PT89186B - Reactor para reduzir os conteudos de oxidos de azoto e oxidos de enxofre nos gases de combustao - Google Patents

Reactor para reduzir os conteudos de oxidos de azoto e oxidos de enxofre nos gases de combustao Download PDF

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Description

MEMÓRIA DESCRITIVA
O presente invento refere-se a um reactor para reduzir o conteúdo de óxidos de azoto e óxidos de enxofre nos gases de combustão, o qual· compreende uma câmara de combustão posterior para ser ligada em conjunto com ou após uma câmara de combustão.
dispositivo de combustão de acordo com o invento é do tipo indicado nas reivindicações anexas e tem as características nelas indicadas.
Um grande problema na combustão de combustíveis líquidos e sólidos é o conteúdo de óxidos de enxofre e óxidos de azoto p r e_ sentes nos gases produzidos. Por isso, foram feitas muitas tenta_ tivas para reduzir este conteúdo em óxidos quer por limpeza dos gases produzidos quer por tratamento catalítico dos gases evacuados.
D invento é baseado na compreenção de que é possível redjj zir o conteúdo de óxidos de azoto e óxidos de enxofre numa propo_r ção considerável se for assegurado que condições de temperatura e oxidação adequadas prevalecem no caminho de passagem entre a câma ra de combustão e a chaminé.
A patente sueca 7804761-0 (SE-B-413 158) descreve um aparelho para a combustão de uma mistura de material combustível gasoso ou em partículas e ar de combustão. Este aparelho é utiliz_a do para queimar vários materiais gasosos ou em partículas contendo carbono ou compostos de carbono, de uma maneira tal que os gases de combustão produzidos são praticamente livres de fuligem mo nóxido de carbono e resíduos hidrocarbonosos. Não é, no entanto indicado na descrição da patente que o aparelho pode ser utilizado para reduzir o conteúdo de óxidos de azoto e óxidos de enxofre nos gases de combustão.
A patente US-A-4 481 889 descreve um processo para queima posterior dos gases produzidos através da condução dos gases impjj ros através de um queimador num queimador posterior em que os gases de evacuação, sendo misturados efectivamente com um gás de com bustão, são submetidos a combustão completa. Neste processo, os
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t.
-3gases combustíveis sao assim, abastecidos para provocarem a queima posterior dos gases produzidos.
A patente DE-A-3 014 590 descreve uma câmara de pré-combustão para um queimador de óleo ou gás com ventilador. Esta c3mara de pré-combustão serve para conformar a chama gerada e para retardar a chama antes de entrar na câmara de combustão. Este aparelho serve assim como um intermediário entre o queimador e a câmara de combustão, e não como um reactor para reduzir o conteúdo de óxidos de azoto e óxidos de enxofre nos gases de combustão.
□ invento será agora descrito em maior detalhe a seguir, com referência aos desenhos anexos, que representam duas concretj. zações do dispositivo de acordo com o invento.
A fig. 1 é um corte vertical mostrando esquematicamente uma concretização do reactor de acordo com o invento.
A fig. 2 é um corte pela linha II —II da fig. 1.
A fig. 3 é um corte vertical mostrando esquematicamente uma instalação de incineração utilizando uma outra concretização de um reactor de acordo com o invento e a fig. 4 mostra ainda outra concretização de um reactor de acordo com o invento.
arranjo mostrado na fig. 1 compreende um reactor para reduzir o conteúdo de óxidos de azoto e óxidos de enxofre em gases de combustão. 0 reactor tem um invólucro 10 com uma parede substancialmente vertical e genericamente cilíndrica 11 e uma extremidade de saída 12 em forma de cúpula com ela associada. A ex tremidade de saída em forma de cúpula tem uma abertura de salda central 13. A extremidade oposta da parede 11 forma uma extremidade de entrada 14. Dentro do invólucro 10, é proporcionada uma divisória cónica 15 que tem o seu vértice dirigido para a extremi dade de saída 13 e que está montada em elementos de suporte 16 de um modo tal que define uma folga anular 17 entre a divisória 15 e o invólucro 10. Em vez de uma folga anular, a ligação entre a parte superior e a parte inferior do invólucro 10 pode ter a forma de, pelo menos, dois recessos de aresta distribuídos em torno da periferia da divisória, adequadamente como descrito em SE-B-413
158 que é aqui incluída por referência. No fundo do reactor, é
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-4proporcionada uma chaminé de entrada 18 que conduz os gases de evacuação de uma câmara de combustão (não mostrada) no reactor, de modo que os gases de evacuação serão introduzidos a uma velocidade adequadamente alta e dirigidos para o lado interior cónico de uma divisória 15. Em volta do invólucro 10, é proporcionado um invólucro adicional 20 que tem, substancialmente, a mesma forma que o invólucro 10, mas de dimensões maiores de modo a definir uma folga 21 entre os invólucros 10 e 20. 0 invólucro 10 é disposto excentricamente no invólucro 20. 0 invólucro 20 pode consistir de material isolador de calor, mas pode ser também rodeado por um tal material. Na concretização representada, é usado um isolador de calor exterior 22 para o invólucro 20. A folga 21 e_n tre os dois invólucros está ligada no fundo a uma caixa colectora anular 23, ligada a um tubo de saída 24, por exemplo, uma chaminé.
Na folga 21 entre os dois invólucros, pode ser proporcionado um permutador de calor (não mostrado em maior detalhe) para pré-aquecimento do ar secundário. Na concretização de acordo com a fig. 1 o ar secundário é, no entanto, abastecido através de um espaço anular 40 formado entre o invólucro 20 e o isolador de calor exterior 22. 0 ar secundário pré-aquecido é alimentado através de uma entrada de ar secundário 25 para o espaço entre os dois invólucros à mesma distância da abertura de salda 13.
Entre a aresta inferior da extremidade de entrada 14 do invólucro interior 10 e o funil interior 18, é definida uma folga anular 19 para a separação de partículas de cinza que foram separadas na camara de combustão posterior 10 ou formadas durante a combustão nela.
Quando se utiliza o arranjo de acordo com as figs. 1 e 2, é vantajoso ter os gases de evacuação que chegam da câmara de com bustão ao funil de entrada 18 a uma velocidade máxima de 2 m/ s. Pela forma cónica do funil de entrada, a velocidade do gás é aumentada e os gases são dirigidos para o lado interior da divisória cónica 15. Como um resultado da turbulência intensa no espaço por debaixo da divisória cónica, o monóxido de carbono oxidará para dar dióxido de carbono e esta oxidação prosseguirá no espaço
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-5por cima da divisória. Da abertura de saída 15, os gases produzi dos entram na folga entre os invólucros 10 e 20 onde a queima pos terior e o tratamento dos óxidos de enxofre e óxidos de azoto são executados sob a acção do ar secundário pré-aquecido que é abaste eido através da entrada de ar secundário 25 e, de preferência, aquecido a uma temperatura de cerca de 70QeC. Através do arranjo excêntrico é obtida a mistura intensa assim como compressão alte_r nando com a expansão de gases produzidos que estão a mover-se helicoidal mente para baixo para a caixa colectora 25 antes de passa rem para fora para o tubo de saída ou chaminé 24 a uma temperatura de cerca de 9009C.
□ princípio do dispositivo do invento é baseado em experj. ências com a turbulência ideal para a oxidação final de todos os materiais hidrocarbonosos com uma pressão parcial baixa controlada na fase gasosa para conseguir um tempo de contacto suficiente com superfícies de contacto quentes catalíticas. As superfícies de contacto quentes consistem inicialmente do material na divisória 15. Atrás desta divisória côncava, existe por isso uma turbei lência mais lenta numa atmosfera redutora para se obter a necess_á ria produção de monóxido de carbono para o processo, por exemplo para reduzir o conteúdo de enxofre nos gases de combustão. Na combustão estaquiométrica e de acordo com a seguinte fórmula, os depósitos de enxofre de mais de 90% como gotículas de enxofre que foram sublimadas durante o arrefecimento. Uma vez que a câmara de combustão posterior é montada vertical mente o enxofre sublimado, em conjunto com outras partículas, passará automaticamente pa. ra o leito de cinzas através da folga entre o funil de entrada 18 e a extremidade de entrada 14.
Quando a cSmara de combustão posterior é utilizada em ins talações de grande escala, aplica-se □ fórmula
2C0+S02 z , S + 2CD2
Para instalações com combustão sobre-estaquiométrica as fórmulas
C0+02 ' > C0+C02 e S02 + C0+H20 - f H2S + C0 e
S02+I^5 S + H20 aplicam-se.
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-6Se os gases que entram na cSmara de combustão posterior têm uma temperatura de 90QQC e uma velocidade de deslocação de no máximo 2 m/s, é possível obter gases de evacuação substancialmente livres de fuligem e partículas quando existe uma superfície catalisadora na divisão cónica 15 e noutras superfícies de contac to afectando os gases de combustão.
As diferentes fórmulas referentes à cSmara de combustão aparecem do que se segue. I Combustão incompleta (CH2)n + n °2
-n C 0 + η H 0 óleo, gás oxigénio monóxi do de carbono vapor de água
I I Conversão
CO + HO Λ
2 -
monóx ido vapor de
de carbono água
Metanação
CO + 5H„ -— _
monóxido hidrogénio
de carbono gasoso
I I I Combustão completa
(CHO)n 3 n r n LJO
+
2 2 2
óleo, gás oxigénio
CO i n
+ — 0
2 2
monóxido de carbono oxigénio
Ho
+
2 2 2 V
hidrogénio gasoso oxigénio
CH4 302
—
metano oxigénio gasoso
co2 + H2
dióxi do de carbono hidrogénio gasoso
CH4 + H2°
metano vapor de água
n C02 + n HO
dióxi do de carbono vapor de água
C°2
dióxido de carbono
H2°
vapor de água
cq2 + 2H2D
dióxido de carbono vapor de água
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ζ.···'' /
-- Λ
-7-
ς + °2 -n ς n
- -> “2
enxofre oxigénio dióxi do de enxofre
2 CO + so2 -* 8 + 7
- --
Reacção alternativa com excesso de 02 e H20:
c+o2 co+co2 so2 + co+h2o ^=± h2s + cq2 so2 + h2s s + h7o
D dispositivo de acordo com o invento como representado na fig. 3 tem substancialmente a mesma concepção que o da fig. 1. 0 dispositivo da fig. 3 é mostrado conjuntamente com uma instalação de incineração do tipo descrito na patente sueca 7804761-0 (SE-B-413 158). Para uma descrição mais detalhada deste arranjo, é fei. ta referência deste modo à dita descrição de patente que é inclu_í da aqui por referência. 0 dispositivo da fig. 3 é indicado generi camente per 30. Após este dispositivo de incineração existe uma câmara de combustão 31 adicional, na qual os desperdícios nocivos ou os combustíveis sólidos, por exemplo, podem ser queimados. Des. ta câmara de combustão ou fornalha 31, os gases de combustão passam através de uma folga 32 até ao funil de entrada 18 e para a câmara de combustão posterior de acordo com o invento. A folga 32 é formada entre o dispositivo de incineração 30 e uma parede de fornalha 33 isoladora de calor. Na extremidade inferior do e_s paço definido pela parede de fornalha 33 existe uma saida de cinzas 34. Uma vez que a câmara de combustão posterior ou reactor na fig. 3 é essencialmente indicada como na fig. 1, tendo sido d_a das as mesmas referências numéricas a partes equivalentes. Na concretização mostrada na fig. 3, a divisória 15 prolonga-se no máximo até ao lado interior da superfície de invólucro 11 e são proporcionados os recessos de aresta que se prolongam obliquamente através da divisória 15 adjacente à superfície de invólucro, de modo que a passagem entre o espaço por debaixo da divisória e o es paço acima dela produz um movimento helicoidal nos gases produzidos ao entrarem na câmara superior da divisória 15.
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-8A fig. 4 mostra uma concretização adicional de um reactor de acordo corri o presente invento. Foram dadas as mesmas referêri cias numéricas às partes correspondentes. A diferença essencial entre as concretizações da fig. 1 e fig. 4 é o modo de abastecer o ar secundário através de uma entrada de ar secundário 45. Nesta concretização a entrada de ar secundário 45 consiste de uma folga entre duas paredes cónicas 40, 41. Esta folga é alimentada com ar secundário que pode ter sido pré-aquecido de qualquer forma adequada. 0 ar é quer soprado através da folga 45 quer aspira do através dela como um resultado do efeito de ejector produzido por gases de evacuação que entram no reactor através do funil de entrada 18.
Na concretização da fig. 4, a divisória cónica 15 foi iri dicada da maneira mostrada na patente sueca acima mencionada SE-B-413 158, o que significa que são proporcionadas, pelo menos, duas passagens de lado a lado 17 formadas nos recessos de aresta distribuídos em torno da circunferência da divisória e prolongando-se obliquamente através da mesma de modo a conferir um efeito de turbulência aos gases produzidos ao passarem entre a câmara de entrada e a câmara de saída.
□ reactor de acordo com o invento pode, vantajosamente ser também utilizado em instalações de incineração operando com um leito de combustível fluidificado.
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Claims (5)

1 - Reactor para reduzir os conteúdos de óxidos de azoto e óxidos de enxofre nos gases de combustão, que compreende uma câmara de combustão posterior para ser ligada em ccnjunto com ou depois de uma câmara de combustão, caracterizado por o reactor ter um invólucro (10) com uma parede de invólucro (ll) genericamente cilíndrica, sensivelmente vertical, tendo uma extremidade de entrada (18) ligada a câmara de combustão e uma extremidade de saída oposta (12) que tem genericamente a forma de cúpula e tem uma abertura de saida central (13), tendo o dito invólucro (lO) adicionalmente uma divisória (15) munida com uma passagem de lado a lado (17) e dividindo o interior do invólucro numa câmara de e_n trada e numa câmara de saida, por a porção central da dita divisjó ria (15) ser concebida como uma parede cónica cujo lado exterior fica em frente da dita câmara de saida e cujo lado interior fica em frente da dita câmara de entrada, por a passagem de lado a lado (17) da divisória (15) ter ou a forma de uma folga (l7) entre a divisória e a parede cilíndrica (ll) ou a forma de, pelo menos, dois recessos de aresta distribuídos em torno da periferia da divisória, compreendendo o dito reactor adicionalmente uma parede isoladora de calor (20) fechando o dito invólucro (10) e dele espaçada e uma entrada de ar secundária (25, 45) abrindo ou para o espaço (2l) entre a dita parede isoladora de calor (20) e o dito invólucro (lO) a uma certa distância da abertura de saída central (13) da câmara de saída, ou para a câmara de entrada do invólucro (10) , e por o espaço (2l) entre o invólucro (10) e a parede isol.a dora de calor (20) estar ligado na zona da extremidade de entrada do invólucro (lO) a um tubo de saída (24) e por a ligação entre a câmara de combustão e a câmara de entrada do reactor ter a forma de um funil de entrada cónico (18) projectando-se para a câmara de entrada, sendo definida uma folga anular entre o dito funil de entrada e a extremidade de entrada (14) do invólucro (lO) para s_e paração de partículas de cinza.
2 - Reactor, de acordo com a reivindicação 1, caracteríz_a do por os recessos de aresta da divisória (15) se prolongarem obliquamente através da divisória adjacente à dita parede cilín63 556
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-10drica.
3 - Reactor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte rizado por, pelo menos, uma das paredes cilíndricas(ll), extremidade de saída (12) em forma de cúpula e divisória (15) conter um material tendo a capacidade para catalisar a oxidação do carbono e dos compostos de carbono.
4 - Reactor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por ser proporcionado um aquecedor de ar secundário (40) para o pré-aquecimento do ar abastecido à entrada de ar secundário.
5 - Reactor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a entrada de ar secundária (45) se abrir na boca do funil de entrada cónico (18) da câmara de entrada.
PT89186A 1987-12-11 1988-12-07 Reactor para reduzir os conteudos de oxidos de azoto e oxidos de enxofre nos gases de combustao PT89186B (pt)

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