesquier corrientes de gas y aire en una pluralidad de puntos alrededor de la circunferencia de la conexión antes de la entrada de tales flujos dentro del oxidante catalítico; y un sistema de control para controlar selectivamente la cantidad de la una o más corrientes de gas enviadas al oxidante no catalítico, sin flama, y la cantidad desviada a través del conducto de desviación directamente al oxidante catalítico, en donde el sistema de control envía selectivamente la una o más corrientes de gas, dependiendo de la concentración de compuestos orgánicos volátiles en la una o más corrientes de gas, según se determina por las temperaturas detectadas dentro del lecho de matriz o la conexión mediante uno o más detectores de temperatura.
25. 25. Un método para disminuir las emisiones de compuestos orgánicos volátiles de una corriente de gas que contiene cantidades variables de emisiones de compuestos orgánicos volátiles, que comprende los pasos de: (a) supervisar, directa o indirectamente, la concentración de compuestos orgánicos volátiles en la corriente de gas que contiene cantidades variables de compuestos orgánicos volátiles,- (b) alimentar cualquier porción de la corriente de gas que tiene un valor BTU que excede aquél que se puede destruir en un oxidante catalítico corriente abajo sin sobrecalentar el catalizador en ese oxidante catalítico, a través de un oxidante no catalítico, sin flama, que tiene un lecho de matriz de material resistente al calor, que se ha calentado previamente a una temperatura que excede la temperatura de autoignición de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles, mediante lo cuál se oxidan térmicamente los compuestos orgánicos volátiles adentro de la corriente de gas, sin el uso o creación de una flama en productos gaseosos calientes en una zona de reacción sin flama,- (c) dirigir los productos gaseosos a través del oxidante catalítico corriente abajo que tiene un catalizador,- (d) superviseir, directa o indirectamente, la temperatura de cualesquier productos gaseosos del oxidante sin flama, y mezclar suficiente aire de dilución a tales productos gaseosos para disminuir la temperatura de la corriente combinada de productos gaseosos-aire, antes de dirigir los productos gaseosos a través del oxidante catalítico, a una temperatura que da como resultado temperaturas de gas de escape del oxidante catalítico debajo de la temperatura de desactivación térmica del catalizador,- (e) mezclar combustible y aire complementarios, según se necesite para mantener una zona de reacción sin flama adentro del oxidante sin flama, a cualquier porción de la corriente de gas que tiene una concentración de compuestos orgánicos volátiles sobre aquella que se puede oxidar en el oxidante catalítico, sin ocasionar que la temperatura del catalizador exceda su temperatura de desactivación térmica,- y (f) cuando la corriente de gas tiene un valor BTU lo suficientemente bajo como para que ésta se pueda oxidar adentro del oxidante catalítico, sin sobrecalentar el catalizador, desviar una porción de la corriente de gas con un valor BTU lo suficientemente bajo, directamente al oxidante catalítico, mientras que simultáneamente se alimenta la porción restante de la corriente de gas que tiene un valor BTU suficientemente bajo eil oxidante sin flama, junto con combustible y aire complementarios según se necesite, para mantener la zona de reacción sin flama.
26. 26. El método de la reivindicación 25, en donde los pasos de supervisar la temperatura de cualesquier productos gaseosos del oxidante sin flama, y supervisar la concentración de compuestos orgánicos volátiles en la corriente de gas, se realizan usando uno o más detectores de temperatura en el oxidante sin flama, o entre el oxidante sin flama y el oxidante catalítico.
27. 27. El método de la reivindicación 25, en donde el aire de dilución y cualquier corriente de gas desviada se agregan a cualquier flujo de productos gaseosos desde el oxidante sin flama a una pluralidad de puntos alrededor de la circunferencia del flujo de productos gaseosos, antes de la entrada de tales flujos dentro del oxidante catalítico.
28. 28. El método de la reivindicación 25, en donde la temperatura del lecho de matriz se mantiene entre aproximadamente 760°C y aproximadamente 1925°C en la zona de reacción sin flama.
29. 29. El método de la reivindicación 25, en donde, cuando una porción de la corriente de gas se desvía directamente al oxidante catalítico, se alimenta una porción restante de la corriente de gas suficiente cuando se combina con combustible complementario, para cumplir los requerimientos de flujo mínimo para el oxidante sin flama, mientras se mantiene la zona de reacción sin flama, al oxidante sin flama.
30. 30. El método de la reivindicación 25, en donde se controla el flujo combinado de cualquier corriente de gas, combustible complementario, y aire que se alimenta al oxidante sin flama, para que tenga de aproximadamente 30 a aproximadamente 35 BTU/scf.
31. 31. El método de la reivindicación 25, en donde se controla el flujo combinado de cualquier corriente de gas, productos gaseosos, y aire que se alimenta al oxidante catalítico, para que tenga no más de aproximadamente 5 BTU/scf.
32. 32. Un método para disminuir las emisiones de compuestos orgánicos volátiles de una corriente de gas que contiene cantidades variables de emisiones de compuestos orgánicos volátiles, que comprende los pasos de: (a) supervisar, directa o indirectamente, la concentración de compuestos orgánicos volátiles en la corriente de gas que contiene cantidades variables de compuestos orgánicos volátiles,- (b) alimentar cualquier porción de la corriente de gas que tiene un valor BTU que excede aquél que se puede destruir en un oxidante catalítico corriente abajo sin sobrecalentar el catalizador en ese oxidante catalítico, a través de un oxidante no catalítico, sin flama, que tiene un lecho de matriz de material resistente al calor, que se ha calentado previamente a una temperatura que excede la temperatura de autoignición de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles, mediante lo cuál se oxidan térmicamente los compuestos orgánicos volátiles adentro de la corriente de gas sin una flama en productos gaseosos calientes en una zona de reacción sin flama, y en donde la temperatura se mantiene entre aproximadamente 760°C y aproximadamente 1925°C en la zona de reacción sin flama; (c) dirigir los productos gaseosos a través del oxidante catalítico corriente abajo que tiene un catalizador,- (d) supervisar, directa o indirectamente, la temperatura de cualesquier productos gaseosos del oxidante sin flama, y mezclar suficiente aire de dilución a tales productos gaseosos para disminuir la temperatura de la corriente combinada de productos gaseosos-aire, antes de dirigir los productos gaseosos a través del oxidante catalítico, a una temperatura que da como resultado temperaturas de gas de escape del oxidante catalítico debajo de la temperatura de desactivación térmica del catalizador; (e) mezclar combustible y aire complementarios, según se necesite para mantener una zona de reacción sin flama adentro del oxidante sin flama, a cualquier porción de la corriente de gas que tiene una concentración de compuestos orgánicos volátiles sobre aquella que se puede oxidar en el oxidante catalítico, sin ocasionar que la temperatura del catalizador exceda su temperatura de desactivación térmica,- y (f) cuando la corriente de gas tiene un valor BTU lo suficientemente bajo como para que ésta se pueda oxidar adentro del oxidante catalítico, sin sobrecalentar el catalizador, desviar una porción de la corriente de gas con un valor BTU lo suficientemente bajo, directamente al oxidante catalítico, mientras que simultáneamente se alimenta la porción restante de la corriente de gas que tiene un valor BTU suficientemente bajo al oxidante sin flama, junto con combustible y aire complementarios según se necesite, para mantener la zona de reacción sin flama. (g) controlar el flujo combinado de cualquier corriente de gas, combustible complementario, y aire que se alimenta al oxidante sin flama, para que tenga de aproximadamente 30 a aproximadamente 35 BTU/scf; (h) controlar el flujo combinado de cualquier corriente de gas, productos gaseosos, y aire que se alimenta al oxidante catalítico, para que tenga no más de aproximadamente 5 BTU/scf; y (i) agregar el aire de dilución y cualquier corriente de gas desviada a cualquier flujo de productos gaseosos desde el oxidante sin flama a una pluralidad de puntos alrededor de la circunferencia del flujo de productos gaseosos, antes de la entrada de tales flujos dentro del oxidante catalítico,- en donde los pasos de supervisar la temperatura de cualesquier productos gaseosos del oxidante sin flama, y supervisar la concentración de compuestos orgánicos volátiles en la corriente de gas, se realizan usando uno o más detectores de temperatura en el oxidante sin flama, o entre el oxidante sin flama y el oxidante catalítico. RgSUMgN Se describen aparatos y métodos para tratar corrientes de gas que contienen variaciones en la concentración de compuestos orgánicos volátiles en donde se destruyen los compuestos orgánicos volátiles en una combinación de sistema de oxidación no catalítico/catalítico (33) . Se usa una matriz de destrucción no catalítica (12) compuesta de materiales cerámicos inertes (14) que mejoran el mezclado del proceso y proporcionan inercia térmica para la estabilidad del proceso, cuando las concentraciones de los compuestos orgánicos volátiles son elevadas, y se usa un oxidante catalítico (36) principalmente cuando las concentraciones de compuestos orgánicos volátiles son bajas. El escape desde la matriz de destrucción no catalítica (12) se pasa a través del oxidante catalítico (36) para mantener temperaturas apropiadas del oxidante catalítico. Se agregan combustible y aire complementarios según sea apropiado corriente arriba o corriente abajo del oxidante no catalítico (10) , para mantener valores de calor apropiados en cada porción del sistema.