PT828550E - Sistemas de purificacao de gases de combustao e de recuperacao de calor perdido - Google Patents

Sistemas de purificacao de gases de combustao e de recuperacao de calor perdido Download PDF

Info

Publication number
PT828550E
PT828550E PT96914032T PT96914032T PT828550E PT 828550 E PT828550 E PT 828550E PT 96914032 T PT96914032 T PT 96914032T PT 96914032 T PT96914032 T PT 96914032T PT 828550 E PT828550 E PT 828550E
Authority
PT
Portugal
Prior art keywords
flue gas
emulsion
water
liquid
washing liquid
Prior art date
Application number
PT96914032T
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas V Hinke
Rob Triebe
Joseph Hinke
Original Assignee
Thermal Energy Int Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thermal Energy Int Inc filed Critical Thermal Energy Int Inc
Publication of PT828550E publication Critical patent/PT828550E/pt

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/346Controlling the process
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/343Heat recovery
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/54Nitrogen compounds
    • B01D53/56Nitrogen oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/60Simultaneously removing sulfur oxides and nitrogen oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77Liquid phase processes
    • B01D53/78Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00Preventing emissions
    • F23J2215/10Nitrogen; Compounds thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2217/00Intercepting solids
    • F23J2217/50Intercepting solids by cleaning fluids (washers or scrubbers)
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2219/00Treatment devices
    • F23J2219/40Sorption with wet devices, e.g. scrubbers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)

Description

85 130
ΕΡ 0 828 550/PT
DESCRICÂO “Sistemas de purificação de gases de combustão e de recuperação de calor perdido”
Campo do invento A patente refere-se a sistemas de purificação de gases de combustão. Mais particularmente, o invento refere-se a torres de purificação por via húmida para remoção de poluentes indesejáveis do ar (e.g. partículas, gases de chuvas ácidas, toxinas orgânicas, odores, etc) de uma corrente de exaustão de gases de combustão produzida por caldeiras industriais/comerciais/institucionais (ICI), especialmente para a remoção de óxidos de azoto (NOx).
Antecedentes do invento O incentivo para o desenvolvimento de uma tecnologia rentável destinada a reduzir emissões de NOx de todas as fontes de combustão estacionárias foi estabelecido em 1990 por decreto do U.S. Congress sobre Clean Air Act Amendments (CAAA). Uma publicação recente (EPA-453/R-94-022) pela Environmental Protection Agency (EPA) mostra claramente que o novo regime de redução de NOx deve ser aplicado às caldeiras ICI (com uma gama de entrada de calor de 0,4 a 1.500 MBtu/h), especificamente as que emitem acima de 25 toneladas de NOx por ano. Esta taxa de emissão anual de NOx pode ser atingida por um forno de queima de óleo, de 5MW, ou por um forno de queima de gás, de 10 MW. Há vários processos pelos quais as emissões de NOx das caldeiras existentes podem ser reduzidas. As modificações no processo de combustão são usualmente as mais simples e baratas. São exemplos típicos a) mudar para um combustível com N inferior; b) minimizar a utilização de excesso de ar; c) baixar a temperatura de combustão por injecção de água ou vapor; d) reduzir o tempo de'residência na zona de chama; e) recircular e requeimar todos ou parte dos gases de combustão; f) instalar um pós-queimador; ou g) retro-instalar um novo queimador de baixo NOx. Outras tecnologias de redução de NOx envolvem de algum modo o tratamento dos gases de combustão. Os três subgrupos principais são a) a reacção, por redução catalítica selectiva (SCR) ou por redução não-catalítica selectiva (SNCR), entre NOx e amónia (ou ureia) até obtenção de N2; b) a purificação por via húmida da corrente de gás com um oxidante (para converter NO em N02 solúvel), ou com um absorvente específico de NO; ou c) a formação de radicais livres de vida curta mas altamente reactivos, por meio de descargas eléctricas.
85 130 ΕΡ 0 828 550 / PT 2
Das tecnologias de retro-instalação actualmente populares entre os possuidores de caldeiras ICI, a melhor parece ser, em termos de redução de NOx, a modificação tripla que envolve a mudança para gás natural, instalação de um novo queimador de baixo NOx e recirculação do gás de combustão para uma requeima. Contudo, a instalação da redução catalítica selectiva (SCR) parece ser a única tecnologia de tratamento do gás de combustão bem recebida, apesar dos seus elevados custos de instalação. A tecnologia SCR é i habitualmente reconhecida pela indústria e pela EPA como a Melhor Tecnologia Disponível (BAT = Best Available Technology) por ser capaz de reduzir, em mais de 80%, as emissões de NOx tanto nas caldeiras aquecidas a gás como nas aquecidas a óleo. A redução de NOx, não catalítica, induzida por NH3 (SNCR) substitui SCR quando se queima carvão ou quando se usam combustíveis com elevado teor de enxofre. A principal vantagem da SNCR sobre a SCR é ser duas vezes mais económica, ainda que raramente atinja reduções de NOx melhores do que 60%. A sua maior desvantagem é requerer elevadas temperaturas nos gases de combustão, geralmente acima de 800°C. Contudo, a maior parte das caldeiras ICI estão agora equipada com economizadores que reduzem a temperatura dos gases de combustão para 300°C ou menos.
Actualmente, uma considerável actividade de pesquisa envolve a aplicação de descargas eléctricas aos gases de combustão, e.g. descargas pulsadas em coroa, descargas de barreira dieléctrica, descargas brilhante de CC, feixe de electrões, etc. A intenção é produzir radicais livres de vida curta que reajam espontaneamente com as moléculas de NOx, na esperança de reduzir a maior parte delas a N2 sem também reduzir as moléculas de C02 a CO. Os elevados custos de instalação bem como os elevados custos operacionais de manutenção antecipados parecem ser os principais impedimentos para a comercialização destas tecnologias. Um segundo problema é que a descarga eléctrica produz o radical OH (bem como radicais O, H, 03) que reagem com CO e N2 produzindo NO, o que conduz a um aumento em vez de uma redução de NOx. É uma importante desvantagem de todos os acima descritos sistemas e procedimentos para a redução de emissões de NOx, que requeiram gastos de capital não recuperáveis, quer não periódicos quer constantes. Assim, é desejável um método e um sistema mais económicos de redução de emissões de NOx. A formação de radicais de oxigénio (O ou 03) durante a oxidação do fósforo amarelo (P4) tem sido do conhecimento comum desde há muitos anos (Thad D. Farr, “Phosphorus. Properties of the Element and Some of iís Compounds”, Tennessee Valley Authority, Wilson Dam, Alabama, Chem. Ene. Report #8. 1950; J.R. Van Wazer, “Phosphorus and its 85 130
ΕΡ 0 828 550/PT j
Compounds”, Interscience, New York 1958). A sugestão de introduzir P4 no pulverizador de um purificador por via húmida, a fim de oxidar NO até N2 na corrente de gases de combustão de uma caldeira foi efectuada por S.G. Chang e G.C. Liu fNature. 343:151-3, 1990). Após experimentação de bancada, os autores (S.G. Chang e D.K. Lee, Environmental Prog., 11:66-73, 1992) sugeriram a viabilidade económica de emissões de NOx reduzido por meio da conversão induzida por P4- do NO em N02 num purificador por via húmida, especialmente se os custos puderem ser recuperados pela venda dos fosfatos formados no licor de lavagem. Contudo, a conversão das anunciadas experiências de bancada a uma aplicação em larga escala industrial não é facilmente obtenível sem ultrapassar vários problemas graves de engenharia. O P4 é altamente reactivo e deve ser sempre mantido e manuseado hermeticamente, i.e. sem contacto com o ar, o que coloca problemas de engenharia quando se manuseia uma corrente constante de quantidades relativamente grandes. Além disso, para constituir uma emulsão líquido/líquido entre P4 e água, a temperatura da pulverização nunca deve cair abaixo de 45°. A localização da interacção P4/NO na pulverização do lavador como foi sugerida por Chang et al. toma difícil assegurar a limitação total de Todos os produtos de reacção indesejáveis, i.e. o ozono e os óxidos de fósforo. Além disso, a interacção P4/NO na interface líquido/gás num purificador de via húmida toma difícil obter a proporção molar óptima P/N necessária para a rentabilização de custos. Outros problemas com a sugerida introdução do P4 na pulverização líquida de um purificador de via húmida são que o reservatório no fundo do purificador por via húmida não pode conter P4 em excesso se o reservatório tiver de ser clarificado ou filtrado, e que a eficiência da reacção entre os radicais de oxigénio e as moléculas de NO depende do tempo de residência dos reagentes na torre de lavagem. Finalmente, crê-se que as reacções que têm lugar entre P4 e NO ocorram em fase de vapor. Assim, a adição de fósforo à pulverização do líquido de lavagem será, em muitos aspectos, desvantajosa.
Em U.S. 5,284,636 descreve-se um processo para a estabilização de metais pesados nas cinzas produzidas pela combustão de combustíveis contendo metais pesados. Aquela é obtida pela introdução no sistema de combustão de um tipo de óxido de fósforo ou do elemento como fósforo amarelo.
Em U.S. 5,106,601 e em EP 0392116 descreve-se um processo pelo qual os gases de exaustão são tratados com uma emulsão ou suspensão aquosa contendo fósforo amarelo num processo de purificação por via húmida numa gama de temperaturas de 20°C a 95 °C.
Em DE 3238424 descreve-se o tratamento por via húmida dos gases de exaustão com
85 130
ΕΡ 0 828 550/PT 4 uma suspensão de fósforo vermelho num reactor borbulhando à temperatura ambiente.
Em DE 2915795 refere-se a recuperação de calor do líquido de uma torre de purificação.
Os problemas acima focados são agora ultrapassados pelo método e sistema de acordo com o invento, onde a interacção P4/NO ocorre na corrente ascendente da distribuição dos gases de combustão do purificador por via húmida, e é independente de quaisquer passos da purificação por via húmida. Esta re-localização e separação permitem i) a maximização da segurança em relação à armazenagem e manuseio do P4; ii) a optimização da interacção P4/NO na fase de vapor; e iii) a contenção de todos os produtos secundários perigosos. Além disso, o processo e aparelho de acordo com o invento apresentam ainda um controlo económico da poluição por combinação da operação de purificação por via húmida com a recuperação do calor perdido. Assim, o sistema de purificação de acordo com o invento combina a oxidação induzida pelo ozono de NO até N02 com a purificação por via húmida e com a recuperação de calor. O resultado final é um sistema superior anti-poluição, retro-instalado, capaz de remover mais de 80% dos gases NOx, a par de cerca de 95% de S02 e de 99% de partículas, e que também permite, se necessárias, a recuperação e a utilização da energia.
Sumário do invento É objectivo do presente invento apresentar um processo e um aparelho de redução de emissões de NOx que ultrapasse os problemas tecnológicos e económicos acima mencionados.
Um outro objectivo do invento é apresentar um processo de redução de emissões de NOx e um aparelho que é combinado com a recuperação de calor perdido.
Ainda um outro objectivo do invento é apresentar um controlo total da poluição e um processo de recuperação do calor perdido que permite a remoção contínua de SOx e de partículas, e que permite a recuperação dos gastos de capital associados.
Assim, o processo para reduzir o teor de NOx de um gás de combustão, compreende os seguintes passos: preparar uma emulsão de P4 liquefeito em água, com uma razão P4/água escolhida; dispersar finamente uma quantidade medida da emulsão nos gases de combustão num local de injecção, após o que tem lugar o início da oxidação do P4 e NO na fase de vapor do gás de combustão, numa gama de temperaturas entre cerca de 180°C e cerca de
85 130
ΕΡ 0 828 550 / PT 5 280°C; remover N02 do gás de combustão a uma certa distância, a jusante do local de injecção, submetendo o gás de combustão a um passo de purificação por via húmida, sendo a distância escolhida de modo a que a oxidação do P4 e do NO esteja substancialmente separada, no tempo e no espaço, do passo de purificação por via húmida. O gás de combustão é de preferência posto em contacto com um líquido aquoso de í 1· lavagem para remoção do N02 e dos óxidos de fósforo. A emulsão é vantajosamente preparada aquecendo P4 sólido num banho de água para evitar o contacto do fósforo com o ar e misturando o P4 liquefeito com água numa proporção predeterminada, sob atmosfera de N2 * }y S'*?"51*.
Ainda num outro aspecto, o invento apresenta um processo para reduzir o teor de NOx de um gás de combustão, que inclui uma torre de purificação por via húmida com uma câmara de tratamento do gás de combustão, uma entrada de gás de combustão para introduzir uma corrente de gases de combustão na câmara de tratamento, um conjunto pulverizador para introduzir o líquido de lavagem na corrente dos gases de combustão na câmara de tratamento, um reservatório de fundo com líquido de lavagem para receber o líquido de lavagem, e uma saída de exaustão dos gases de combustão tratados. O processo de injecção da emulsão de fósforo inclui um método para preparar uma emulsão líquido/líquido de P4 em água e um método para injectar uma quantidade medida de emulsão, sob a forma de nevoeiro, num gás de combustão antes da entrada na torre de purificação, estando os meios de injecção posicionados num local escolhido a montante da entrada do gás de combustão de modo que a oxidação, acelerada pelo fósforo, do NO no gás de combustão fique substancialmente completa antes do contacto do gás de combustão com o líquido de lavagem da torre purificadora.
Os meios de remoção são constituídos pela torre de purificação por via húmida e os meios de injecção são constituídos por uma tubeira atomizadora, colocada na distribuição do gás de combustão, formada e construída para dispersar a emulsão sob a forma de microgotículas com um diâmetro médio de 60 pm ou inferior, com um determinado perfil de pulverização para que a oxidação do NO, acelerada pelo fósforo no gás de combustão, induzida pela injecção da emulsão, fique substancialmente completa antes do contacto do gás de combustão com o líquido aquoso de lavagem da torre purificadora.
Assim, um aparelho de acordo com o invento para reduzir o teor de NOx de um gás de combustão, inclui meios para preparar uma emulsão de P4 líquido em água, numa razão P4/água predeterminada; meios para dispersar finamente uma quantidade medida da emulsão na distribuição do gás de combustão num local de injecção; meios para ajustar a temperatura do gás de combustão, se necessário, numa parte da corrente ascendente da distribuição
85 130 ΕΡ 0 828 550/PT imediatamente a montante do local de injecção, após o que tem lugar o início da oxidação do P4 e NO na fase de vapor do gás de combustão, numa gama de temperaturas entre cerca de 180°C e cerca de 280°C; meios de purificação por via húmida ligados à distribuição para remover N02 do gás de combustão, a uma certa distância a jusante do local de injecção, escolhendo-se o comprimento da linha de distribuição, entre o local de injecção e os meios de remoção do N02, de forma que a oxidação do P4 e do NO esteja substancialmente separada, no tempo e no espaço, do passo de purificação por via húmida.
Os meios de preparação do P4 em emulsão aquosa incluem, de preferência, um banho de água aquecida para derreter o fósforo sólido guardado num recipiente, sendo o recipiente completamente submersível no banho para evitar contacto do fósforo com o ar, um tanque de emulsão estanque ao ambiente, meios para fornecer fósforo liquefeito do recipiente para o tanque de emulsão, e meios para misturar o fósforo liquefeito com água, numa proporção predeterminada, e um tanque de emulsão. Na concretização preferida do invento, o sistema inclui preferivelmente meios adicionais para lavar o P4 liquefeito com uma solução de um ácido dicromatado, para remover vestígios de contaminantes. A torre purificadora de preferência inclui um reservatório de fundo para receber o líquido de lavagem já gasto e um circuito de condicionamento do líquido de lavagem para recuperar, do líquido de lavagem, a energia calorífica retirada ao gás de combustão.
Breve descrição dos desenhos
Outros aspectos e vantagens do invento serão evidentes a partir da seguinte descrição exemplar detalhada da concretização preferida, sendo feita referência aos desenhos, em que: A Figura 1 é um diagrama esquemático da concretização preferida de um sistema de redução de emissões de NOx, de acordo com o invento. A Figura 2 é um diagrama de blocos esquemático que ilustra a interacção dos componentes indicados na Figura 1, acrescido de todo o equipamento acessório respeitante à monitorização e controlo das variáveis-chave para maximizar a eficiência, segurança e contenção. A Figura 3 é uma ampliação da Secção A da Figura 1; e A Figura 4 é uma ampliação da Secção B da Figura 1.
Descricão detalhada da concretização preferida do invento
Na concretização preferida, ilustrada esquematicamente na Figura 1, o sistema de
85 130
ΕΡ 0 828 550 / PT 7 acordo com o invento inclui um sistema de manuseio e de injecçào de fósforo 10 e um sistema de purificação por via húmida e de recuperação de calor perdido 50. O sistema de manuseio e de injecção de fósforo é constituído pelas estações A e B de armazenagem e de emulsificação do fósforo, e pelo arranjo C de injecção da emulsão de fósforo, que será descrito a seguir com maior detalhe com referência às Figuras 3 e 4, respectivamente. O sistema de purificação por via húmida e de recuperação de calor perdido 50 inclui uma torre de purificação por via húmida 52 e um circuito de condicionamento do líquido de lavagem e de recuperação de calor 54.
No processo preferido de acordo com o invento que está ilustrado pelo diagrama de fluxo da Figura 2, uma emulsão líquido/líquido de P4 em água é injectada numa corrente de gás de combustão por meio de um dispositivo de injecção C. A injecção tem lugar a montante da torre de purificação por via húmida 52 e a localização exacta é escolhida de modo a que a oxidação de NO, acelerada pelo fósforo, no gás de combustão esteja substancialmente completa antes do contacto do gás de combustão com o líquido de lavagem. A distância a que o ponto de injecção fica da torre de purificação 52 pode ser calculada a partir da velocidade da corrente de gás de combustão no ponto de injecção e do tempo de reacção necessário para a oxidação da respectiva quantidade de NO presente no gás de combustão, tempo esse que pode ser determinado pelos dados disponíveis na literatura. A torre de purificação 52 remove os gases solúveis na água (incluindo gases ácidos e gases de estufa) e partículas do gás de combustão, e funciona também como permutador de calor de gás para líquido, de contacto directo. O líquido principal de lavagem é de preferência água quimicamente tratada e de pH regulado e é introduzido no topo da torre 52 pelas tubeiras de pulverização 58. O líquido de lavagem depois desce dentro da torre 52, através de um leito interno estruturado 60 (Glitsch, Canada) que apresenta uma grande superfície para uma eficiente transferência de massa e de calor. O líquido de lavagem é recebido num reservatório de fundo 62 na base da torre 52. O gás de combustão quente vai alimentar a torre 52 acima do reservatório por uma entrada de gás de combustão 72 e flui para cima em contracorrente com o fluxo descendente do líquido de lavagem. A temperatura do líquido é escolhida de modo a permitir a condensação do vapor de água, transferindo portanto tanto o calor latente como o calor sensível do gás de combustão para o líquido de lavagem. O líquido de lavagem aquecido é bombeado do reservatório 62 para o permutador de calor 64 (Nixon-Vicarb, Newmarket, Ontario). Quando se transfere o líquido através do permutador de calor, o líquido de lavagem é arrefecido antes de ser recirculado de novo para as tubeiras de pulverização 58 no topo da torre 52 enquanto um líquido de arrefecimento que também circula pelo permutador de calor 64 é aquecido na mesma extensão em que o líquido de lavagem é arrefecido. O líquido de arrefecimento agora aquecido pode depois ser utilizado para aquecer a instalação da caldeira ou outras construções, para preparar água quente utilizável ou semelhantes. A energia armazenada no líquido de arrefecimento que não seja usada na instalação da caldeira e no processo de lavagem, por exemplo para aquecimento do fósforo como adiante será descrito em pormenor, poderá ser vendida a consumidores comerciais ou residenciais. Isto permite recuperar, ao longo do tempo, todos
85 130
ΕΡ 0 828 550 / PT 8 ou pelo menos uma parte substancial dos custos operacionais e de aquisição do sistema de lavagem. Assim, o aspecto da recuperação de calor de um sistema de acordo com o invento confere ao sistema uma significativa vantagem económica sobre a lavagem convencional de gases de combustão e especialmente sobre os sistemas de redução de NOx que não facultam a amortização dos custos das aquisições, da instalação e das operações, através da venda de energia recuperada. Um ventilador de exaustão, de velocidade variável, 68, localizado na exaustão 70 da torre 52, é automaticamente controlado para fazer variar a corrente através da torre, controlando assim a pressão estática e mantendo os necessários parâmetros da operação da caldeira. A torre de purificação 52 encontra-se usualmente instalada muito próxima de uma chaminé alta de modo a que os gases de combustão possam mais conveniente e economicamente ser dirigidos do fundo da chaminé (não ilustrada) para a entrada 72 da torre. A torre de purificação 52 está dimensionada para receber todo o volume da corrente de exaustão, a fim de extrair a máxima quantidade de calor sensível e latente à medida que os gases são arrefecidos, de preferência até 38°C, e a capturar partículas, S02 e N02. A eficiência destas transferências de calor e de massa depende do tamanho da interface de superfície gás/líquido na torre de purificação, dos gradientes de temperatura das contracorrentes em oposição (decrescem subindo para os gases, crescem descendo para o líquido), da selecção e manutenção da proporção líquido/gás, da selecção e manutenção da temperatura final de exaustão, da selecção do tampão usado para o controlo do pH do líquido de lavagem e da temperatura do líquido de lavagem. A optimização do processo de controlo da poluição e da recuperação de calor é obtida por um sistema de monitorização que inclui sensores de pressão e de temperatura 74, 76, um sensor de pH, (Base Controls, Newmarket, Ontario), o ventilador de exaustão 68, uma bomba de circulação 81, (Pump Tech Inc., Mississauga, Ontario) no circuito do líquido de lavagem 54, um controlador central 82 e uma bomba medidora de tampão líquido 84. Os sensores 74, 76 e 78 estão ligados electricamente pelos condutores associados 74a, 76a e 78a ao controlador 82 para a transferência de sinais que representem o tamanho da variável respectivamente detectada. O controlador 82 por seu turno está ligado electricamente ao ventilador de exaustão 66, à bomba de circulação 81 e à bomba medidora 84, através dos condutores associados 66a, 81a e 84a para controlo do caudal do gás de combustão, da quantidade total circulada de líquido de lavagem, do circuito de recuperação de calor 54, da temperatura e pH do líquido de lavagem ejectado pelas tubeiras de pulverização 58, respectivamente, de acordo com os parâmetros fixados no controlador. A quantidade total circulada no circuito 54 pode também ser controlada por uma válvula de modulação 75 controlada electricamente (Base Controls, Nepean, Ontario), ligada ao controlador pelo condutor 75 a. Podem existir múltiplos permutadores de calor 64 (não mostrados) em combinação com um arranjo de distribuição do líquido de lavagem (não
85 130
ΕΡ 0 828 550 / PT 9 ilustrado) de modo a que uma placa metálica suficientemente grande esteja sempre apta a transferir energia armazenada no líquido de lavagem. Para optimizar também a remoção das partículas e compostos dissolvidos dos gases de combustão, a temperatura e a quantidade de líquido de lavagem pulverizado nos gases de combustão são controladas de modo a que a temperatura final de exaustão seja inferior ao ponto de orvalho (abaixo de 50°C). Isto permite a captura do calor sensível e do calor latente dos gases de combustão. O reservatório de fundo 62 da torre de purificação recebe o líquido pulverizado mais o vapor de água condensado dos gases de combustão. O líquido do reservatório de fundo 62 contém também todas as partículas retidas e gases dissolvidos que são convertidos em ácidos e depois neutralizados pelo tampão no líquido de lavagem. O reservatório de fundo tem um reabastecimento de água 86 e está de preferência equipado com uma válvula 88 de bola flutuante, automática e convencional, para controlo do nível do líquido. Contudo, devido à condensação do vapor de água oriundo da corrente do gás de combustão, há usualmente um excesso de água no reservatório de fundo para as necessidades de recirculação do líquido de lavagem. Assim, em geral, algum líquido é dirigido, contínua ou intermitentemente, para a drenagem através das válvulas de drenagem 90. Isto pode ser feito antes ou depois da clarificação e/ou filtração do líquido de lavagem no filtro 92 desta concretização (EMCO Process Equipment, Mississauga, Ontario). Um tampão líquido alcalino para o controlo do pH do líquido de lavagem é fornecido ao circuito 54 do líquido de lavagem, vindo de um tanque de armazenagem 98 de tampão líquido, através da bomba medidora 84, que está ligada electricamente ao controlador central 82 pelo condutor 84a. O tanque da armazenagem 98 está equipado com um dispositivo de mistura 100 para a mistura constante ou intermitente do tampão líquido, dependendo do tampão líquido usado. Os compostos preferidos do tampão são Na2, C03 e/ou NaHC03, que se encontram guardados em solução aquosa no tanque de armazenagem do tampão líquido. Pode-se juntar água de reabastecimento ao tanque de armazenagem de tampão líquido 98 através da linha de água de reabastecimento 94 e da válvula de água de reabastecimento 96. Existe um circuito de desvio de líquido de lavagem 102 no circuito de líquido de lavagem 54, para permitir a manutenção e reparação do filtro 92 bem como para controlar o caudal do líquido de lavagem.
Torres de purificação por via húmida com este princípio de construção e de funcionamento têm sido usadas para purificar os gases de exaustão de várias centrais eléctricas (Tilsonburg District Memorial Hospital, Tilsonburg, ON; Ottawa Civic Hospital, Ottawa, ON; Gatineau Sewage Treatment Plant, Gatineau, PQ) trabalhando a 6-18 MW (20 a 60 MBtu/h). Todas funcionam de modo a recuperar e utilizar calor perdido. Em termos de eficiência anti-poluição, estes sistemas de purificação em geral removem acima de 95% das partículas e substancialmente todos os gases SOx, mas apenas até 50% dos gases NOx. Este rendimento foi agora melhorado pela adição do sistema de manuseio e injecção de fósforo de
85 130
EP 0 828 550 / PT 10 acordo com o invento.
Os gases NOx são N20, NO e N02. A captura de cada um por um purificador depende da sua solubilidade aquosa e da facilidade com que pode ser transformado (por interacções químicas) na fase aquosa. NO é o menos solúvel e NO? o mais solúvel dos três gases NOx. N20 converte-se espontaneamente em N2 logo que as temperaturas da distribuição sejam de 300°C ou maiores, pelo que o N20 é quase inexistente ao nível da lavagem. A 300°C, o NO representa cerca de 90% do NOx. Contudo, antes da lavagem, pode encontrar-se na zona dos 50-60% devido à lenta mas espontânea oxidação do NO em N02. 2NO + 02 -> 2NO, i. O grau de conversão depende do teor de 02, do teor do radical livre O*, do teor de CO, da temperatura e do comprimento da linha de distribuição entre a caldeira e a torre de purificação 52.
Uma vez em solução, o N02 hidrolisa-se com relativa facilidade formando iões de nitrito e de nitrato, como se mostra na reacção ii, 2N02 + H20 N02' + N03" + 2H+ ii. especialmente na presença de um tampão destinado a remover iões H+. O pouco NO que se dissolve no licor de lavagem pode reagir com o N02 produzindo nitritos e nitratos, como segue: NO + 3N02 -> N203 + N204 iii. N203 + H20 -> 2N02' + 2H+ N204 + H20 -► N02‘ + N03~ + 2H+ Cálculos teóricos indicam que até 90% de todo o NOx poderia ser recuperado por um purificador de via húmida se todo ele estivesse sob a forma de N02 à entrada da torre. Chang & Lee (1992) já demonstraram que a oxidação de NO em N02 dentro do purificador é acelerada quando se permite que P4 oxide no mesmo local. Crê-se que ocorra a seguinte cadeia de reacções: iv.a iv.b P4 + 02 —> P40 + O* P4On + 02 P4On+1 + O* 11 85 130
ΕΡ 0 828 550/PT 2ΝΟ +(0* + 03) -> 2Ν02 + 02 iv.c onde η é um número de 1 a 9. Crê-se que estas reacções ocorrem principalmente na fase de vapor. Portanto, a adição de P4 ao líquido de lavagem pulverizado na torre, como é sugerido por Chang et al., é desvantajoso. Para maximizar a eficácia destas reacções, de acordo com o presente invento o local de reacção é agora deslocado para a distribuição antes do purificador onde as temperaturas presentes asseguram vapores de pressão do P4 relativamente elevadas. Na gama de temperaturas desde a fusão (44°C) até à ebulição (280°C), a pressão parcial de vapor do P4 aumenta exponencialmente desde 20 até 103 Pa (de 0,000233 até 1,0 atmosfera). As temperaturas nas linhas de distribuição antes do purificador variam usualmente entre 480 e 180°C. A temperaturas superiores a 280°C, o P4 tetraédrico transforma-se em fósforo vermelho (amorfo), menos reactivo. A região de temperaturas óptimas para as reacções (iv) da cadeia encontra-se portanto entre 180°C e 280°C.
Os locais do sistema 10 de manuseio e de injecção de fósforo, destinado à armazenagem, liquefacção, diluição, emulsificação, envio para a rede de distribuição e atomização da emulsão líquido/líquido de P4/água, estão indicados esquematicamente como unidades A, B e C de aparelhos na Figura 1. Ampliações das unidades A e B estão indicadas nas Figuras 3 e 4, respectivamente. O fósforo branco está disponível comercialmente (Brander's, Baltimore, MD) em tambores selados de 250 kg (ver Figura 3) contendo 200 kg de fósforo sólido 14 em camadas com cerca de 20 kg de água 16 (o peso específico do P4 sólido é de 1,828 g/cm3 (1,828 g/cc)). Antes de retirar os bujões, geralmente roscados, do tambor 12 para ligar as unidades canalizadoras A e B, prefere-se que, por razões de segurança, o tambor seja totalmente imerso num banho de água 18. Além de assegurar que não há contacto do P4 com o ar (quando se estabelecem ligações), o banho de água 18 serve também para aquecer o P4 acima do seu ponto de fusão (44,1°C). Para este fim, o banho de água 18 é mantido a uma temperatura constante de 50-55°C. Fomece-se água quente à temperatura de 55°C pela válvula de entrada 19 colocada num dos lados e no fundo do tanque 22 do banho de água, água que é retirada pela válvula de saída 20, colocada do lado oposto ao da válvula de entrada, e no topo do tanque do banho de água. As ligações à entrada e à saída do banho de água estão de preferência soldadas ao tanque 22, num ângulo tal que se obtém a circulação do banho de água 18. A bomba (não ilustrada) assegura um fornecimento adequado de água aquecida. O banho de água 18 pode ser suficientemente grande para conter vários tambores 12, dependendo o seu número da taxa de utilização do P4. A energia para aquecer o banho de água 18 é obtida de um permutador de calor alimentado por vapor ou incorporado no circuito 54 de recuperação de calor (ver Figura 1).
85 130
ΕΡ 0 828 550 / PT Ο Ρ4 liquefeito é de preferência lavado com solução ácida de dicromato para remover impurezas (As e óleo) se necessário, solução que é fornecida pelo tubo 24 de solução de lavagem e pela válvula de 4-vias 26. O P4 líquido é transferido com um determinado débito a partir do tambor 12 para a zona de emulsificação B através do tubo 27 de transferência, da válvula de 4-vias 26 e do tubo de ascensão 29, fazendo deslocar o P4 líquido por água que é forçada a entrar no tambor por via de uma bomba medidora, de deslocamento positivo, 28 (Pump Tech Inc., Mississauga, Ontario) e pela válvula de 3-vias 30, para assegurar o débito de um fluxo constante predeterminado para a zona de emulsificação.
Pode ser fornecida água quente de lavagem ao tambor 12, ao tubo de ascensão 29, ao tubo de transferência 27 e às válvulas de 3-vias e 4-vias 30, 26, através dos tubos 32 de abastecimento de água de lavagem para a lavagem de P4 solidificado vindo da canalização. Com a duplicação do complexo de canalização, a mudança para um segundo tanque 12 pode ser feita rápida e eficientemente.
Na Figura 4 mostra-se uma ampliação da zona de emulsificação B estanque ao ar. o P4 líquido e água são bombeados para o tanque de emulsão 34 com caudais constantes e predeterminados, destinados a produzir e manter uma proporção de diluição constante P4/água (isto é, cerca de 1:100 para uma emissão a 300 ppm de NOx) e são aí emulsionadas por meio de um misturador 38 convencional. O tubo de transferência, não aquecido, 27 (ver Figura 3) entre o banho de água 18 (>50°C) e o tanque de emulsão 34 (>70°C) encontra-se isolado para evitar o arrefecimento abaixo da temperatura de solidificação do P4 (45°C). O tubo de transferência 27 entra no tanque de emulsão de modo a que o terminal 36 de saída do P4 esteja directamente acima das pás rígidas 37 do misturador 38, para evitar a deposição do P4 pesado e imiscível, e assegurar a imediata emulsificação dos dois líquidos. A temperatura da emulsão 39 é de preferência mantida a 70°C por um aquecedor de imersão convencional 35. A emulsão P4/água 39 é enviada, a um caudal pré-estabelecido, por meio da bomba medidora convencional 40 (Pump Tech Inc., Mississauga, Ontario), para uma tubeira atomizadora 41, localizada na corrente do gás de combustão, na entrada da distribuição 51 da torre de purificação por via húmida 52 (ver Figura 1). A emulsão é instantaneamente dispersa pela tubeira 41 em microgotículas (<60 μηι de diâmetro) por meio de ar comprimido (ou vapor) fornecido à tubeira 41, microgotículas que são ejectadas para dentro da corrente de gás de combustão. O ar comprimido é produzido por um compressor convencional de ar (não ilustrado) e de acordo com as especificações do fabricante da tubeira. A escolha da tubeira atomizadora 41 dependerá da geometria (distância angular, largura, perfil da secção recta) da pulverização pretendida. Estão disponíveis no comércio tubeiras de múltiplos orifícios (TurboSonic Inc., Waterloo, Ontario) que produzem qualquer 13 85 130
ΕΡ 0 828 550 / PT perfil de pulverização (circular, quadrada, rectangular) e com qualquer conjunto de dimensões, de modo que o perfil da pulverização pode ser obtido precisamente à medida das dimensões de qualquer distribuição de gás de combustão. As variáveis a serem consideradas na escolha da tubeira atomizadora são: a) caudal e temperatura pretendidos para a emulsão P4/água 39; b) caudal e temperatura da corrente do gás de combustão na distribuição 51 conforme determinados pelos sensores de caudal e temperatura 44, 45; c) pressão do ar comprimido (ou vapor) fornecido à tubeira 41; e d) número, tamanho, formato e disposição dos orifícios da tubeira. A taxa de bombagem da bomba medidora 40 imediatamente a seu montante é controlada pelo controlador central 82 através do condutor 40a, a fim de manter e de tomar semelhante o débito de entrada de líquido ao débito de saída de líquido do tanque de emulsificação 34. O desenvolvimento de uma pressão negativa no tanque de emulsificação 34 deve muito especialmente ser evitada, pois facilitaria a entrada de ar durante as falhas do equipamento (isto é, perda de vedação do selos das bombas e válvulas). Como medida de segurança, essa parte do tanque acima da emulsão 39 é mantida cheia com gás azoto (N2) com uma pressão ligeiramente positiva. Existe uma válvula de modulação convencional 45 entre o tanque de emulsão 34 e um tanque 43 de N2, que está programada para abrir quando a pressão cair até zero, e para fechar quando se desenvolve uma pequena pressão positiva.
Das reacções em cadeia (iv), vê-se que a molécula tetraédrica de P4 tem o potencial de produzir 10 radicais de oxigénio que por seu tumo têm o potencial de oxidar 10 moléculas de NO. Assim, a melhor proporção molar P/N que se pode esperar é de 0,4. Esta proporção teórica óptima pode ser alcançada quando a meia-vida (t,/2) do radical O (quer O* quer 03) for tal que possa sobreviver o tempo suficiente para colidir com uma molécula de NO. Os valores de t1/2 listados abaixo no Quadro 2 mostram quão dependente a sobrevivência do ozono está da temperatura e concentração do ozono (Kirk Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", John Wiley & Sons, 2nd ed., Vol. 14; 410-416, 1967). (Segue Quadro 2) 14 85 130
ΕΡ 0 828 550 / PT QUADRO 2 DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA NÃO CATALISADA DO OZONO EM MISTURAS 03 + O,
Concentração Inicial do Ozono o3/o2 % p/p 2 1 0,5 0,1 Temp. Meia-vida (t1/2) do o c o N O °C K (segundo) 150 1,40 105 210 420 2100 200 0,030 2,25 4,5 9,0 45 250 0,00133 0,1 0,20 0,40 2 (t,/2) - 150 K/(% p/p) onde K é uma função complexa da temperatura e da constante de decomposição (k) de 03 em o2.
Exemplo O sistema de acordo com o invento pode ser usado com uma caldeira trabalhando a 30 MW (lOOMBtu/h) emitindo uma corrente de gás de combustão 2x106 1/W (21.000 cu.ft./MBtu) a uma temperatura de 200°C, gás que contém 4% 02 e 300 ppm de NOx (90% como NO). Desta informação obtém-se um volume total de fluxo de 1,65x104 1/s (583 cu.ft./s), contendo NO a 4,53 1/s (0,16 cu.ft./s) (F.D. Friederich & A.C.S. Hayden, "A Combustion Handbook", Vol. 2, Mines Branch Monograph 879, Information Canada, Ottawa, 1973). De acordo com a reacção iv.c acima indicada, o teor de ozono (volume do fluxo) criado na corrente do gás de combustão deve ser pelo menos igual ao teor de NO (volume do fluxo). Usando um factor de conversão de 0,026 moles/1 (0,73 moles/cu.ft.) a 200°C, pode-se calcular o teor de ozono necessário (e de NO) o que dá 0,115 moles/s. Usando uma razão molar P/N de 0,4, calcula-se que P pode ser ejectado para dentro da corrente do gás de combustão a um caudal de 0,05 moles/s. A emulsão de fósforo 39 é ejectada da tubeira 41 (emulsão 1% P4/água) e dispersa pelo ar comprimido produzindo um caudal de 560 1/min (20 cu.ft./min) a 4x105 Pa.g (60 psig)(instruções de TurboSonic Inc.). O volume vaporizado ejectado é então cerca de 340 1/s (12 cu.ft./s) produzindo um aumento de cerca de 2% na corrente do gás de combustão. O vapor de água é responsável pela maior parte do volume de fluxo agora criado. Depois da emulsão P4/água ser injectada, o teor em 02 do gás de combustão (volume do fluxo) será de (1)(1650) 1/s ((0,04)(583)) cu.ft./s. Como o teor de ozono é de 4,5 1/s (0,16 cu.ft./s) calcula-se
85 130
ΕΡ 0 828 550 / PT 15 que a razão 03/02 (p/p) seja de cerca de 1,0%. Com esta proporção 03/02, a meia-vida (t1/2) do ozono a 200°C deverá ser de 4,5 segundos de acordo com o Quadro 2. Se a velocidade do fluxo for de 9 m/s (30 ft/s) na distribuição 51 e de 4,5 m/s (15 ft/s) na torre de purificação 52 (com base na geometria) e se a emulsão P4/água 39 for ejectada a cerca de 20 ft a montante da entrada 72 e se o "comprimento de lavagem" da torre 52 for de cerca de 25, então o tempo total de residência, durante o qual estão contidas as interacções (iv) de P4/02/03/N0, será de 2,3 segundos (cerca de 0,7 segundos na distribuição 51 e cerca de 1,6 segundos na torre 52).
De acordo com experiências à escala piloto por Chang & Lee (1992), até 90% do NOx foi absorvido como N02 após um tempo de contacto entre NO e P4 (somente na câmara do purificador) de cerca de 1,2 s. Sem dúvida, têm de se verificar limitações de velocidade nas reacções em cadeia (iv.a-c), nas suas experiências, numa área superficial da interfase líquido/gás relativamente baixa e numa pressão parcial de P4, obtida a 80°C, relativamente baixa.
No sistema preferido de acordo com o invento, formam-se microgotículas que ajudam a aumentar a área superficial da interfase líquido/gás. Como também a temperatura no local de pulverização será de cerca de 200°C, poderá esperar-se obter uma pressão parcial de P4 muito mais elevada para a interacção com 02 e formação de ozono (iv.a, iv.b). Portanto as reacções em cadeia (iv) deverão completar-se num tempo muito mais curto do que o observado por Chang & Lee (1992). No sistema preferido do invento, as reacções de P4 a N02 deverão completar-se dentro de 1 segundo, portanto ainda antes do gás de combustão entrar em contacto com o líquido de lavagem. Durante este período de tempo, pode esperar-se que algum do 03 se decomponha, de acordo com a simples equação de decréscimo exponencial (O3)t/(O3)0 = exp(-kt).
Usando esta equação e a meia-vida de 4,5 segundos dada no Quadro 2 (a 200°C), calcula-se que apenas cerca de 14% do 03 decrescerá no primeiro segundo antes de poder interagir com o NO. Portanto, uma grande porção do NO no gás de combustão será convertida em N02 antes da entrada do gás de combustão na torre de purificação 52, i.e. antes de entrar em contacto com o tampão líquido que desce em cascata pelo enchimento da torre.
Quando a torre de purificação 52 é dimensionada para recuperar até 90% do calor perdido do gás de combustão, terá uma circulação de líquido de lavagem suficiente para capturar os gases mais solúveis (N02, S02) e os compostos orgânicos, especialmente quando
85 130
ΕΡ 0 828 550 / PT 16 ο combustível for o gás natural. Não se espera que a concomitante absorção de P4O10 pela torre de purificação 52, a sua hidrólise até ácido fosfórico e a sua neutralização pelo tampão circulante no líquido de lavagem, requeiram quaisquer desvios significativos dos princípios padronizados de desenho e de operação dos purificadores de via húmida convencionais. A melhor defesa contra a emissão excessiva de 03 e de P4Ol0 para a atmosfera é uma cuidadosa aferição da ejecção de P4 consoante o teor de NO. O ozono é continuamente monitorizado por um sensor de ozono 46 localizado na exaustão 70 da torre de purificação 52. NO, 02, CO e N02 são continuamente monitorizados perto e a montante do local de ejecção de P4, com um sensor de gases 47. Os sinais destes sensores são enviados para o controlador central 82 através dos condutores eléctricos 46a e 47a. O controlador 82 por seu turno opera os dispositivos de modulação (bomba medidora 40, compressor de ar) no sistema de injecção de P4 de acordo com as proporções predeterminadas de P4 para NO, fixadas no controlador. O teor de ozono na exaustão 70 é um bom indicador do excesso de P4, e portanto também o excesso de P4O10, pois que a taxa de sobrevivência do 03 aumenta muitíssimo à medida que a sua concentração decresce e à medida que a temperatura decresce (Quadro 2). O teor de P4OI0 na exaustão 70 será mais baixo do que o excesso de P4O10 determinado por estequiometria (iv), pois que a solubilidade do P4Oi0 é melhor do que a solubilidade do 03. Assim, a taxa de absorção de P4O10 no líquido de lavagem será mais alta em relação à do 03. A reacção v.a mostra a hidrólise do último óxido de fósforo (os outros são semelhantes) logo que é absorvido na fase líquida: P4O10 + 6H20 —» 4H3P04 v.a
Como o líquido de lavagem contém um tampão alcalino, muito do H3P04 estará sob a forma de H2P04~. Quantidades pré-escolhidas de cal armazenada num tanque químico (não ilustrado) serão adicionadas em 48 ao líquido de lavagem no clarificador 92 para precipitar selectivamente H2P04‘ como fosfato de cálcio (v.b) verdadeiramente insolúvel. 2H2P04’ + 3Ca(OH)2 -> Ca3(P04)2 + 4H20 + 20H‘ v.b O fosfato de cálcio pode ser comercializado, por exemplo, para a indústria de fabrico de fertilizantes, o que permitirá uma recuperação adicional dos custos operacionais.
Podem ser conduzidas mudanças e modificações nas concretizações do invento aqui 17 85 130
ΕΡ 0 828 550 / PT descritas especificamente, sem afastamento do âmbito do invento, pue se pretende apenas limitado pelo âmbito das reivindicações em anexo.
Lisboa, -1. juu. 2000
Por THERMAL ENERGY INTERNATIONAL INC. - O AGENTE OFICIAL -
DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind.
Ruo dos Flores, 74 - 4 * 1ΕΘΟ LISBOA

Claims (14)

  1. 85 130 ΕΡ 0 828 550/PT 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 - Processo para reduzir o teor de NOx num gás de combustão, compreendendo os seguintes passos: preparar uma emulsão (39) de P4 liquefeito em água com uma predeterminada razão P4/água; dispersar fmamente uma quantidade medida da emulsão no gás de combustão num local de injecção, após o que tem lugar o início da oxidação do P4 e do NO na fase de vapor do gás de combustão, numa zona de temperaturas entre cerca de 180°C e cerca de 280°C; remover N02 do gás de combustão, a uma distância escolhida a jusante do local da injecção, submetendo o gás de combustão a um passo de purificação por via húmida, sendo a distância escolhida de modo a que a oxidação do P4 e do NO seja substancialmente separada, no tempo e no espaço, do passo de purificação por via húmida.
  2. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, onde o passo de preparação da emulsão (39) compreende os passos de aquecer P4 sólido (14) num banho de água (18) para evitar contacto do fósforo com o ar, a uma temperatura superior ao ponto de fusão do fósforo, e de misturar o P4 liquefeito com água numa proporção predeterminada e sob atmosfera de N2-
  3. 3 - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, onde a emulsão é dispersa sob a forma de microgotículas com um diâmetro médio de 60 pm ou menor, e num perfil de pulverização pretendido.
  4. 4 - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, onde a quantidade medida de emulsão (39) e a predeterminada razão P4/água são ajustadas de modo a que o volume de fluxo de 03 no gás de combustão, gerado pela oxidação do P4 na fase de vapor, seja pelo menos igual ao volume do fluxo de NO no gás de combustão.
  5. 5 - Processo de acordo com a reivindicação 4, onde a razão predeterminada P4/água seja de 1/100.
  6. 6 - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, onde a temperatura do local de pulverização é cerca de 200°C.
  7. 7 - Aparelho para reduzir o teor de NOx num gás de combustão de uma distribuição
    85 130 ΕΡ 0 828 550 / PT de gás de combustão (51), que inclui: meios para preparar uma emulsão (39) em água de P4 liquefeito, com uma predeterminada razão P4/água; meios para dispersar fmamente uma quantidade medida da emulsão (39) na distribuição do gás de combustão (51) num local de injecção; meios para ajustar a temperatura do gás de combustão, se necessário, numa parte ascendente da distribuição (51) imediatamente a montante do local de injecção, após o que tem lugar o início da oxidação do P4 e do NO na fase de vapor do gás de combustão, numa zona de temperaturas entre cerca de 180°C e cerca de 280°C; meios de purificação por via húmida ligados à distribuição (51) para remover N02 do gás de combustão, a uma distância a jusante do local de injecção, sendo o comprimento da linha de distribuição (51), entre o local de injecção e os meios para remover N02, escolhido de modo a que a oxidação do P4 e do NO esteja substancialmente separada, no tempo e no espaço, do passo de purificação por via húmida.
  8. 8 - Aparelho de acordo com a reivindicação 7, onde os meios de remoção são constituídos por uma torre de purificação por via húmida (52) e os meios de injecção são constituídos por uma tubeira atomizadora (41) posicionada na distribuição (51) do gás de combustão, que tem o formato e é construída para dispersar a emulsão (39) em microgotículas com um diâmetro médio de 60 pm ou menor, e para dispersar a emulsão (39) num perfil de pulverização pretendido.
  9. 9 - Aparelho de acordo com a reivindicação 7 ou a reivindicação 8, compreendendo meios adicionais de monitorização para detectar a temperatura e o teor de NO do gás de combustão no ponto de injecção, meios para preparar a emulsão líquida (39) incluindo meios de controlo de mistura para controlar a razão P4/água, e um controlador central (82) para operar automaticamente os meios de controlo de mistura e os meios para dispersar a fim de optimizar a razão P4/água e a quantidade medida de emulsão (39) de acordo com a temperatura e teor de NO detectado pelos meios de monitorização.
  10. 10 - Aparelho de acordo com a reivindicação 9, compreendendo ainda meios de monitorização da exaustão para detectar o teor de P4 e 03 do gás de combustão numa saída de exaustão (70) do purificador, estando os meios de monitorização da exaustão ligados ao 85 130 ΕΡ 0 828 550/PT 3/3 controlador central (82) para ajustamento automático da razão P4/água e/ou da quantidade medida quando P4 e/ou 03 sejam detectados na exaustão (70).
  11. 11 - Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações 7, 8, 9 ou 10, onde os meios de preparação de P4 em emulsão aquosa (39) compreendem um banho de água aquecida (18) para fundir o fósforo sólido (14) guardado num recipiente, sendo o recipiente completamente submersível no banho para evitar o contacto do fósforo com o ar, um tanque de emulsão (34) estanque para o ambiente, meios para fornecer fósforo liquefeito do recipiente para o tanque de emulsão (34), e meios para misturar o fósforo liquefeito com água numa predeterminada razão no tanque de emulsão.
  12. 12 - Aparelho de acordo com a reivindicação 11, onde os meios para preparar P4 numa emulsão aquosa (39) incluem ainda meios para lavar o P4 liquefeito com uma solução de um dicromato ácido para remover vestígios de contaminantes.
  13. 13 - Aparelho de acordo com a reivindicação 9, onde a torre de purificação (52) inclui um reservatório de fundo (62) para receber o líquido de lavagem já gasto e um circuito de condicionamento do líquido de lavagem para recuperar, do líquido de lavagem, energia calorífica retirada do gás de combustão e da fase aquosa evaporada da emulsão (39).
  14. 14 - Aparelho de acordo com a reivindicação 13, onde a torre de purificação (52) inclui uma câmara de tratamento do gás de combustão, uma entrada do gás de combustão para introduzir o gás de combustão na câmara de tratamento, um conjunto de pulverização para introduzir líquido de lavagem na corrente do gás de combustão na câmara de tratamento, um reservatório de fundo para o líquido de lavagem (62) para recolher líquido de lavagem já gasto, um circuito de condicionamento do líquido de lavagem para recondicionar o líquido de lavagem e recircular o líquido de lavagem para a torre purificadora (52), e um permutador de calor para remover do líquido de lavagem, no circuito de condicionamento, energia calorífica retirada do gás de combustão pelo líquido de lavagem.
    Por THERMAL ENERGY INTERNATIONAL INC. - O AGENTE OFICIAL -
    Ág. Of. Pr. Ind. Ru· das Flores, 74-4.· ieoo LISBOA
PT96914032T 1995-05-30 1996-05-29 Sistemas de purificacao de gases de combustao e de recuperacao de calor perdido PT828550E (pt)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US45267195A 1995-05-30 1995-05-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
PT828550E true PT828550E (pt) 2000-08-31

Family

ID=23797428

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PT96914032T PT828550E (pt) 1995-05-30 1996-05-29 Sistemas de purificacao de gases de combustao e de recuperacao de calor perdido

Country Status (27)

Country Link
US (1) US6063348A (pt)
EP (1) EP0828550B1 (pt)
JP (1) JPH11511061A (pt)
KR (1) KR100419314B1 (pt)
CN (1) CN1089623C (pt)
AT (1) ATE190239T1 (pt)
AU (1) AU697034B2 (pt)
BR (1) BR9608899A (pt)
CA (1) CA2220456A1 (pt)
CZ (1) CZ290490B6 (pt)
DE (1) DE69606998T2 (pt)
DK (1) DK0828550T3 (pt)
EA (1) EA000374B1 (pt)
ES (1) ES2146002T3 (pt)
FI (1) FI974330A (pt)
GR (1) GR3033623T3 (pt)
HU (1) HU222552B1 (pt)
MX (1) MX9709253A (pt)
NO (1) NO316929B1 (pt)
NZ (1) NZ308045A (pt)
PL (1) PL184600B1 (pt)
PT (1) PT828550E (pt)
RO (1) RO118697B1 (pt)
SK (1) SK282302B6 (pt)
TR (1) TR199701478T1 (pt)
UA (1) UA61885C2 (pt)
WO (1) WO1996038218A1 (pt)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11324652A (ja) * 1998-04-09 1999-11-26 Fev Motorentechnik Gmbh & Co Kg 自動車の有害物質の放出を低減する方法
EP1016446B1 (en) * 1998-12-28 2004-06-30 Miyoshi Yushi Kabushiki Kaisha Method of making flue gas harmless
DE69942997D1 (de) * 1999-01-18 2011-01-13 Takuma Kk Verfahren zur Reduzierung der Abgastemperatur mittels Warmwasser
US6523811B1 (en) * 1999-01-18 2003-02-25 Takuma Co., Ltd. Method and device for temperature reduction of exhaust gas by making use of thermal water
DE19939951C2 (de) * 1999-08-23 2002-10-24 Sgl Acotec Gmbh Verfahren für einen Brenner und eine entsprechende Vorrichtung
US6773683B2 (en) * 2001-01-08 2004-08-10 Uvtech Systems, Inc. Photocatalytic reactor system for treating flue effluents
US20090215375A1 (en) * 2003-03-06 2009-08-27 Greenvex Fan Assemblies, Mechanical Draft Systems and Methods
US20070209653A1 (en) * 2003-03-06 2007-09-13 Exhausto, Inc. Pressure Controller for a Mechanical Draft System
AU2003277193A1 (en) * 2003-07-09 2005-02-25 Belco Technologies Corporation WET SCRUBBING APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NOx EMISSIONS
US20070072138A1 (en) * 2005-09-23 2007-03-29 Exhausto, Inc. Atmosphere-control-system design programs and methods
CN100354022C (zh) * 2005-10-14 2007-12-12 浙江大学 锅炉烟气臭氧氧化脱硝方法
FI20065330L (fi) 2006-05-16 2007-11-17 Kvaerner Power Oy Menetelmä ja laitteisto laivamoottorin rikkidioksidipäästöjen vähentämiseksi
FI124679B (fi) 2006-10-13 2014-12-15 Fortum Oyj Menetelmä ja sovitelma kattilan polton valvomiseksi
US7955419B2 (en) * 2007-07-25 2011-06-07 Casella Waste Systems, Inc. System and method for treating landfill gas using landfill leachate
US8809037B2 (en) 2008-10-24 2014-08-19 Bioprocessh20 Llc Systems, apparatuses and methods for treating wastewater
GB0902234D0 (en) * 2009-02-11 2009-03-25 Edwards Ltd Method of treating an exhaust gas stream
IT1392986B1 (it) * 2009-02-23 2012-04-02 Eberle Dispositivo per il recupero energetico.
IT1395291B1 (it) * 2009-02-23 2012-09-05 Mazzega Impianto per il recupero energetico.
JP4838870B2 (ja) * 2009-04-28 2011-12-14 三菱重工業株式会社 伝熱管監視装置
US9308496B2 (en) * 2010-04-23 2016-04-12 General Electric Company System and method for controlling and reducing NOx emissions
US8784762B2 (en) 2011-02-15 2014-07-22 Ati Properties, Inc. Treatment of NOx-containing gas streams
US8795620B2 (en) 2011-02-15 2014-08-05 Ati Properties, Inc. Systems and methods for recovering nitric acid from pickling solutions
US8728221B2 (en) * 2011-09-18 2014-05-20 Donald F. Laffler Modified wet scrubber for removal of airborne toner
CN102343201A (zh) * 2011-10-11 2012-02-08 南京大学 一种利用烟道气余热脱除其酸性气体的工艺
US9981241B2 (en) 2012-01-09 2018-05-29 Alloys Cleaning, Inc. Removal of atmospheric pollutants from gas, related apparatuses, processes and uses thereof
WO2013180760A2 (en) 2012-01-09 2013-12-05 Robert Richardson Removal of atmospheric pollutants from gas, related apparatus, processes and uses thereof
CN102755822A (zh) * 2012-07-30 2012-10-31 上海市张江高科技园区新能源技术有限公司 烟气循环流化床同时脱硫脱氮系统
CN104056514A (zh) * 2013-03-23 2014-09-24 吕荣才 污染气体、颗粒物收集及利用系统
CN105056868A (zh) * 2015-08-10 2015-11-18 宜兴福鼎环保工程有限公司 一种高效sncr脱硝装置
CN105148699B (zh) * 2015-09-02 2018-01-12 北京国电龙源环保工程有限公司 一种单塔氧化脱硫脱硝装置及其脱硫脱硝方法
CA2940950C (en) * 2015-09-03 2024-01-09 Questor Technology Inc. Method and system for reducing produced water disposal volumes utilizing waste heat
US10065151B2 (en) * 2015-12-21 2018-09-04 Linde Aktiengesellschaft Methods for removing contaminants from gas streams
CN106244175B (zh) * 2016-08-19 2019-02-19 肖爱国 烟气高温碳还原脱硝和热能回收装置
CN106955565A (zh) * 2017-03-20 2017-07-18 中信戴卡股份有限公司 一种用于处理盐雾机废气的装置
JP2018171583A (ja) 2017-03-31 2018-11-08 三菱日立パワーシステムズ株式会社 無排水化排ガス処理システム及び無排水化排ガス処理方法
CN108744930B (zh) * 2018-06-13 2021-10-26 哈尔滨工程大学 一种基于喷射器的高效回收燃气锅炉烟气余热的系统
CN110038394A (zh) * 2018-09-13 2019-07-23 苏治汇 气体净化装置
CN109675426A (zh) * 2018-12-06 2019-04-26 昆明理工大学 一种利用磷矿粉和泥磷对烟气脱硫脱硝并副产硝酸磷肥的系统及方法
CN110975923A (zh) * 2019-11-21 2020-04-10 太原理工大学 一种用于催化氧化no和so2的复合液相催化氧化剂的制备方法
CN111603923A (zh) * 2020-05-22 2020-09-01 朱文艳 一种高浓度氮氧化物三级尾气净化塔
CN115193178B (zh) * 2022-06-29 2023-07-04 成都易态科技有限公司 烟气过滤除尘装置及黄磷烟气净化系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3033653A (en) * 1960-06-27 1962-05-08 American Agricultural Chem Co Preparation of carbon-free phosphorus
US4178357A (en) * 1977-11-28 1979-12-11 Stoddard Xerxes T Stripping sulphur compounds from stack and other discharge gases and the commercial products derived therefrom
DE2915795A1 (de) * 1979-04-19 1980-10-23 Helmut Dipl Chem Ulrich Heizungsanlage
DE3238424A1 (de) * 1982-10-16 1984-04-19 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Verfahren zur entfernung von stickstoffmonoxid aus abgasen
US5023064A (en) * 1987-03-02 1991-06-11 Turbotak Inc. Method for removing sulfur oxide
US5164167A (en) * 1988-10-24 1992-11-17 Regents Of The University Of California Process for the removal of acid forming gases from exhaust gases
US5348715A (en) * 1988-10-24 1994-09-20 The Regents Of The University Of California Processes to remove acid forming gases from exhaust gases
US5284636A (en) * 1992-03-25 1994-02-08 Air Products And Chemicals, Inc. Method of stabilizing heavy metals in ash residues from combustion devices by addition of elemental phosphorus

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990022115A (ko) 1999-03-25
EP0828550A1 (en) 1998-03-18
KR100419314B1 (ko) 2004-05-24
EA199700345A1 (ru) 1998-08-27
HUP9900070A3 (en) 2001-04-28
FI974330A0 (fi) 1997-11-26
DE69606998T2 (de) 2000-11-02
HU222552B1 (hu) 2003-08-28
WO1996038218A1 (en) 1996-12-05
NZ308045A (en) 2000-01-28
MX9709253A (es) 1998-10-31
CZ290490B6 (cs) 2002-08-14
AU5757396A (en) 1996-12-18
BR9608899A (pt) 1999-12-07
PL323732A1 (en) 1998-04-14
TR199701478T1 (xx) 1998-03-21
US6063348A (en) 2000-05-16
CZ377497A3 (cs) 1998-07-15
NO975506D0 (no) 1997-11-28
NO316929B1 (no) 2004-06-28
SK282302B6 (sk) 2002-01-07
PL184600B1 (pl) 2002-11-29
JPH11511061A (ja) 1999-09-28
CN1089623C (zh) 2002-08-28
EP0828550B1 (en) 2000-03-08
CA2220456A1 (en) 1996-12-05
HUP9900070A2 (hu) 1999-05-28
DE69606998D1 (de) 2000-04-13
FI974330A (fi) 1997-11-26
SK161797A3 (en) 1998-07-08
UA61885C2 (en) 2003-12-15
CN1190907A (zh) 1998-08-19
ATE190239T1 (de) 2000-03-15
AU697034B2 (en) 1998-09-24
DK0828550T3 (da) 2000-08-21
RO118697B1 (ro) 2003-09-30
EA000374B1 (ru) 1999-06-24
NO975506L (no) 1997-11-28
ES2146002T3 (es) 2000-07-16
GR3033623T3 (en) 2000-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PT828550E (pt) Sistemas de purificacao de gases de combustao e de recuperacao de calor perdido
CA2300489C (en) Process for removing nox and sox from exhaust gas
CN110075702B (zh) 同时清除废气中的氮氧化物(NOx)及硫氧化物(SOx)的装置
JP5523807B2 (ja) 排ガス処理装置
PT583878E (pt) Utilizacao da energia dos gases de combustao para vaporizar um agente redutor aquoso para a reducao de nox em gases de combustao
WO2011016585A1 (ja) 排ガス処理装置及び排ガスの水銀除去方法
CN103990365A (zh) 一种臭氧/过氧化氢诱导自由基的烟气净化方法及系统
JP2012011316A (ja) 排ガス処理装置
CN107497265A (zh) 臭氧协同微波激发飞灰诱导自由基的一体化烟气净化系统及方法
CN110787609A (zh) 一种用于罐式炉的烟气脱硝装置及其脱硝方法
JPH1114034A (ja) 排ガス処理装置およびその運転方法
CN207641256U (zh) 一种适用于燃煤锅炉启停阶段的辅助脱硝系统
JP5945093B2 (ja) 水銀除去装置
CN212188533U (zh) 一种用于罐式炉的烟气脱硝装置
CN203586229U (zh) 一种高浓度有机废液焚烧设备
CN111282418A (zh) 一种利用二氧化氯和湍球塔进行烟气脱硝的系统
KR101097442B1 (ko) 소각로 배출가스 처리시설의 건식공정장치
JP5716186B2 (ja) 排ガス処理装置及び排ガス処理システム
BR112018012267B1 (pt) Processo para remoção de contaminantes de um fluxo de efluente gasoso de um processo industrial
Koehne Emissions Reduction: NO/SOx Suppression A. Tomita (Editor)© 2001 Elsevier science Ltd. All rights reserved
DK201600438A1 (en) A process for the production of sulfuric acid from gases comprising H2SA
ITCA940007U1 (it) Processo di desolforazione(99%) e denitrificazione (50%) dei gas che contengono anidride solforosa, ossidi di azoto, anidride carbonica e