MXPA98005774A

MXPA98005774A - Proceso para remover dioxido de azufre de gases de combustion, en particular de gases de escape de una central electrica y gases de escape de plantasincineradoras de residuos

Info

Publication number: MXPA98005774A
Application number: MXPA/A/1998/005774A
Authority: MX
Inventors: Risse Theo; Ferrao Lourenco
Original assignee: Ae&Ampe Lentjes Gmbh
Priority date: 1997-07-19
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 1999-06-01

Abstract

La presente invención se relaciona con un proceso para remover SO2 de gas de combustión, en donde el gas de combustión es tratado con un fluido de absorción en la zona de lavado de una torre de lavado y depurado de gases en contracorriente. De acuerdo con la invención,el fluido de absorción consiste de una mezcla de agua amoniacal, un fluido que consiste sulfito de amonio el cual se extrae de la torre de lavado y depurado de gases por debajo de la zona de lavado, y se regresa sin tratamiento intermedio, y una solución de sulfato de amonio la cual se regresa desde un dispositovo de oxidación. La proporción de mezclado entre el sulfito de amonio y el sulfato de amoni estáen el intervalo entre 15:1 y 3:1.

Description

PROCESO PARA REMOVER DIÓXIDO DE AZUFRES DE GASES DE COMBUSTIÓN.

EN PARTICULAR DE GASES DE ESCAPE DE UNA CENTRAL ELÉCTRICA Y GASES DE ESCAPE DE PLANTAS INCINER?DORAS DE RESIDUOS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un proceso para remover dióxido de azufre de gases de combustión, en particular de gases de escape de una estación pulverizadora y gases de escape de plantas incineradoras de residuos, en donde: el gas de combustión es dirigido desde la parte inferior a la parte superior a través de una torre de lavado y depurado de gases que comprende por lo menos una zona de lavado y es tratado en contracorriente con un fluido de absorción el cual se agrega en el lado superior de la zona de lavado y es extraído fuera de la torre de lavado y depurado de gases por, debajo de la zona de lavado, y el fluido de absorción se regresa en un circuito de fluido de lavado al lado superior de la zona de lavado, en donde se suministra agua amoniacal al circuito de fluido de lavado y un fluido fluye ramificándose y alejándose del circuito de fluido de lavado y se dirige a un dispositivo de oxidación en el cual el sulfito de amonio (NH4),SO y el sulfito ácido de amonio (NH4HS03) presente en el fluido se oxidan para volverse sulfato de amonio (NH4)2S04) . Cuando se remueve dióxido de azufre de los gases de combustión por medio de un proceso de lavado de gas utilizando una solución acuosa de amoníaco como el fluido de absorción, ocurren esencialmente las siguientes reacciones : S02 + NH3 + H20 = NH4HS03 NH4HS03 + NH3 = (NH4)2S03 (NH4)2S03 + S02 + H20 = 2NH4HS03 (NH4)S03 + 1/2 02 = (NH4)2S04 Durante el proceso se produce sulfato de amonio, el cual se puede vender como subproducto y el cual puede ser utilizado como fertilizante. Un proceso que comprende las características descritas en la introducción se conoce a partir de DE-C 37 33 319. Un circuito de fluido de lavado se conecta a la zona de lavado media de una torre de lavado y depurado de gases de tres etapas, se agrega agua amoniacal como un absorbente para el circuito de fluido de lavado y se agrega agua para compensar el equilibrio de materia. Un flujo parcial se extrae del circuito de fluido de lavado y se dirige a un dispositivo de oxidación, en donde se lleva a cabo la oxidación para formar una solución de sulfato" de amonio la cual se procesa adicionalmente por concentración y granulación para formar un producto el cual puede ser vendido como fertilizante. El fluido de absorción guiado en el circuito incluye una concentración elevada de sales disueltas, en particular (NH4)2S03 y NH4HS03. El fluido de absorción utilizado y la zona de lavado comprende una presión parcial elevada de H3 lo cual favorece la formación de aerosoles impuros . En el caso de los procesos conocidos, se conecta una tercera zona de lavado corriente abajo, en la cual la zona de lavado de amoníaco presente en el gas es eliminado por lavado hasta un valor límite permisible utilizando un fluido de lavado el cual se ha vuelto ácido por la adición de ácido sulfúrico. La zona de lavado adicional para eliminar por separación el NH3 es costosa. Además, la formación de aerosoles aún no se ha evitado de una manera completamente satisfactoria. En el caso de un proceso conocido a partir de EP-A-0 778 067, se utiliza una solución de sulfato de amonio como el fluido de absorción el cual es extraído de un recipiente de sedimentación aereado de una torre de lavado y depurado de gases, y se dirige a dispositivos de boquilla en la parte superior de la torre de lavado y depurado de gases. Se tiene como reto obtener una oxidación tan completa como sea posible del fluido de absorción en el recipiente de sedimentación de las torres de lavado. Demasiado fluido de absorción es extraído del circuito de fluido de lavado en donde el contenido de sal del fluido de absorción constituye aproximadamente 25 a 40% en peso. La absorción de S02 por la solución de sulfato de amonio utilizada en el proceso es insatisfactoria. Es necesario proporcionar una zona de lavado más grande con el fin de remover el S02 del gas de combustión hasta que se haya alcanzado un valor límite permisible. Además, el nivel de formación de aerosol establecido ya no es aceptable, si el humo que se va a limpiar contiene una concentración elevada de S02 de más de 2700 mg/N en el cubo. Se conocen procesos similares a partir de EP-A-0 212 523 y EP-A-0 620 187. También se utiliza una solución de sulfato de amonio en el caso de estos procesos como el fluido de absorción. El objetivo de la invención es mejorar el proceso descrito en la introducción de manera tal que sea posible separar S02 efectivamente mientras se mantiene la formación de aerosol tan baja como sea posible. Con el fin de obtener este objetivo, la invención describe que el fluido de lavado agregado al lado superior de la zona de lavado consiste de una mezcla de: a) agua amoniacal, b) un fluido que contiene sulfito de amonio el cual es extraído de la torre de lavado y depurado de gases por debajo de la zona de lavado y se regresa sin tratamiento intermedio, y c) una solución de sulfato de amonio la cual se regresa desde el dispositivo de oxidación, en donde se ajusta la proporción de una mezcla entre el sulfito de amonio (NH4)2S03) y el sulfato de amonio ((NH4)2S04) para que se encuentre en un intervalo de 15:1 a 3:1. La proporción de la mezcla de sulfito de amonio/sulfato de amonio preferiblemente se encuentra en el intervalo entre 10:1 a 5:1. Se ha establecido de manera inesperada que el fluido de lavado que contiene sulfito de amonio en la mezcla con agua amoniacal y una solución de sulfato de amonio produce un fluido de absorción el cual está caracterizado por una alta capacidad de absorber S02 y no demuestra una tendencia a formación de aerosoles. Se absorbe muy rápidamente el S02 por el sulfito de amonio, el cual está presente en una concentración elevada en el fluido de absorción, de acuerdo con la invención, para formar NH4HS03. Se establece un equilibrio entre S02 del gas de combustión, el NH3 agregado como agua amoniacal y (NH4)2S03. Se absorbe S02 más rápidamente por el agente de absorción utilizado de acuerdo con la invención en comparación con la absorción que se lleva a cabo con agua amoniacal sola o por una mezcla de una solución de amoníaco y sulfato de amonio. Es posible por medio de una absorción más rápida y más efectiva de S02 incrementar la velocidad de flujo pasante de los gases de combustión y/u operar con una sola de lavado corta. Con la ayuda de proceso de acuerdo con la invención, es posible limpiar gases de combustión que comprenden un contenido elevado de óxido de azufre. El contenido de aerosol en los gases de combustión limpiados se puede mantener constantemente debajo de 15 mg/Nm3 y en la mayor parte de los casos incluso se puede reducir a menos de 10 mg/Nm3. La proporción de la solución de sulfato de amonio contribuye a disminuir el potencial de formación de aerosol del fluido de absorción utilizado de acuerdo con la invención. Esto se puede deber al hecho de que la presión parcial de amoníaco del sulfato de amonio es notablemente menor con respecto a la de sulfito de amonio/sulfito ácido de amonio. El agua amoniacal utilizada generalmente comprende un contenido de amoníaco entre 10 y 30% en peso. Se puede formar directamente in situ al mezclar amoníaco con agua, pero también se pueden utilizar otros productos disponibles comercialmente. La cantidad de adición de agua amoniacal se controla por el valor de pH del fluido de absorción. Se puede ajustar el valor de pH en el intervalo entre pH 4, 5 y 7. El valor de pH del fluido de absorción en el lado de adición se ajusta preferiblemente entre pH 5 y pH 6.5, en donde el valor de pH se ajusta al agregar agua amoniacal . La cantidad de flujo de fluido que contiene sulfito de amonio que regresa directamente a la zona de lavado mientras se deriva la etapa de oxidación, se ajuste de manera que el fluido de absorción agregado a la zona de lavado contenga una cantidad hiperestequiométrica de (NH4)2S03 que corresponda a la reacción de la ecuación: (NH4)2S03 + S02 + H20 = 2NH4HS03 para la absorción de la cantidad de S02 introducida con el gas de combustión dentro de la zona de lavado. De una manera rápida, se controla la cantidad de flujo del fluido de lavado que contiene sulfito de amonio de manera que el fluido de absorción contiene una concentración de sulfito de amonio la cual es mayor en aproximadamente 25% en comparación con la cantidad estequiométrica necesaria de acuerdo con la ecuación de reacción mencionada antes para una conversión estequiométrica. De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, la torre de lavado y depurado de gases comprende en la zona de lavado un lecho empacado el cual es rociado en el lado superior con fluidos de absorción. La cantidad de adición del fluido de absorción de determina de acuerdo con un valor obtenido empíricamente para el lecho empacado. La cantidad de flujo de fluido de la solución de sulfato de amonio que regresa del dispositivo de oxidación en la zona de lavado se produce a partir del siguiente equilibrio de material de los fluidos que fluyen: mox = m - mWF = mNH3 en donde : mox: cantidad de flujo de la solución de sulfato de amonio que regresa desde el dispositivo de oxidación a la zona de lavado; m: cantidad de flujo de adición del fluido de absorción mWF: cantidad de flujo del fluido de lavado que contiene sulfito de amonio que regresa a la zona de lavado; Q mm2 : cantidad de flujo de agua amoniacal suministrada fresca.

Un flujo parcial de sulfato de amonio es excluido del dispositivo de oxidación. En virtud de la cantidad de flujo 5 excluida, es posible controlar el contenido de sal del fluido de absorción. Preferiblemente, el proceso avanza de manera que la solución de sulfato de amonio comprende una concentración de (NH4)2S04 de 25% a 30% en peso y se extrae del dispositivo de oxidación. 0 El gas de combustión que va a ser limpiado generalmente se produce al quemar antracita, lignito, coque de petróleo, petróleo, residuos de refinería, residuos y sustancias combustibles similares en estaciones de energía. Generalmente, el gas tiene una temperatura de aproximadamente 135 a 280°C y se 5 dirige al aparato por medio de conductos correspondientes. Al entrar al aparato, el gas, el cual con frecuencia contiene otras sustancias tóxicas como haluros de hidrógeno tales como HCl, se rocía en la misma corriente con solución alcalina,' por ejemplo, NaOH o KOH con el fin de neutralizar los haluros de hidrógeno. De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, el gas de combustión se enfría antes de entrar a la zona de lavado al rociarlo con agua de enfriamiento y/o una solución de sulfato de amonio y al hacer esto se satura simultáneamente con agua. En una modalidad preferida adicional del proceso de acuerdo con la invención, se proporciona un fluido de absorción el cual es extraído de una torre de lavado/depurado de bases en una base permeable a gas por debajo de la zona de lavado y en donde la solución de sulfato de amonio utilizada para propósitos de enfriamiento rápido se separa en el recipiente de sedimentación de lavado. La solución de sulfato de amonio se remueve nuevamente del recipiente de sedimentación de lavado y se rocía como un fluido de enfriamiento rápido en la corriente de gas de combustión. La solución de sulfato de amonio se concentra por medio de evaporación de agua. Al controlar el flujo que entra de solución de sulfato de amonio, el cual es extraído del dispositivo de oxidación, y extraído de un flujo parcial de una solución de sulfato de amonio concentrado del recipiente de sedimentación de lavado, se puede ajustar la concentración de (NH4)2S04 en el recipiente de sedimentación de lavado. De esta manera, es posible obtener las soluciones de sulfato de amonio de una concentración - lu de hasta aproximadamente 42% en peso. La cristalización no deseada se presenta a una concentración superior. Se ha establecido que los cristales de (NH4)2S04, los cuales se forman en el caso de concentraciones elevadas, no son absorbidos en la torre de lavado y depurado de gases y forman aerosoles los cuales únicamente pueden ser separados utilizando aparatos costosos de filtración. Por lo menos parte de la solución de sulfato de amonio concentrada, la cual es extraída del recipiente de sedimentación de lavado, se puede dirigir a la planta de recuperación de sulfato de amonio y reprocesarse para formar fertilizantes. La invención se explica en lo siguiente con referencia únicamente a una modalidad ejemplificada que se ilustra en el dibujo. La única figura muestra la ilustración esquemática del aparato para propósito de implementar el proceso de acuerdo con la invención. El gas de combustión dirigido al aparato se rocía en una sección 1 de enfriamiento rápido en la misma corriente con una solución de NaOH o KOH, la cual es suministrada por medio del conducto 2, con el fin de eliminar por separación cualquier haluro de hidrógeno presente. Además, se introduce' agua al gas de combustión por medio de un dispositivo 3 de suministro y/o una solución de sulfato de amonio por medio de un conducto 4 enfriado y saturado con vapor de agua. La temperatura de fluido se mantiene en la región entre 45 °C y 60 °C, en donde la temperatura de saturación de gas determina la temperatura del fluido de enfriamiento rápido. Preferiblemente, se utiliza una solución de sulfato de amonio como el fluido de enfriamiento rápido y se extrae de un dispositivo 5 de oxidación a una concentración desde 25 a 30% en peso y se suministra al recipiente 6 de sedimentación de la torre de lavado y depurado de gases 7. El gas de combustión el cual ha sido enfriado, saturado con vapor de agua y liberado de haluro de hidrógeno, posteriormente fluye dentro de la zona 8 de lavado de la torre de lavado y depurado de gases 7. El gas de combustión, el cual está sustancialmente cargado con S02, se pone en contacto con un fluido de absorción en la zona 8 de lavado, fluido de absorción el cual, de acuerdo con la invención, consiste de una mezcla de agua amoniacal, una solución acuosa de sulfato de amonio y una solución de sulfito de amonio recién formado. Un flujo parcial del fluido de absorción se extrae en una base 9 permeable a gas por debajo de la zona 8 de lavado y se suministra por medio del conducto 10 al dispositivo de oxidación. La oxidación del sulfito de amonio y del sulfito ácido de amonio presente en el fluido para formar sulfato de amonio ocurre en el dispositivo de oxidación al agregar un gas oxigenado. La otra absorción del fluido de absorción se dirige por medio del conducto 11 en el circuito, se mezcla con agua amoniacal desde el conducto 12 y con la solución de sulfato de amonio suministrada por medio del conducto 13 fuera del dispositivo 5 de oxidación y se suministra a la instalación 14 de aspersión por encima de la zona 8 de lavado.

La zona 8 de lavado contiene un lecho empacado, el cual incrementa la superficie de contacto entre el gas de combustión y el fluido de absorción, y mejora la absorción de S02. Es posible mediante la utilización del empaque reducir la altura de la zona 8 de lavado y por lo tanto reducir la altura total de la instalación de la torre de lavado y depurado de gases 7. El empacado disponible comercialmente consiste de material el cual es inerte con respecto a gases ácidos y puede ser utilizado en el lecho empacado. Con el fin de obtener una absorción efectiva de S02, se ajusta el valor de pH del fluido de absorción en el lado de adición entre pH 5 y pH 6.5. El ajuste de pH se realiza al agregar agua amoniacal . Se conecta una línea 15 de aire que comprende un ventilador al dispositivo de oxidación. El aire suministrado por medio de la línea 15 se pone en contacto de manera intensa con el fluido que contiene NH4HS03/ (NH4) 2S03. La solución de sulfato de amonio producida se recolecta en el recipiente de sedimentación del dispositivo 5 de oxidación. Se determina la concentración de sulfato de amonio, por ejemplo al medir la densidad. Con una concentración de sulfato de amonio de entre 25 a 30% en peso, se extrae la solución de sulfato de amonio del recipiente de sedimentación del dispositivo 5 de oxidación. El flujo parcial extraído por medio del conducto 16 puede ser dirigido a una planta de recuperación de sulfato de amonio en la cual se produce sulfato de amonio puro al remover el agua. Un flujo parcial se extrae por medio del conducto 17 y se dirige al recipiente de sedimentación de lavado y se utiliza en un circuito 18 de fluido, el cual se conecta al recipiente de sedimentación de lavado, como un fluido de enfriamiento rápido con el propósito de enfriar el gas de combustión, en donde se concentra la solución de sulfato de amonio para formar concentraciones de sulfato de amonio de hasta 42% en peso . La cantidad de fluido en el recipiente de sedimentación del dispositivo 5 de oxidación se puede mantener constante por medio de un conducto de suministro correspondiente al suministrar agua o fluido de lavado desde un recipiente 20 de amortiguador. En la modalidad ejemplificada que se ilustra en la figura, la torre de lavado y depurado de gases 7 comprende una segunda zona 21 de lavado, y de igual manera comprende un lecho empacado. Se agrega una solución de lavado con un valor de pH entre pH 4 y pH 6 por medio de un distribuidor 22 de fluido al lecho de la segunda zona 21 de lavado, y se pone en contacto con el gas limpiado. Se encuentra dentro del alcance de la invención que el gas de combustión de la invención al cual se le han removido sus componentes ácidos, que se dirija a través de un dispositivo de separación de aerosol [no ilustrado] , aunque preferiblemente, tal instalación de filtro se omite. Se puede utilizar un filtro electrónico en húmedo colocado por encima de la segunda zona de lavado como un filtro de separación de aerosol.

El fluido de lavado cargado de la segunda zona de lavado se extrae en una charola 23 de recolección de fluido colocada debajo de la segunda zona 21 de lavado y se dirige por medio del conducto 24 al recipiente de amortiguador. El valor de pH del fluido de lavado se ajusta al suministrar agua amoniacal por medio del conducto 12. El nivel de fluido en el recipiente de sedimentación del recipiente 20 de amortiguador se controla al agregar agua por medio del conducto 25. El gas de combustión limpiado posteriormente se dirige a la chimenea y se descarga al ambiente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para remover dióxido de azufre de gases de combustión, en particular de gases de escape de una central eléctrica y gases de escape de plantas incineradoras de residuos, en donde : el gas de combustión es dirigido desde la parte inferior a la parte superior a través de una torre de lavado y depurado de gases que comprende por lo menos una zona de lavado y es tratado en contracorriente con un fluido de absorción el cual se agrega en el lado superior de la zona de lavado y es extraído fuera de la torre de lavado y depurado de gases por debajo de la zona de lavado, y el fluido de absorción se regresa en un circuito de fluido de lavado al lado superior de la zona de lavado, en donde se suministra agua amoniacal al circuito de fluido de lavado y un fluido fluye ramificándose y alejándose del circuito de fluido de lavado y se dirige a un dispositivo de oxidación en el cual el sulfito de amonio (NH4)2S03) y el sulfito ácido de amonio (NH4HS03) presente en el fluido se oxidan para volverse sulfato de amonio (NH4)2S04), el método está caracterizado porque el fluido de absorción agregado en el lado superior de la zona de lavado consiste de una mezcla de: a) agua amoniacal, b) un fluido de lavado que contiene sulfito de amonio el cual es extraído de la torre de lavado y depurado de gases por debajo de la zona de lavado y se regresa sin tratamiento intermedio, y c) una solución de sulfato de amonio la cual se regresa desde el dispositivo de oxidación, en donde la proporción de mezcla entre el sulfito de amonio y el sulfato de amonio se ajusta en el intervalo de 15:1 a 3:1.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción de mezcla entre el sulfito de amonio y el sulfato de amonio en la solución de absorción se ajusta en el intervalo entre 10:1 y 5:1.

3. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el valor de pH del fluido de absorción se ajusta en el lado de adición entre pH 5 y pH 6.5, en donde el ajuste de valor de pH se realiza por la adición de agua amoniacal . .

El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la cantidad de flujo del fluido de lavado que contiene sulfito de amonio que retorna directamente a la zona de lavado mientras se deriva la etapa de oxidación, se ajusta de manera tal que el fluido de absorción agregado a la zona de lavado comprende una cantidad hiperestequiométrica de sulfito de amonio que corresponde a la reacción de la ecuación (NH4)2S03 + S02 + H20 = 2NH4HS03 para la absorción de la cantidad de S02 suministrada con el gas de combustión a la zona de lavado.

5. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la torre de lavado y depurado de gases contiene en la zona de lavado un lecho empacado el cual es rociado en el lado superior por el fluido de absorción, en donde la cantidad de adición del fluido de absorción se determina de acuerdo a un valor obtenido empíricamente por el lecho empacado, y en el que la cantidad de flujo de la solución de sulfato de amonio retornada a la zona de lavado desde el dispositivo de oxidación se ajusta de acuerdo al valor de la cantidad de adición predeterminada.

6. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la solución de sulfato de amonio se extrae con una concentración de sulfato de amonio de 25% en peso a 30% en peso del dispositivo de oxidación.

7. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el gas de combustión se enfría antes de entrar a la zona de lavado al ser rociado con agua de enfriamiento rápido y/o una solución de sulfato de amonio y el gas de combustión se satura con agua.

8. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el fluido de absorción se extrae fuera de la torre de lavado y depurado de gases en una base permeable a gases por debajo de la zona de lavado y en donde la solución de sulfato de amonio utilizada para propósitos de enfriamiento rápido se separa en el recipiente de sedimentación de lavado, en donde la solución de sulfato de amonio se remueve nuevamente del recipiente de sedimentación de lavado y se rocía en el flujo de gas de combustión como fluido de enfriamiento rápido, y en donde, en el recipiente de sedimentación de lavado, se ajusta una concentración de sulfato de amonio de máximo 42% en peso.