ES2208845T3 - Procedimiento de depuracion catalitica de efluentes gaseosos. - Google Patents
Procedimiento de depuracion catalitica de efluentes gaseosos.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO DE DEPURACION POR EL QUE SE HACEN CIRCULAR EFLUENTES CONTAMINADOS EN UNA JAULA (2) EN LA QUE GIRA UNA CORONA (1) TABICADA DE EJE VERTICAL QUE CONTIENE UNA CARGA (M) DE UN MATERIAL SOLIDO QUE PRESENTA UNA GRAN SUPERFICIE DE INTERCAMBIO TERMICO Y, CONTRA SU PARED INTERIOR, UN LECHO CATALITICO (9). SE ALCANZA UN PUNTO DE FUNCIONAMIENTO AUTOTERMICO INCLUYENDO EN EL LECHO CATALITICO MEDIOS DE CALENTAMIENTO (POR EJEMPLO RESISTENCIAS ELECTRICAS) QUE SE CONECTAN TEMPORALMENTE A LA RED DE ALIMENTACION, DESPUES DE LO CUAL SE PONEN EN MARCHA LAS OPERACIONES DE DEPURACION HACIENDO GIRAR LA CORONA Y CIRCULAR LOS EFLUENTES. A CONTINUACION SE PROCEDE A LA REGULACION TERMICA MEDIANTE INYECCION CONTROLADA EN LOS EFLUENTES DE UN COMBUSTIBLE O DE AGUA PULVERIZADA, POR EJEMPLO, UTILIZANDO INYECTORES (15, 16). APLICACION: INCINERACION DE COV, POR EJEMPLO, EN EFLUENTES INDUSTRIALES.
Description
Procedimiento de depuración catalítica de
efluentes gaseosos.
La invención se refiere a un dispositivo rotativo
perfeccionado de purificación catalítica de efluentes gaseosos.
La invención encuentra aplicaciones
principalmente en los sistemas de cambio de calor o adaptados para
purificar aire cargado de substancias, tales como compuestos
orgánicos volátiles (C.O.V.), que pueden ser oxidadas y eliminadas
por incineración térmica o catalítica.
Por la patente
FR-A-2.720.488 se conoce un
dispositivo de cambio térmico y de purificación por efecto térmico
y/o catalítico de gases contaminados tales como C.O.V. Comprende una
envoltura o caja, un conducto de introducción de los efluentes
contaminados en la caja, otro para la evacuación de los efluentes
tratados fuera de la caja, una corona que contiene una carga inerte
de materiales sólidos particulares que presentan una gran superficie
de cambio térmico (sílice, granito o materiales más ligeros tales
como estructuras alveolares metálicas u otras, o incluso nódulos
criogénicos para las temperaturas negativas, etc) que está dispuesta
en el interior de la caja. La corona puede dividirse en varias
partes por un tabique interior o bien según el caso, servir de
soporte a un cierto número de cestas. Medios motores son utilizados
para animar la corona y la jaula de un movimiento de rotación uno
relativamente al otro alrededor de un eje vertical (o bien la corona
gira, estando fija la caja, o bien la corona por el contrario se
fija y la jaula gira alrededor de ella). En un primer sector angular
de la corona, se efectúa una primera transferencia de calor entre
los efluentes y la carga inerte. Por un segundo sector de la corona,
se efectúa una segunda transferencia de calor entre dos efluentes y
la carga en la corona. Un reactor térmico previsto eventualmente de
un lecho catalítico, está dispuesto en esta parte central para
quemar las substancias contaminantes en los efluentes canalizados
por la primera zona angular.
Por la patente
FR-A-2.728.483, se conoce un
dispositivo de purificación catalítica de efluentes contaminados por
COV que comprenden, en el interior de una jaula fija, una corona
giratoria de eje vertical que comprende un lecho catalítico anular
que cubre su pared interior y una carga anular exterior en el lecho
catalítico, de un material que presenta una gran superficie de
cambio térmico. Los efluentes atraviesan dos veces el lecho
catalítico de una parte y de otra de la zona central. Un quemador
está dispuesto por encima de la zona central de reacción y es
registrado por medio de una junta giratoria, con un conducto de
inyección de carburante. Se utiliza para calentar los efluentes que
entrantes, para alcanzar un punto de funcionamiento autotérmico, o
eventualmente para hacer una aportación térmica en el caso donde el
contenido en compuestos contaminantes COV es insuficiente para
obtenerlo.
Por la patente
EP-A-0 194 430, se conoce regular la
temperatura de un reactor catalítico por inyección controlada de una
substancia reactiva y de un gas refrigerante.
Por la solicitud de patente
FR-A-2 246 724, se conoce igualmente
utilizar medios de calentamiento eléctrico para calentar un
regenerador catalítico dispuesto en el circuito de escape de
máquinas de combustión interna.
Por la solicitud de patente
EP-A-0 037 119, se conoce igualmente
utilizar medios de calentamiento eléctrico para calentar un
dispositivo de purificación en reactor catalítico.
El procedimiento según la invención permite la
purificación en continuo por combustión catalítica, de efluentes
gaseosos cargados de substancias contaminantes, tales como
compuestos órgano-volátiles (COV), en un dispositivo
que comprende una caja, una corona de eje vertical dispuesta en el
interior de la jaula y que contiene al menos una carga térmica de
materiales que presentan una gran superficie de cambio térmico,
medios motores para animar la corona de un movimiento de rotación
relativamente a la caja, un reactor de lecho catalítico dispuesto en
la parte central del dispositivo para purificar los efluentes, al
menos un conducto para la introducción de efluentes en la jaula y al
menos un conducto para la evacuación de efluentes fuera de la caja,
medios de calentamiento eléctrico y medios de inyección controlada
de un combustible y/o de al menos un fluido inflamable de
refrigeración, susceptible(s) de regular la temperatura de
combustión. El procedimiento comprende sucesivamente:
- una fase previa de calentamiento del reactor de
lecho catalítico el tiempo necesario para llevar el lecho catalítico
a una temperatura suficiente propia al inicio de una reacción de
oxidación catalítica de substancias contaminantes, por conexión
temporal de elementos de calentamiento eléctrico sumergidos en el
lecho catalítico en un aparato de alimentación eléctrico exterior al
dispositivo cuando la corona es inmóvil relativamente en la caja, y,
después de desconexión de los medios de calentamiento del aparato de
alimentación eléctrico exterior;
- una fase de funcionamiento con una puesta en
rotación de la corona relativamente a la jaula activando los medios
motores y establecimiento de una circulación permanente de efluentes
a purificar a través de la corona, y una regulación térmica de la
reacción autotérmica utilizando los denominados medios de
inyección.
El procedimiento presenta numerosas ventajas. La
utilización de elementos de calentamiento en contacto íntimo con el
catalizador, y que se conecta temporalmente a un aparato de
alimentación eléctrico exterior antes del inicio de las operaciones
de purificación propiamente dichas, simplifica ampliamente la
realización y la utilización del dispositivo de empleo.
a) El precalentamiento del catalizador es
comparativamente mucho más rápido, que con los medios de
calentamiento indirectos de circulación de aire caliente utilizados
anteriormente, donde el reactor es llevado a alta temperatura de
funcionamiento por una circulación de aire recalentado por medio de
un quemador auxiliar. No solamente porque el calentamiento es más
eficaz en relación al contacto estrecho entre los elementos de
calentamiento y el catalizador, sino igualmente porque la secuencia
de precalentamiento es mucho más corta. Las reglamentaciones en
vigor imponen en efecto respetar secuencias de seguridad codificadas
para la alimentación y el encendido de los quemadores industriales
que alargan las operaciones de empleo.
La etapa previa de calentamiento puede efectuarse
fuera de los periodos de funcionamiento normal del dispositivo, la
noche o los fines de semana, y a menor coste aprovechando tarifas de
horas "de menor consumo". La conexión con la red eléctrica es
simplificada porque se establece solo cuando la corona es
inmovilizada. Siendo los medios de regulación de la temperatura de
funcionamiento circuitos de inyección de fluidos (carburante y agua
pulverizada, por ejemplo) asociados al conducto de entrada de los
efluentes, son fáciles de instalar. La disposición del dispositivo
es favorable a una disminución de los costes de fabricación y de
conservación y a una simplificación de los medios de seguridad a
emplear.
Otras características y ventajas del dispositivo
perfeccionado según la invención, aparecerán en la lectura de la
descripción a continuación de ejemplos no limitativos de
realización, en sí referentes a la figura 1 que muestra
esquemáticamente en corte un modo de realización del
dispositivo.
El dispositivo 1 comprende (Figura 1) una corona
1 con eje vertical dispuesto en el interior de una envoltura o jaula
exterior metálica 2, de forma cilíndrica por ejemplo. El diámetro de
la jaula o envoltura 2 es superior al de la corona 1. Esta es por
ejemplo descentrada con relación a la jaula 2. De una parte y de
otra del plano diametral que contiene el eje vertical 3 de la
corona, y siguiendo un sector angular limitado, la jaula 2 comprende
una porción de pared lateral 4 prácticamente tangente a la pared
lateral de la corona 5. El espacio interior de la jaula alrededor de
la corona 1 de una parte y de otra de la porción de pared 4
comprende así dos zonas redondeadas de sección variable Za y Zb. Se
comunican respectivamente con un conducto 6 de entrada de los
efluentes gaseosos a purificar, y un conducto 7 de evacuación de
estos mismos efluentes después de la purificación.
La corona 1 está provista de un tabique interior
constituido de placas radiales o sectores angulares 8 regularmente
repartidos. Un primer sector angular A delimitado por una o varias
placas radicales 8, canaliza los efluentes a purificar introducidos
en la zona convergente Za hacia la zona central de la corona (flujo
Fe). Un segundo sector B hace comunicar la zona central 8 de la
corona con la zona divergente Zb y con el conducto de evacuación 7
(flujo Fs).
La pared interior de la corona es revestida
alrededor con un lecho catalítico anular 9 constituido por un lecho
de partículas, o eventualmente por un catalizador de nido de abejas.
Los efluentes deben atravesar el lecho catalítico una primera vez
para alcanzar la zona central reactiva y una segunda vez para
abandonarla y atravesar la zona angular opuesta antes de su
evacuación hacia el exterior.
Medios de calentamiento son utilizados para
calentar el lecho catalítico 9. Se utilizan por ejemplo resistencias
eléctricas R (Fig. 2) dispuestas en el seno del lecho catalítico,
sobre todo el contorno interior de la corona 1, unidos a medios de
conexión eléctricos (no representados) que se pueden registrar a la
red eléctrica o bien manualmente o bien gracias a un robot de
derivación de un tipo conocido.
En la parte de la corona 1 restante,
exteriormente a este lecho catalítico 9 y entre las placas de
tabique 8, se distribuye una masa inerte M constituida por un
material de gran superficie de cambio térmico. Puede tratarse de
bolas de cerámica o metálicas, de virutas o serrín de mecanización,
de revestimiento amorfo o estructurado, de una estructura alveolar
con alvéolos regulares o irregulares tal como una estructura de
nidos de abeja, de capas metálicas o cerámicas tricotadas tejidas o
agujeteadas etc. Se puede utilizar, por ejemplo, una estructura
alveolar tal como se describe en la patente FR 2.564.037 de la Firma
Solicitante, o incluso puede estar constituida por piedras.
Para facilitar la construcción y la carga, la
corona puede estar adaptada también para servir de soporte a un
cierto número de cestas paralelepipédicas 10 separadas las unas de
las otras, como se representa sobre la figura 1.
Siguiendo un modo preferido de realización,
pueden añadirse medios de filtración particular al exterior de la
corona, para retener los polvos y partículas susceptibles a la larga
de taponar la masa térmica M y el lecho catalítico 9. Estos medios
de filtración pueden estar constituidos por una capa filtrante 11 en
la forma por ejemplo de una capa formada de 3 a 10 cm de espesor,
fácilmente amovible, de materiales metálicos, cerámicos o
compuestos, o más generalmente de un material tejido o no tejido
cuya densidad está adaptada al poder de detención buscado. Esta capa
de filtración, de por su gran superficie, participa en el cambio
térmico.
En el plano diametral de simetría que contiene el
eje 3 de la corona, la estrechez del espacio que queda entre ella y
la jaula debido al hecho de su excentricidad y del saliente de la
pared 4, crea una pérdida de carga suficiente para impedir las
comunicaciones periféricas directas entre los dos espacios aguas
arriba y aguas abajo Za y Zb de otro modo que a través de la zona
central Zc. Juntas o baberos 12 pueden colocarse eventualmente en la
periferia de la corona donde la temperatura es relativamente baja,
para perfeccionar la estanqueidad.
La corona y la jaula son cerradas en sus partes
inferiores y superiores por placas planas 13. Entre las placas
correspondientes de la corona y de la caja, varias escobillas (no
representadas) de apoyo simultáneo, impiden los flujos parásitos de
contorno entre las zonas Za y Zb.
Medios motores (no representados) dispuestos por
encima de la jaula por ejemplo, están acoplados con el eje 3 de la
corona, para arrastrarla en rotación con relación a la caja.
El sector angular intermedio Zd delimitado por la
porción de pared 4 de la caja, comprende preferentemente una
abertura para un conducto 14 de inyección de aire fresco destinado a
purgar los efluentes viciados a través de la masa térmica y el
catalizador en los cuales sectores angulares de la corona pasan
delante de ella, antes de cada inversión del sentido del flujo. El
aire de purga después de atravesar sectores purgados, se encuentra
de nuevo en la zona central donde es arrastrado con el flujo
principal hacia la zona Zb a través de la corona 1.
En el sector Ze opuesto al sector Zd, la jaula
comprende otro conducto 15 para una inyección de aire fresco
destinado a regular si es necesario, la temperatura de la reacción
catalítica si se eleva demasiado.
El dispositivo comprende igualmente un medio 16
de inyección de un carburante tal como GPL por ejemplo, así como un
medio 17 de inyección de un fluido de refrigeración tal como agua
pulverizada por ejemplo para completar la acción del aire inyectado
por el conducto 15.
Una primera etapa consiste en llevar el lecho
catalítico 9 a una temperatura suficiente (200 a 300ºC por ejemplo)
para que la reacción de oxidación en presencia de COV pueda
iniciarse. Se derivan los medios de conexión unidos a las
resistencias eléctricas R de calentamiento del lecho catalítico, a
una fuente de energía exterior, tal como la red eléctrica. La
operación se efectúa preferentemente fuera de las horas normales de
funcionamiento del dispositivo aprovechando zonas horarias de tarifa
reducida (la noche por ejemplo).
La temperatura de reacción (de 300ºC por ejemplo)
que ha sido alcanzada, el dispositivo se pone en marcha con puesta
en rotación de la corona 1 y establecimiento de una circulación de
los efluentes en el interior de la jaula 2. Los efluentes que
atraviesan dos veces el lecho catalítico 9, una primera vez para
alcanzar la zona central de la corona 1 que viene de la zona de
introducción Za, una segunda vez para alcanzar la zona Zb de
evacuación. La reacción de oxidación se desencadena espontáneamente
en presencia de las partículas de COV en los efluentes. Es
exotérmica y regulada de tal manera para sacar suficiente energía
para compensar prácticamente la disipación calorífica. Según la
eficacia térmica de la carga térmica M y la temperatura operativa,
una proporción de 0,3 a 1 g de COV por m3 de efluentes sufre
generalmente por un funcionamiento autotérmico.
Por el conducto 15 se puede inyectar aire fresco
de tal manera para regular en un primer tiempo la temperatura de la
reacción catalítica si se eleva demasiado. Si esta inyección se
considera insuficiente para asegurar la regulación térmica
requerida, se desencadena la inyección por el conducto 17, de un
líquido pulverizado, tal como agua que se mezcla con los efluentes a
tratar.
Los medios 16, 17 de inyección de carburante y de
fluido de refrigeración en el conducto de entrada 6, permiten
compensar las variaciones de temperatura unidas a las variaciones
del contenido en compuestos contaminantes (COV) de los efluentes. Si
el contenido viene a disminuir, se controla una inyección de
carburante para revelar la temperatura que reina en la parte central
de la jaula 2. Si se eleva la temperatura de la zona reactiva, bajo
el efecto de un aumento del contenido en COV, se controla una
inyección de fluido de refrigeración, (del agua pulverizada por
ejemplo) para llevarla de nuevo a un intervalo de funcionamiento
normal.
Después de su doble paso a través del lecho
catalítico, a una y otra parte de la zona central Zc, los COV se
encuentran transformados por la reacción en productos de combustión
diversos: CO2, H2O, N2 principalmente, SOx y NOx en el estado de
trazas.
Los gases a temperatura elevada procedentes de la
zona reactiva atraviesan la parte de la carga M situada en la zona
angular B de la corona y le ceden una buena parte de sus calorías.
La rotación de la corona 1 relativamente a la jaula 2, conduce
progresivamente los elementos calentados hacia la zona angular A,
donde pueden ceder en su giro a los gases que entran por el conducto
de entrada 6, una parte de la energía calorífica acumulada.
La disposición del modo de realización que viene
de describirse, con su corona giratoria 1 de lecho catalítico 9, sus
medios de calentamiento R integrados en el lecho catalítico 9 y sus
medios de regulación térmica por inyección de fluidos, permite
disminuir considerablemente el coste de fabricación y de
funcionamiento del dispositivo, con relación a los modos de
realización anteriores. Los medios de calentamiento R del lecho
catalítico que están desconectados antes de la puesta en marcha del
dispositivo, se evitan así los conectores giratorios necesarios de
otro modo para su alimentación. Los medios de regulación de
temperatura (inyectores 16 de carburante, inyector de agua por
ejemplo 17) son conectados simplemente al conducto de entrada 6.
El reactor catalítico está constituido aquí por
un lecho 9 colocado en la corona giratoria 1. Sin embargo, no se
saldría del marco de la invención, utilizando un reactor catalítico
dispuesto de forma general en la zona central Zc de la corona,
provisto igualmente de medios de calentamiento que funcionan
igualmente durante etapas de precalentamiento previas a las
operaciones de purificación y desconectados antes de la puesta en
funcionamiento del dispositivo.
Claims (1)
1. Procedimiento de purificación en continuo por
combustión catalítica, de efluentes gaseosos cargados de substancias
contaminantes, tales como compuestos orgánicos volátiles (COV), en
un dispositivo que comprende una jaula (2), una corona (1) de eje
vertical dispuesto en el interior de la jaula y que contiene al
menos una carga térmica (M) de materiales que presentan una gran
superficie de cambio térmico, medios motores para proporcionar a la
corona (1) un movimiento de rotación con relación a la jaula (2), un
reactor de lecho catalítico (9) dispuesto en la parte central del
dispositivo para purificar los efluentes, al menos un conducto (6)
para la introducción de efluentes en la jaula (2) y al menos un
conducto (7) para la evacuación de efluentes fuera de la caja,
medios de calentamiento eléctrico y medios de inyección controlada
de un combustible y/o de al menos un fluido inflamable de
refrigeración, susceptible(s) de regular la temperatura de
combustión, caracterizado porque comprende sucesivamente:
- una fase previa de calentamiento del reactor de
lecho catalítico (9) durante el tiempo necesario para llevar el
lecho catalítico a una temperatura suficiente propia para el inicio
de una reacción de oxidación catalítica de las substancias
contaminantes, por conexión temporal de elementos de calentamiento
eléctrico sumergidos en el lecho catalítico (9) en un aparato de
alimentación eléctrico exterior al dispositivo cuando la corona (1)
está inmóvil con relación a la jaula(2), y, después de
desconexión de los medios de calentamiento del aparato de
alimentación eléctrica exterior; y
- una fase de funcionamiento con una puesta en
rotación de la corona con relación a la jaula activando los medios
motores y establecimiento una circulación permanente de efluentes a
purificar a través de la corona, y una regulación térmica de la
reacción autotérmica utilizando los denominados medios de
inyección.
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FR2756753B1 (fr) | 1998-12-31 |
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