ES2552629T3 - Método para eliminar impurezas de condensado de gas de combustión - Google Patents

Método para eliminar impurezas de condensado de gas de combustión Download PDF

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Abstract

Método para tratar gases de combustión o condensados de los mismos, comprendiendo el método: una primera etapa de proporcionar un gas de combustión y/o un condensado del mismo que comprende compuestos que contienen azufre; una segunda etapa de poner en contacto el gas de combustión y/o condensado del mismo con un material que contiene calcio; una tercera etapa, someter el líquido resultante en la etapa dos a una etapa de enfriamiento y mediante lo cual el enfriamiento se realiza hasta una temperatura de 60ºC o menos; una cuarta etapa en la que se regula el pH a 6-9 mediante la adición de un segundo material, permitiendo de ese modo la precipitación de un primer precipitado que contiene azufre y calcio y un primer sobrenadante de líquido; una quinta etapa en la que se separa el primer precipitado mediante sedimentación por gravedad o centrifugación del primer sobrenadante de la cuarta etapa.

Description

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de manera constante de 11-14.
Los metales pesados presentes en el condensado de gas de combustión precipitarán en el condensado de gas de combustión alcalino como sales de hidróxido de metales pesados.
Preferiblemente, el condensado de gas de combustión alcalino se mantiene con agitación constante.
Posteriormente, el condensado de gas de combustión alcalino se trata en una cuarta etapa ajustando el pH del condensado de gas de combustión alcalino a pH neutro, es decir un pH de 6-9, añadiendo un segundo material. Mediante este tratamiento, se forma un condensado de gas de combustión neutro que comprende un precipitado que contiene calcio. Se encontró sorprendentemente que este precipitado atrapa o captura otras impurezas o precipitados, es decir componentes de cenizas volantes y precipitados de metales pesados formados a partir de sales de metales pesados e iones hidroxilo en el condensado de gas de combustión alcalino.
Posteriormente, los precipitados del condensado de gas de combustión neutro se separan de la parte líquida del condensado. Esto puede realizarse mediante medios convencionales.
En la segunda etapa del método, se añade un material que contiene calcio alcalino al condensado de gas de combustión, y se ajusta el pH del condensado desde un nivel de pH bajo hasta un pH de 11-14. Preferiblemente, el ajuste del pH se logra exclusivamente añadiendo el material que contiene calcio alcalino. Preferiblemente, el material que contiene calcio alcalino es hidróxido de calcio Ca(OH)2 u óxido de calcio CaO o una mezcla de los mismos. La etapa de aumentar el pH puede llevarse a cabo, por ejemplo, produciendo una disolución/suspensión de hidróxido de calcio (Ca(OH)2), por ejemplo mediante la adición de cal a agua. Posteriormente, puede añadirse esta disolución/suspensión al condensado de gas de combustión.
En el método según la invención, se añade un material básico, habitualmente un óxido, hidróxido o carbonato de metal. Tales metales pueden ser por ejemplo hidróxidos, óxidos o carbonatos de sodio o potasio. Más preferiblemente, pueden usarse hidróxidos, carbonatos u óxidos de metales alcalinotérreos. Por ejemplo, pueden estar presentes berilio, magnesio, calcio, estroncio y bario en forma de sus respectivos hidróxidos, carbonatos u óxidos o cualquier combinación de los mismos. Puede usarse cualquier combinación de un determinado metal o metales, por ejemplo MgCO3 en combinación con MgO y/o CaO y/o CaCO3. Por tanto, debe entenderse que se pretende que el término material que contiene calcio usado a lo largo de toda la invención sea un sólido, suspensión
o disolución, en particular disolución o suspensión acuosa de cualquier concentración, que comprende hidróxido de calcio Ca(OH)2, óxido de calcio CaO o carbonato de calcio (CaCO3) o cualquier mezcla de los mismos.
Incluso más preferiblemente, en la segunda etapa del método, el condensado de gas de combustión se añade a un material que contiene calcio alcalino que tiene un pH de 11-14. De ese modo, el pH del condensado de gas de combustión se aumenta de manera instantánea hasta altamente alcalino. Preferiblemente, el material que contiene calcio alcalino es una disolución de hidróxido de calcio Ca(OH)2 u óxido de calcio CaO o una mezcla de los mismos. Preferiblemente, el material que contiene calcio alcalino comprende o consiste en condensado de gas de combustión alcalino que contiene calcio.
El hidróxido de calcio es sólo escasamente soluble en agua, con una solubilidad de aproximadamente 1,5 g por litro a 25ºC. Agua de cal es el nombre común para una disolución subsaturada o saturada de hidróxido de calcio, mientras que lechada de cal es el nombre común para una suspensión (supersaturada) de cal en agua. Mientras que el agua de cal es una disolución transparente, la lechada de cal es una suspensión de partículas hidróxido de calcio en agua (saturada con hidróxido de calcio) que le da un aspecto lechoso. Comúnmente, el agua de cal y la lechada de cal se producen haciendo reaccionar óxido de calcio (CaO o cal viva) con un exceso de agua, habitualmente de 4 a 8 veces la cantidad de agua con respecto a la cantidad de cal viva. Algunas veces, hacer reaccionar agua con cal viva se denomina “apagar” la cal. Tras la adición de agua, el óxido de calcio se convertirá en el hidróxido según el siguiente esquema de reacción:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Se necesita agitar la mezcla para garantizar que la disolución se satura con hidróxido de calcio. Entonces se deja sedimentar y se recoge la disolución “saturada” transparente (agua de cal).
Por tanto, en una realización preferida de la invención, el material alcalino que contiene calcio es Ca(OH)2 o CaO o una mezcla y disolución acuosa de los mismos. Usar un material alcalino de este tipo provoca que los metales en el líquido acuoso reaccionen con OH-y formen compuestos de hidróxido de metal.
Ca(OH)2 tiene una solubilidad en agua de aproximadamente 1,7 g/l (20ºC).
Se observó sorprendentemente que se lograba una purificación significativamente mejorada añadiendo CaO y/o Ca(OH)2 en forma de una disolución acuosa saturada o suspensión sobresaturada de CaO y/o Ca(OH)2 en agua. En una realización preferida, se añaden preferiblemente CaO y/o Ca(OH)2 al condensado de gas de combustión sucio
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nada. El precipitado puede reutilizarse para cualquier fin adecuado o puede desecharse como residuo.
La figura 2 muestra un diagrama de flujo esquemático de una realización del método y el sistema 1 de la invención. Se trata gas de combustión en un dispositivo 2 de lavado en húmedo usando un líquido de lavado acuoso con un pH
5 inicial de entre 6 y 8. La disolución que contiene sulfato ácida resultante se conduce a través de un intercambiador 3 de calor para enfriarla hasta por debajo de 50ºC antes de dirigirse al interior del reactor 4. Aquí, se mezcla la disolución con CaCO3 y/o Ca(OH)2 de un recipiente 7. El flujo entrante de CaCO3 y/o Ca(OH)2 del recipiente 7 se regula mediante un bucle de retroalimentación que implica un sensor 8a de pH, una válvula y una bomba (no mostradas). El sensor 8a de pH mide el valor de pH de la mezcla en el reactor 4. Si el pH alcanza un valor de corte superior próximo al neutro, por ejemplo pH 7,5, el flujo entrante de Ca(OH)2 se detiene hasta que el pH disminuye por debajo de un valor de corte inferior, por ejemplo pH 6,5.
La mezcla se dirige adicionalmente a través de un reactor 5 al interior de un recipiente 6a regulador de volumen que está conectado a una bomba 9a de aire que puede inyectar aire o aire enriquecido en CO2 en la mezcla. A partir de
15 ahí, la suspensión se dirige al interior de tanques 10a, 11a, 12a de sedimentación. En los tanques 10a, 11a, 12a de sedimentación, se deja sedimentar el precipitado, que puede contener sulfato de calcio y/o sulfito de calcio, mediante sedimentación por gravedad. El precipitado sedimentado puede eliminarse de los tanques, por ejemplo a través de una salida apropiada (no mostrada). El sobrenadante resultante se extrae y puede o bien recircularse al interior del dispositivo 2 de lavado en húmedo para purificar gas de combustión o bien dirigirse al reactor 13.
En este último, puede añadirse Ca(OH)2 a la disolución desde un recipiente 16, en el que el flujo entrante se regula de nuevo mediante un bucle de retroalimentación que implica un sensor 17 de pH, una válvula y una bomba (no mostradas). El sensor de pH mide el valor de pH de la mezcla y acciona el flujo entrante de Ca(OH)2 hasta un valor de corte de por ejemplo pH 11. Se transfiere la mezcla al tanque 14 de sedimentación, en el que la suspensión que
25 contiene precipitados de sulfato de calcio, sulfito de calcio, carbonato de calcio y/o metales pesados se separa para dar un precipitado y un sobrenadante mediante sedimentación por gravedad. Se transfiere el sobrenadante al recipiente 15, en el que se airea con aire enriquecido en CO2 usando una bomba 18 de aire. La disolución resultante tiene concentraciones suficientemente bajas de sulfato y metales pesados disueltos y puede descargarse al interior del alcantarillado público.
La figura 3 ilustra el método según la presente invención en comparación con procedimientos convencionales para purificar gases de combustión. El método convencional se ilustra mediante reactores G1 y G2, en los que se introduce gas de combustión al interior de la cámara G1 que contiene una disolución acuosa que se recircula de vuelta a G1 mediante boquillas de pulverización para maximizar la superficie de contacto mediante gas de
35 combustión y agua. Después, se transfiere el gas a G2, en el que se repite el mismo procedimiento y después se emite el gas purificado a la atmósfera. Después, se somete la fase acuosa resultante de este procedimiento a una etapa de purificación de agua que consiste en la regulación del pH mediante la adición de NaOH y o HCl para proporcionar un pH neutro. Después, se transfiere la fase acuosa a un baño de floculación usando habitualmente sulfato férrico, cloruro férrico, etc. Finalmente, se deja sedimentar la fase acuosa, y se decanta el agua purificada antes de descargarla al interior del sistema de alcantarillado. Se toman muestras tras cada etapa del procedimiento, y posteriormente se analizan las muestras con respecto a contenidos de metales/metales pesados, cloruro, arsénico, sulfato y talio.
Ejemplo 1 - condensado de gas de combustión
45 Se trató un gran volumen (un flujo de aproximadamente 3000 l/hora) de condensado de gas de combustión sucio usando el método según la invención y tal como se explicó con referencia a la figura 1. Inicialmente, el condensado de gas de combustión contenía las siguientes impurezas:
Elementos en suspensión (principalmente cenizas volantes)
aproximadamente 5 g/l
Cd
80 g/l
Ba
1000 g/l
SO4
1.000 mg/l
Se condujo el condensado de gas de combustión al interior del reactor 4, en el que se mezcló con una disolución de CaO añadida desde el recipiente 7. El pH de la disolución era de entre 13 y 14. Se reguló la cantidad de álcali mediante un sensor de pH que medía el pH y se ajustó para aumentar el flujo del material alcalino siempre que se alcanzaba un pH de menos de 12 (debido a la adición de condensado de gas de combustión sucio). Tanto metales 55 pesados como los compuestos de SO4 precipitaron, pero se mantuvieron en suspensión mediante agitación constante de la disolución. A partir de ahí, se condujo el condensado de gas fluido alcalino al interior de un recipiente regulador que se aireó con gas que contenía CO2, y en el que el pH se ajustó constantemente a un valor de aproximadamente 7 equilibrando la entrada de gas con el flujo entrante de condensado de gas de combustión alcalino. Se observó la formación de un precipitado de carbonato de calcio y se observó que los metales pesados y los compuestos de SO4 coprecipitaban. Se mantuvieron los precipitados en suspensión mediante agitación constante de la disolución. Se dirigió el condensado de gas de combustión neutro producido al interior de un
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