TECNOLOGÍA DEL MEDIO AMBIENTE E.T.S.I.I. DE BÉJAR (TODOS LOS GRADOS) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ TEMA 10 TRATAMIENTO DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA. ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS Y GASES CONTAMINANTES. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ÍNDICE 10.1.- Introducción. 10.2.- Medidas de prevención y corrección. 10.3.- Caracterización de las emisiones atmosféricas. 10.4.- Criterios iniciales de elección de dispositivos para el tratamiento de gases 10.5.- Equipos para el control de aerosoles y otros gases contaminantes 10.6.- Descripción de equipos según la técnica utilizada para la eliminación de las partículas. 10.6.1.- Cámaras de sedimentación o decantadores gravitatorios 10.6.2.- Separadores inerciales o de impacto 10.6.3.- Dispositivos centrífugos: Ciclones 10.6.4.- Lavadores de partículas: Scrubbers 10.6.5.- Filtros textiles. Los filtros de mangas 10.6.6.- Precipitador electrostático 10.6.7.- Eliminación de gases: NOx. 10.6.8.- Eliminación de gases: SOx. 10.1.- INTRODUCCIÓN Tradicionalmente la protección del medio ambiente se ha basado en la adopción de medidas correctoras cuando el daño ya se había producido. Hoy en día, se está generalizando el concepto de prevención, a través de medidas que se anticipen en lo posible a la aparición del problema. Los focos industriales emiten productos contaminantes a la atmósfera, cuyas características dependen fundamentalmente de las calidades de los combustibles y materias primas empleadas, del tipo de proceso y de la tecnología que se utiliza. Los principales focos industriales de emisión de contaminantes a la atmósfera son las chimeneas de las instalaciones de combustión para la generación de energía eléctrica y calor industrial, y de los procesos industriales propiamente dichos. Los sectores industriales con un potencial contaminante mayor son: las industrias energéticas, paraquímicas, del papel y alimentarias así como la siderurgia, metalurgia no férrea y las industrias químicas inorgánicas y orgánicas. Las centrales termoeléctricas ocupan un lugar preponderante como fuentes de contaminación atmosférica de origen industrial, tanto por el volumen como la variedad de los contaminantes que emiten. En España este sector contribuye al 73 % de las emisiones nacionales de SO2, al 68’5% de las de NOx y al 31 % de las partículas. Los principales contaminantes emitidos a la atmósfera son: óxidos de azufre, nitrógeno y carbono, partículas, metales traza, hidrocarburos y compuestos de cloro y flúor. Las emisiones de gases están reguladas conforme a estándares nacionales e internacionales con el fin de mantener una calidad aceptable del aire. En lo relativo a la calidad del aire la legislación española fija los niveles máximos admisibles de emisiones procedentes de actividades industriales y vehículos, estableciendo los criterios de calidad del aire para los diversos contaminantes según el Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire. BOE- A2011-1645 La industria cumple con los estándares de calidad utilizando una serie de tecnologías de reducción de emisiones, con equipos de difícil y complejo diseño y teniendo en cuenta las leyes ambientales establecidas. Lo ideal para el ingeniero sería el no tener que diseñar equipos de corrección. Los componentes perjudiciales de las emisiones deberían ser separados ya en origen. Para poder modificar la composición de una corriente gaseosa en vista de reducir las emisiones, esa corriente debe estar totalmente caracterizada. Las opciones generales de reducción de emisiones se resumen en tres: Minimización de residuos. Recuperación y reciclaje. Destrucción o vertido. 10.2.- MEDIDAS DE PREVENCIÓN Y CORRECCIÓN Cuando las medidas preventivas no se pueden llevar a cabo o su aplicación no es posible desde el punto de vista económico se recurre, para limitar la descarga de contaminantes a la atmósfera, a acciones correctivas. Para conseguir grados de protección ambiental adecuados a costes razonables, el sistema de depuración será, por lo general, una combinación de varias medidas. En cualquier caso, es necesario, tener en cuenta a la hora de abordar el problema de control de contaminantes dos aspectos principales: los condicionamientos ambientales y las consideraciones económicas. 10.3.- CARACTERIZACIÓN DE LAS EMISIONES ATMOSFÉRICAS Al utilizar en una fuente emisora la mejor combinación posible de técnicas de depuración, filtros y buenas prácticas de trabajo, se conseguirá un nivel de emisión suficientemente bajo como para proteger al grupo de receptores más sensible. Los efluentes industriales de carácter atmosférico suelen contener, por lo general, una mezcla de sustancias sólidas, líquidas y gaseosas, hecho que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar el sistema de depuración, que deberá estructurarse a partir de una secuencia lógica de separación de estos tres tipos de efluentes. Los contaminantes en estado gaseoso incluyen a los óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y compuestos orgánicos volátiles (COV). Muchos contaminantes peligrosos son gases. Los contaminantes en estado líquido y sólido, llamados material particulado, incluyen el polvo de cemento, humo, cenizas volantes y vapores de metales. En la práctica, los sistemas de depuración de gases son una combinación de operaciones unitarias destinadas a eliminar los diferentes contaminantes de la corriente residual, en forma secuencial. Por ejemplo: 1. Eliminación de material particulado de mayor tamaño, mediante ciclones. 2. Eliminación de material particulado fino, mediante filtros de alta eficiencia o precipitadores electrostáticos. 3. Eliminación de SO2, mediante absorción alcalina o adsorción con limonita. 4. Eliminación de compuestos orgánicos volátiles (por ejemplo, compuestos odoríferos), mediante combustión a alta temperatura. La purificación de una corriente de gases implica la manipulación de sus propiedades físicas químicas y, a veces, biológicas, debido a la variedad de opciones en equipos de reducción de emisiones existente y considerando que cada uno de estos equipos manipula una propiedad diferente de la corriente gaseosa. En definitiva, la elección de un equipo de depuración necesita de una caracterización previa de la corriente a tratar. Para la caracterización de las corrientes gaseosas conducentes a la elección y diseño del equipo más efectivo, deben considerarse una serie de criterios, asaber: Las propiedades medibles más importantes de la corriente: - Composición química del gas. - Caudal o velocidad de flujo - Temperatura del gas. - Presión En relación con cada componente: - Fórmula y peso molecular - Puntos de ebullición y decongelación - Solubilidad - Propiedades de adsorción y absorción, comportamiento químico/reactividad - Calores de absorción, de combustión y de solución - Distribución del tamaño de partícula y densidades de los sólidos - Umbral de olores - Efectos en la salud - pH - Curva de presión de vapor Con todo lo anterior es necesario tener en cuenta: - La eficiencia de eliminación requerida Los límites de emisión vienen fijados frecuentemente por las normas regulatorias de emisión. Suponed por ejemplo que una chimenea emite, sin control, 1800 mg/m3. Mientras que las normas regulatorias solo permiten 90 mg/m 3, ¿Cual debe de ser la eficiencia de captación? La eficiencia de captación o eliminación se diseña para unas condiciones muy particulares de funcionamiento del sistema de captación, si cambian estas, su eficacia puede variar enormemente. - Pérdidas de carga. Normalmente la introducción de un sistema de control de la contaminación introduce pérdidas de carga (pérdida de presión) en el flujo de salida de gases y/o partículas. A veces es necesario instalar ciertos aparatos para aumentar la presión a la salida del sistema de captación. - Coste del sistema. Obviamente se debe de instalar aquellos sistemas que logren alcanzar eficiencia de colección elevadas al mínimo coste posible Con esas informaciones se tienen los criterios iniciales de elección de equipos para el tratamiento de gases y que se resumen en la tabla mostrada. Los equipos a utilizar con el método de depuración elegido, se determinan en función de si la contaminación es gaseosa o por partículas. 10.4.- CRITERIOS INICIALES DE ELECCIÓN DE DISPOSITIVOS PARA EL TRATAMIENTO DE GASES Composición química del gas. Tamaño y características de las partículas (adherencia, propiedades eléctricas, etc…) Temperatura del gas. Flujo de gas a tratar y carga de contaminantes del gas. Eficiencia de eliminación requerida. TMA – 2º Curso – Todos los Grados 9.5.- EQUIPOS PARA EL CONTROL DE AEROSOLES Y OTROS GASES CONTAMINANTES o Separadores mecánicos: Separadores gravitatorios Separadores inerciales Separadores centrífugos o Separadores por vía húmeda: Escrúberes o Separadores basados en fuerzas eléctricas: Precipitadores electrostáticos o Separadores de capa porosa: Filtros de tela o Separadores combinados o Dispositivos auxiliares o Eliminación de gases contaminantes Eliminación de NOx Eliminación de SOx Tratamiento de la contaminación atmosférica atmosféricos • Partículas y contaminantes Diámetro de las partículas (micras) Cenizas volantes aceite Humo de Polvo de carbón tabaco Humos y polvos metálicos Arena Partículas de humo de soldadura Polvo de cemento Polvo atmosférico Polen molida Virus Bacterias Polvo de corte con llama os Distintos tipos de partículas transportadas por el aire y sus tamaños aproximados Polvo del proceso abrasivo TMA – 2º Curso – Todos los Grados Dispositivos según tamaño partículas 10.6.- DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS SEGÚN LA TÉCNICA UTILIZADA PARA LA ELIMINACIÓN DE LAS PARTÍCULAS: 9.6.1.- Cámaras de sedimentación o decantadores gravitatorios OBJETIVO: Eliminación de partículas sólidas, aprovechando la fuerza de la gravedad y el efecto de variación de la cantidad de movimiento de las partículas. Normalmente se utilizan para el pretratamiento de corrientes gaseosas, con objeto de eliminar las partículas mayores de 40 mm. Existen varios tipos, según su complejidad y, por tanto, su efectividad: Decantador gravitatorio simple Decantador gravitatorio con bandejas Decantador gravitatorio multietapa Decantador con variación en la cantidad de movimiento TMA – 2º Curso – Todos los Grados Figura.- Cámara de sedimentación simple. Figura.- Cámara de sedimentación de bandejas Figura.- Cámara de sedimentación multietapa. En las cámaras de sedimentación: La corriente resultante sale libre de las partículas más gruesas, que son recogidas en una o más bandejas o en tolvas. En cuanto a las ventajas: a) los costes de construcción, operación y transportede la corriente gaseosa son bajos, y b) también es muy baja la pérdida de carga. Y, en cuanto a los inconvenientes: a) se requiere un gran volumen y, por tanto, ocupan bastante espacio, y b) baja eficacia de captación de partículas pequeñas. EJERCICIO: Se propone el siguiente Ejercicio a desarrollar por el alumno: Diseño y cálculo de una cámara de sedimentación: variables de partida, ecuaciones a aplicar y cálculos a realizar. Poner un ejemplo numérico con todoslos cálculos detallados e interpretar los resultados. TMA – 2º Curso – Todos los Grados 10.6.2.- Separadores inerciales o de impacto El principio general de los separadores inerciales es forzar un cambio brusco en la dirección de la corriente de gas que se desea limpiar. Al cambiar el gas de dirección, la inercia de las partículas hace que traten de seguir en la dirección original, impactando contra una placa y separándose del flujo gaseoso. Los separadores inerciales son ampliamente utilizados para eliminar partículas gruesas y de tamaño mediano. Su construcción es simple y la ausencia de partes móviles implica que su costo y mantenimiento son más bajos que los de otros equipos. 10.6.3.- Dispositivos centrífugos: Ciclones Sirven también para eliminar partículas sólidas, en corrientes gaseosas. El funcionamiento de un ciclón se basa en que el aire o la corriente gaseosa que transporta el producto en suspensión entra tangencialmente en el ciclón. De este modo es sometida a un movimiento circular en el que las partículas más gruesas son obligadas, por el efecto de las fuerzas centrífugas creadas, a proyectarse contra las paredes y desprenderse hacia la salida inferior de descarga. Según el tipo de ciclón, pueden eliminar partículas de entre 0,1 mm y 1 mm, aunque estos valores son siempre aproximados. Los ciclones más corrientes son los del tipo tangencial-axial, pero también los hay de alto rendimiento. TMA – 2º Curso – Todos los Grados o El multiciclón es un equipo en un único cuerpo múltiples ciclones de pequeñas dimensiones, dispuestos en paralelo, a fin de reducir la altura y volumen que, para el mismo caudal, requeriría un ciclón. o El multiciclón aloja en su interior ciclones de alta eficacia, diseñados para obtener mayores fuerzas centrífugas sobre las partículas transportadas por el aire, que las obtenidas con los ciclones. Figura: agrupación de ciclones típica para transportes neumáticos y secaderos «flash». El primer ciclón (el más grande), de calidad normal por el cual circula la totalidad del gas, separa el producto de granulometría más gruesa, mientras que la batería de cuatro ciclones de alta eficacia retiene los finos, limitando la emisión. EJERCICIO: Se propone el siguiente Ejercicio a desarrollar por el alumno: Diseño y cálculo de un ciclón: variables de partida, ecuaciones a aplicar y cálculos a realizar. Poner un ejemplo numérico con todos los cálculos detallados e interpretar los resultados. TMA – 2º Curso – Todos los Grados 10.6.4.- Lavadores de partículas: Scrubbers Ponen en contacto con un líquido la corriente de gas portadora de las partículas a depurar. De este modo son eliminadas las partículas sólidas, incluso las de menor tamaño. El mecanismo de captación predominante es el impacto inercial y la difusión debida al movimiento browniano. Pueden eliminar partículas de tamaños comprendidos entre 0,001 – 20 micras. Pueden clasificarse en: Torres pulverizadoras o de espray Lavadores con lecho de contacto Lavadores tipo “Venturi” El producto resultante es una corriente gaseosa sin partículas y con elevado grado de humedad, así como una corriente de agua contaminada. Ventajas: Separación de partículas-gases Requiere poco espacio Bajo coste de implantación Depura corrientes de elevada temperatura y humedad Inconvenientes: Necesidad de depuración del efluente acuoso residual La corriente gaseosa sale con un elevado grado de humedad Mayores pérdidas de carga Problemas de corrosión Scrubbers en co-corriente • El diseño más corriente es el basado en el efecto Venturi. • El Área del estrechamiento es aproximadamente 1/5 del área de la boca de entrada del gas. 1 Boca aspiración 2 Entrada humos 3 Rotor centrífugo 4 Motor rotor 5 Bomba recirculación 6 Orificios líquido 7 Flujo airelíquido 8 Filtro con esferas 9 Separador de gotas 10 Salida aire depurado Figura: http://www.gemata.com/a_33_ES_113_3.html • La alta velocidad del gas facilita la ruptura del líquido. • Ahorra energía en la propulsión del gas. TMA – 2º Curso – Todos los Grados 10.6.5.- Filtros textiles. Los filtros de mangas o La utilización de tejidos como medio filtrante son, probablemente, el método más antiguo, simple y eficaz de separar el polvo que transporta una corriente de gas. o El gas sucio pasa a través del tejido, sobre el que poco a poco se deposita una capa de polvo -denominada torta- y que, cuando adquiere un determinado espesor, se convierte en la verdadera responsable del proceso de filtración. o Se suelen utilizar los “filtros de mangas”, nombre proveniente de la forma de bolsa o de manga que tienen las superficies filtrantes. o Sus aplicaciones son numerosas, pero se usan principalmente: En tratamiento de gases a temperaturas bajas o medias (< 260ºC) Para depurar partículas de entre 0,01 y 100 m. Con altas eficacias de depuración, que incluso pueden llegar hasta el 99,9%), con pérdidas de carga de hasta 150 mm c.a. TMA – 2º Curso – Todos los Grados Filtros de mangas (Bag filters) A medida que el tejido va cargándose de partículas va aumentando la pérdida de carga, hasta que llega un momento en el que hay que accionar el mecanismo de limpieza y, después, comenzará un nuevo ciclo de filtración. Los filtros de mangas suelen clasificarse según el sistema de limpieza empleado para la separación del polvo acumulado sobre la tela, lo cual se lleva a cabo por procedimientos mecánicos o fluidodinámicos. Los sistemas de limpieza son: - Por vibración o sacudida mecánica (mechanical shaking) - Por flujo de aire en contracorriente (reversed air flow) - Limpieza por pulsos de aire inversos (pulse of compressed air) Figura: Casa de mangas (Baghouse) TMA – 2º Curso – Todos los Grados Filtros de mangas: Sistemas de LIMPIEZA 1) DE LIMPIEZA POR SACUDIDAS (SHAKER-CLEANED) Gas sucio fluye de abajo a arriba por el interior de las bolsas filtrantes. Cuando P supere el límite prefijado, se corta el flujo de gas y se acciona elsacudidor, moviendo las bolsas mediante un vapuleo. El polvo desalojado cae en la tolva. Para operar de forma continua: compartimentos múltiples. Bolsas usadas: sección oval o circular, de 12-20 cm. de diámetro y de 2,5-5 m. de longitud. Puede estar filtrando desde 2 a 15-20 min., a 0,3-2,5 m/min, antes de parar para limpiar. 2) DE LIMPIEZA POR FLUJO INVERSO DE AIRE (REVERSE-FLOW-CLEANED) El polvo se acumula también en la parte interna de las bolsas. Detener el flujo de gas sucio en el compartimento a limpiar ventilador para forzar paso de gas limpio a través de lasmangas polvo cae a la tolva. Como el flujo de limpieza aplasta parcialmente las bolsas, se suelen utilizar anillos cosidos en el interior de éstas para evitar el aplastamiento total. Para gases con polvo, a temperaturas superiores a 150ºC, usando bolsas TMA – 2º Curso – Todos los Grados fabricadas con tejido de fibra de vidrio u otra. Velocidad superficial: 0,5-0,6 m/min. A través de las bolsas. 3) SISTEMA DE LIMPIEZA POR PULSOS DE AIRE INVERSOS (PULSE OF COMPRESSED AIR) Cada bolsa filtrante forma una manga que cubre una jaula metálica, usualmente cilíndrica. La jaula soporta el tejido en la parte del gas limpio y el polvo es recogido en la parte de fuera de la bolsa. Un inyector tipo venturi está ubicado en la salida del gas limpio desde la bolsa. El gas sucio entra por la parte inferior, pasa a través de las mangas filtrantes desde el exterior al interior, y pasando el aire a la cámara superior de aire limpio a través de las boquillas venturi, y de allí al exterior a través del aspirador. Velocidades de filtración mayores: 1 - 4,5 m/min (normalmente de 1,2 - 2,5 m/min). Frecuencia de limpieza depende de la naturaleza y concentración del polvo (intervalos entre pulsos: entre 2 y 15 min.) Cada bolsa filtrante forma una manga que cubre una jaula metálica, usualmente cilíndrica. La jaula soporta el tejido en la parte del gas limpio y el polvo es recogido en la parte de fuera de la bolsa. Un inyector tipo venturi está ubicado en la salida del gas limpio desde la bolsa. El gas sucio entra por la parte inferior, pasa a través de las mangas filtrantes desde el exterior al interior, y pasando el aire a la cámara superior de aire limpio a través de las boquillas venturi, y de allí al exterior a través del aspirador. Velocidades de filtración mayores: 1 - 4,5 m/min (normalmente de 1,2 - 2,5 m/min). Frecuencia de limpieza depende de la naturaleza y concentración del polvo (intervalos entre pulsos: entre 2 y 15 min.) EJERCICIO: Se propone el siguiente Ejercicio a desarrollar por el alumno: Diseño y cálculo de filtro de mangas: variables de partida, ecuaciones a aplicar y cálculos a realizar. Poner un ejemplo numérico para un número concreto de mangas filtrantes con todos los cálculos detallados e interpretar los resultados. 10.6.6.- Precipitador electrostático El precipitador electrostático tiene por misión capturar las partículas sólidas en un flujo de gas por medio de la electricidad. Para ello, carga eléctricamente las partículas que contaminan el gas y hace que sean atraídas por placas metálicas de carga opuesta ubicadas en una zona del precipitador, y a las que se adhieren por fuerzas físicas. TMA – 2º Curso – Todos los Grados Las partículas son después eliminadas de las placas mediante golpes secos y recolectadas en una tolva situada en la parte inferior del aparato. La eficacia de eliminación de los precipitadores electrostáticos es variable (ver tabla siguiente). Tabla.- Aplicaciones industriales tradicionales de los precipitadores electrostáticos Los principales elementos que integran un precipitador electrostático son: o Zona de tratamiento: electrodos de emisión, electrodos de precipitación, sistemas complementarios (conducciones de entrada y salida de gas, placas perforadas para la distribución del gas, dispositivos de limpieza del electrodo de precipitación, tolva de recogida de partículas, sistema de purga de aire, etc). o Sistema de fuente eléctrica de alto voltaje: transformador, rectificador y dispositivos de control. o Estructura (soportes, aisladores, marcos, etc.) y elementos auxiliares como el ventilador y los dispositivos para el vaciado de la tolva. Figura: Principio de funcionamiento de un precipitador electrostático TMA – 2º Curso – Todos los Grados Cálculo de la superficie decaptura: Se realiza por medio de modelos matemáticos bastante complejos, si bien suelen utilizarse simplificaciones de estos modelos, como las realizadas por DeutschAndersen. Este modelo parte de dos supuestos: a) las partículas se cargan instantáneamente, y b) la concentración de las partículas es uniforme a lo largo del precipitador. La ecuación de Deutsch-Andersen es: G = 1 – exp(-we·S/Q) Siendo G el rendimiento global, we la velocidad de migración efectiva en el caso estudiado, S la superficie de captura y Q el caudal de gas a depurar. El parámetro we depende de las características de las partículas y del gas a depurar, y suele calcularse con datos empíricos para las aplicaciones habituales Tabla.- Velocidad efectiva de migración en distintas aplicaciones industriales TMA – 2º Curso – Todos los Grados EJERCICIO: Se propone el siguiente Ejercicio a desarrollar por el alumno: Diseño y cálculo de un precipitador electrostático: variables de partida, ecuaciones a aplicar y cálculos a realizar. Poner un ejemplo numérico para un número concreto de mangas filtrantes con todos los cálculos detallados e interpretar los resultados. 10.6.7.- Eliminación de gases: NOx Dos alternativas para el control de NOx: 1) Modificación del proceso de combustión para prevenir su formación: Combustión en dos etapas Recirculación de los gases de combustión 2) Tratar el gas de combustión químicamente para convertir el NOx en N2. A)- Modificación del proceso: Combustión en dos etapas [NO]=f(temperatura, velocidades de calentamiento enfriamiento,[O2]) Combustible gaseoso se mezcla con un 15 % de exceso de aire y gases de combustión recirculado se disminuye la tª en la llama por lo que [NO]↓ En la combustión en dos etapas: o Se reduce la [NOx] debido a las menores tas que alcanzan o Sistema económico o Mayor tamaño de la cámara de combustión o Combustión incompleta (HC y CO) B)- Tratar el gas de combustión químicamente para convertir el NOx en N2 Se añade un agente reductor (NH3, Urea, CH4, CO, etc., que toma el oxígeno del NO. En automóviles: 2NO+2CO N2+2CO2 TMA – 2º Curso – Todos los Grados En centrales térmicas: 4NO+4NH3+O2 4N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2 3N2+6H2O Con catalizador a 371ºC Sin catalizador a 871 < T < 982ºC; Cuando T > 982ºC, NH3+O2 NO+(3/2)H2O TMA – 2º Curso – Todos los Grados 10.6.8.- Eliminación de gases: SOx Óxidos de azufre • Con este nombre, se engloban el dióxido (SO2), y el trióxido de azufre (SO3). El que se emite en mayor cantidad hacia la atmósfera es el dióxido, al que acompaña por lo común, una pequeña cantidad de trióxido; éste último no se encuentra generalmente en la atmósfera, debido a que reacciona rápidamente con la humedad, convirtiéndose en ácido sulfúrico. • Ambos son gases incoloros, teniendo el dióxido de azufre un olor acre (áspero, picante) a concentraciones superiores a 3 ppm. • Las emisiones antropogénicas son debidas a la combustión de carburantes que contienen azufre (combustión estacionaria, plantas termoeléctricas de producción de energía, focos industriales de combustión o calefacciones domésticas). El transporte no es especialmente problemático en este sentido. • Una central térmica de tamaño medio -500 MW- alimentada con carbón con un contenido en azufre del 1%, produce aproximadamente 5 toneladas por cada hora de funcionamiento. PAÍSES CON MAYOR LLUVIA ÁCIDA El dióxido de azufre es el principal inductor de la lluvia ácida, cuando se combina con la humedad atmosférica para producir ácido sulfúrico. El ácido se deposita lentamente sobre los bosques y las masas de agua, llegando en casos extremos a afectar seriamente a grandes extensiones arboladas y acuáticas. Control de los óxidos de azufre Existen 4 métodos posibles para reducir las emisiones de SO2 a partir del consumo de combustibles fósiles: o Cambio a un combustible de bajo contenido en azufre: gas natural, G. N. licuado y petróleo o carbón con bajo contenido en azufre. o Uso de carbón o petróleo desulfurados. o Construcción de chimeneas altas a fin de aumentar la dispersión atmosférica. o Utilización de métodos de desulfuración de los gases de la combustión. TMA – 2º Curso – Todos los Grados Hay dos clases de métodos de desulfuración: o Sistemas de Absorción Física o Sistemas de Absorción Química Sistemas de Absorción Física: o Consisten en la transferencia de un contaminante de la corriente gaseosa portadora a un líquido en el que tenga alta solubilidad, con baja presión de vapor y menor concentración del compuesto. La fuerza impulsora que provoca la separación será entonces la diferencia de concentraciones. o En ellos no hay reacción química entre los gases y la disolución. La absorción depende únicamente de la solubilidad del gas, y por tanto, de la presión parcial del mismo. o Suelen utilizarse en procesos a alta presión. o La temperatura influye también en la solubilidad de gases en líquidos, siendo ésta mayor a menor temperatura. o Para conseguir una buena eficacia debe buscarse la máxima superficie de contacto entre el gas residual y el líquido eliminador, además los materiales de construcción de estos equipos deben ser resistentes a la corrosión debido al carácter ácido de los contaminantes. o Hay una amplia gama de equipos que se han diseñado con este fin, entre los que se encuentran las columnas de platos, las columnas de relleno, las cajas de aspersión, los separadores de venturi, etc. Los parámetros más importantes en el diseño de estos equipos son: - La razón líquido/gas: Cuanto menor sea este número, mejor. - pH: Debe asegurar alta solubilidad del SO2 y evitar la formación de costras. - Velocidad del gas: A máxima velocidad del gas, menor tamaño de vasija. - Tiempo de residencia: Suficiente para que sea absorbida la mayor cantidad posible de SO2. Estructura de una columna de relleno, y tipos de relleno TMA – 2º Curso – Todos los Grados Sistemas de Absorción Química: o Se utilizan un reactivo alcalino que reacciona químicamente con los gases ácidos. o La mayoría de los procesos químicos están basados en el carbonato de potasio o en una alcanolamina. La monoetanol amina (MEA) y la dietanolamina (DEA) son los álcalis fuertes que reducen en mayor grado el contenido de los gases ácidos. Se suelen utilizar aditivos para incrementar la capacidad de absorción de las soluciones. o Se necesita más energía térmica para regenerar las soluciones de MEA o DEA, debido a su mayor afinidad por los ácidos. o También puede ocurrir que den reacciones químicas no deseadas, formando productos que degradan la solución e incrementan la corrosión. El diagrama de flujo puede ser muy simple, consistente en un absorbedor, un desorbedor, una bomba de recirculación, un calderín y un condensador. Procesos de eliminación de óxidos de azufre: o Desechable o regenerativo: En el desechable se forma un producto sólido residual que se desecha y, por tanto, se añaden continuamente nuevos productos químicos. En el regenerativo, los agentes de eliminación se regeneran continuamente, en un circuito cerrado. o Húmedo o seco: En el húmedo se añade un agente de remoción activo que no está en solución sólida, mientras que en el seco el agente de remoción activo está en solución sólida. o El sistema de eliminación incluye, típicamente, el uso de procesos de adsorción, absorción y catalíticos. Reducción del óxido de azufre. Un ejemplo: - Antes de quemar el combustible: Entre otras muchas opciones, la combustión se realiza en el lecho fluidizado de calcita (CaCO3) o dolomita (carbonato de calcio y magnesio [CaMg(CO3)2]), finamente divididos: TMA – 2º Curso – Todos los Grados S (carbón) + O2 → SO2 (g) CaCO3 (s) + calor → CaO(s) + CO2(g) CaO(s) + SO2(g) + 1/2O2(g) → CaSO4(s) - Después de quemar, pero antes de evacuar los gases de combustión: Los gases de combustión se hacen pasar a través de la disolución absorbente, o bien se rocían con esta disolución de calcita (reacción ácido-base): SO2 (g) → SO2 (g) + H2O → SO2 (ac) (disolución) H+ + HSO 3- (pH alcalino) Con calcita: Se produce una alcalinización del medio: CaCO3 (s) + H+ → Ca2+ + HCO - 3 BIBLIOGRAFÍA - Puerto, Ángel: En torno a la contaminación. Ed. Diputación de Salamanca, Salamanca (1987). - Kiely, Gerard: Ingeniería Ambiental: Fundamentos, entornos, tecnologías y sistemas de gestión (Traducción José Manuel Veza). Ed. 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