Hojas de datos EPA: Requisitos para el Pre-tratamiento de la Corriente de Emisión

Típicamente, no se requiere pre-tratamiento alguno si las condiciones de diseño son satisfechas, sin embargo, en algunos casos la remoción de la MP pudiera ser necesaria antes de que el gas de desecho entre al incinerador.

A continuación se presentan los rangos de los costos (expresados en dólares EE. UU. del tercer trimestre de 1995) para incineradores catalíticos de diseño modular con lechos fijos bajo condiciones típicas de operación, desarrollados utilizando los formatos de la EPA para la estimación de costos ( EPA , 1996a) y referidos a la velocidad del flujo volumétrico de la corriente de desecho tratada. Los costos no incluyen costos para un sistema de tratamiento de gases ácidos de post-oxidación. Los costos pueden ser sustancialmente más altos que los rangos mostrados cuando son utilizados para las corrientes con concentraciones bajas de COV (menores de alrededor de 100 ppmv). Como regla, las unidades más pequeñas que se encuentren controlando una corriente de desecho a una concentración baja serán mucho más costosas (por unidad de velocidad de flujo volumétrico) que una unidad grande limpiando un flujo con una carga alta de contaminantes. Los costos de operación y mantenimiento (O y M), el Costo Anualizado, y la Efectividad de Costo están dominados por el costo del combustible suplemental necesario.

a. Costo de Capital: $47,000 a 191,000 por m 3 /s ($22 a $90 por scfm ).

b. Costo de Operación y Mantenimiento: $8,500 a $53,000 por m 3 /s ($4 a $25 por scfm ), anualmente.

c. Costo Anualizado: $17,000 a $105,000 por m 3 /s ($8 a $50 por scfm ), anualmente.

d. Efectividad de Costo: $105 a $5,500 por tonelada métrica ($100 a $5,000 por tonelada corta), costo anualizado por tonelada por año de contaminante controlado. Sin embargo, cuando se le utiliza para controlar concentraciones muy bajas de contaminantes peligrosos del aíre (menos de 100 ppmv), el costo por tonelada removida podría ser de muchos miles de dólares, porque solamente una pequeña parte del contaminante está siendo destruido.

Los incineradores catalíticos operan de una manera muy similar a los incineradores termales/recuperativos, con la diferencia principal de que el gas, después de atravesar el área de la flama, pasa a través de un lecho de catalizador. El catalizador tiene el efecto de incrementar la velocidad de la reacción de oxidación, permitiendo al conversión a menores temperaturas de reacción que en las unidades de incineradores termales. Por lo tanto, los catalizadores también permiten un tamaño menor de incinerador. Los catalizadores utilizados típicamente para la incineración de COV incluyen el platino y el paladio. Otras formulaciones incluyen los óxidos metálicos, los cuales son usados en corrientes de gas que contienen compuestos clarinados ( EPA , 1998).

En un incinerador catalítico, la corriente de gas es introducida a una cámara de mezclado donde también es calentada. El gas de desecho generalmente pasa a través de un intercambiador recuperativo de calor donde es precalentado por un gas de post-combustión. El gas calentado atraviesa enseguida el lecho de catalizador. El oxígeno y los COV emigran hacia la superficie del catalizador por medio de difusión gaseosa y son adsorbidos en los sitios activos del catalizador sobre la superficie del catalizador en donde enseguida ocurre la oxidación. Los productos de la reacción de oxidación a su vez son desorbidos de los sitios activos por el gas y transferidos de vuelta por difusión hacia la corriente de gas ( EPA , 1998)

La materia particulada puede encubrir el catalizador rápidamente de manera que los sitios activos del catalizador son incapaces de ayudar en la oxidación de los contaminantes en la corriente de gas. Este efecto de MP sobre el catalizador se llama blinding (cegado), y al paso del tiempo desactivará el catalizador.

Debido a que esencialmente toda la superficie activa del catalizador está contenida en poros relativamente pequeños, la MP no necesita ser grande para cegar al catalizador. No existen reglas generales con respecto a la concentración y tamaño de la MP que puede ser tolerado por catalizadores, porque el tamaño de los poros y el volumen de los catalizadores varían ampliamente. Esta información probablemente se puede obtener de los manufactureros de catalizadores ( EPA , 1996a).

El método para hacer el contacto entre la corriente que contiene los COV y el catalizador sirve para distinguir los sistemas de incineración catalítica. Tanto los sistemas de lecho fijo como los de lecho fluido son utilizados.

Los incineradores catalíticos de lecho fijo pueden usar un catalizador monolítico o un catalizador de lecho modular (EPA, 1996a):

Incineradores de Catalizador Monolítico. El método más difundido para hacer contacto entre la corriente que contiene los COV y el catalizador es el catalizador monolítico. En este esquema el catalizador es un bloque sólido poroso que contiene canales paralelos no intersectantes alineados en la dirección del flujo de gas. Los monolitos ofrecen las ventajas de una atrición mínima debida a la expansión/contracción durante el arranque/apagado y una baja caída de la presión total.

Incineradores Catalíticos de Lecho Empacado. Un segundo esquema para hacer contacto es un lecho empacado sencillo en el cual las partículas de catalizador están sostenidas ya sea en un tubo o en bandejas poco profundas a través de las cuales pasa el gas. Este esquema no está en uso muy difundido debido a su caída de presión inherentemente alta, en comparación a un monolito, y el rompimiento de las partículas del catalizador debido a la expansión termal cuando el lecho encerrado de catalizador es calentado/enfriado durante el arranque/apagado. Sin embargo, el arreglo tipo bandeja de un esquema de lecho empacado, en donde el catalizador es granulado, es utilizado por varias industrias (por ejemplo, la impresión en offset de red por solidificación al calor).

El catalizador granulado es ventajoso cuando están presentes grandes cantidades de contaminantes tales como los compuestos de fósforo o silicio.

Los incineradores catalíticos de lecho fluido tienen la ventaja de poseer velocidades muy altas de transferencia de masa, aunque la caída de presión total es más bien mayor que la de un monolito. Una ventaja adicional de los lechos fluidos es una alta transferencia del calor al lado del lecho en comparación a un coeficiente normal de transferencia de calor de gases. Esta mayor velocidad de transferencia de calor para calentar los tubos de transferencia sumergidos en el lecho permite mayores velocidades de liberación de calor por unidad de volumen de gas procesado y, por lo tanto, puede permitir que los gases de desecho con mayores valores de calentamiento sean procesados sin exceder las temperaturas máximas permisibles en el lecho de catalizador. En estos reactores el aumento de la temperatura de la fase gaseosa desde la entrada del gas a la salida del gas es bajo, dependiendo del grado de transferencia de calor a través de las superficies de transferencia de calor incrustadas en el lecho. Las temperaturas de los catalizadores dependen de la velocidad de reacción ocurriendo en la superficie del catalizador y la velocidad de intercambio de calor entre el catalizador y las superficies de transferencia de calor incrustadas en el lecho.

Como regla general, los sistemas de lecho fluido son más tolerantes a la MP en la corriente gaseosa que los catalizadores ya sea de lecho fijo o monolíticos. Esto es debido a el roce constante de los gránulos fluidizados de catalizador entre sí, que ayudan a remover la MP del exterior de los gránulos de manera continua. Una desventaja del lecho fluido es la pérdida gradual de catalizador por atrición. Sin embargo, se han perfeccionado catalizadores resistentes a la atrición para superar esta desventaja.

Las ventajas de los incineradores catalíticos sobre otros tipos de incineradores incluyen ( AWMA , 1992; Cooper y Alley, 1994):

1. Menores requisitos de combustible;

2. Menores temperaturas de operación;

3. Pocos o ningún requisito de aislamiento;

4. Peligros de incendio reducidos;

5. Problemas de flashback (ráfaga hacia atrás) reducidos; y

6. Menor volumen/tamaño requerido.

Las desventajas de los incineradores catalíticos incluyen ( AWMA , 1992):

1. Costo inicial alto;

2. Es posible el envenenamiento del catalizador;

3. El particulado seguido debe ser removido primero; y

4. El catalizador usado que no pueda ser regenerado pudiera necesitar ser desechado.

Los incineradores catalíticos ofrecen muchas ventajas para la aplicación apropiada. Sin embargo, la selección de un incinerador catalítico debe ser considerada cuidadosamente, ya que la sensibilidad de los incineradores catalíticos a las condiciones del flujo de la corriente de entrada de los COV y la desactivación del catalizador limitan su aplicabilidad para varios procesos industriales.

AWMA, 1992. Air & Waste Management Association, Air Pollution Engineering Manual. Van Nostrand

Reinhold, New York.

Cooper & Alley, 1994. C. D. Cooper and F. C. Alley, Air Pollution Control: A Design Approach, Second

Edition, Waveland Press, Inc. IL.

EPA, 1991. U.S. EPA, Office of Research and Development, “Control Technologies for Hazardous Air

Pollutants,” EPA/625/6-91/014, Washington, D.C., June.

EPA, 1992. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, “Control Techniques for Volatile

Organic Emissions from Stationary Sources,” EPA-453/R-92-018, Research Triangle Park, NC., December.

EPA, 1995. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, “Survey of Control Technologies for Low

Concentration Organic Vapor Gas Streams,” EPA-456/R-95-003, Research Triangle Park, NC., May.

EPA, 1996a. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, “OAQPS Control Cost Manual,” Fifth

Edition, EPA 453/B-96-001, Research Triangle Park, NC. February.

EPA, 1996b. U.S. EPA, “1990 National Inventory,” Research Triangle Park, NC, January.

EPA, 1998. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, “Stationary Source Control Techniques

Document for Fine Particulate Matter,” EPA-452/R-97-001, Research Triangle Park, NC., October.