TEMA 2 ELIMINACIÓN DE NOx

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1 TEMA ELIMINACIÓN DE NOx

2 1. Contaminación por Óxidos de Nitrógeno 1.1. Los óxidos de Nitrógeno TEMA. ELIMINACIÓN DE NOx Grupo principal (NOx): N O NO (90%) NO

3 1.. Origen de los NOx 1. Contaminación por Óxidos de Nitrógeno Origen natural: Incendios forestales, erupciones volcánicas, N O por metabolismo microbiano a partir de fertilizantes en el suelo, rayos. Total: millones Tm/año Origen antropogénico: básicamente en procesos de combustión Por sectores:

4 1. Contaminación por Óxidos de Nitrógeno 1.3. Clasificación según su origen NO TÉRMICO T > C, a partir de N y O del aire - En Exceso de O O* + N NO + N* N* + O NO + O* - En Exceso de Combustible N* + OH NO + H* NO puntual o inmediato, inestable, a partir de oxidación de intermedios HCN de hidrocarburos C-H* + N HCN* + N* NO ESTRUCTURAL o del combustible, T > C Generación principalmente en la llama de combustión Factores: T (especialmente NO térmico), tiempo de residencia y relación oxidante/reductor (especialmente NO estructural)

5 1. Contaminación por Óxidos de Nitrógeno

6 1. Contaminación por Óxidos de Nitrógeno 1.3. Clasificación según su origen NO : Formado a partir de NO. Equilibrio favorecido termodinámicamente a baja T: formado básicamente en el exterior de chimeneas. Limitación cinética: Paso NO a NO muy lento en el exterior NOx de fuentes sin combustión: Fabricación de HNO 3 y ácido adípico Efecto del combustible

7 1.4. Efectos 1. Contaminación por Óxidos de Nitrógeno N O: gas efecto invernadero NO, NO : lluvia ácida, smog fotoquímico. destrucción ozono

8 1.4. Efectos 1. Contaminación por Óxidos de Nitrógeno Sobre la salud: - NO: reacciona con la hemoglobina para formar metahemoglobina (cianosis y posible fallecimiento en f. de la dosis) - NO : causante, por inhalación, de edema pulmonar. La dosis letal es de 00 ppm. La exposición crónica a bajas dosis puede producir ataque de tos, dolores de cabeza, pérdida de apetito y desórdenes gastrointestinales - N O: Utilizado como anestésico (gas de la risa), puede producir polineuropatía y mielopatía

9 1.5. Datos sobre generación de NOx 1. Contaminación por Óxidos de Nitrógeno

10 1. Contaminación por Óxidos de Nitrógeno 1.5. Datos sobre generación de NOx

11 TEMA. ELIMINACIÓN DE NOx. Normativa Inmisión: Tema 0 Emisiones en distintas fuentes (Tema 0): - Grandes Instalaciones de Combustión, centrales térmicas > 50Mw y refinerías de petróleo (RD 430/004 ) Situación para los próximos años: Contaminante SO NO x Kt en el año 010 (*) COV 74 NH 3 396

12 TEMA. ELIMINACIÓN DE NOx 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx TÉCNICAS PRIMARIAS SECUNDARIAS Absorción con reacción química Reducción homogénea no catalítica Reducción catalítica (heterogénea) Reducción Catalítica Selectiva (SCR) Reducción Catalítica No Selectiva (NSCR)

13 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx 3.1. Técnicas Primarias Orientadas a minimizar la generación de NOx Basadas en el control del proceso de combustión: Disminución de T de combustión Disminución de tiempo de residencia Disminución de la relación O /C a) Inyección de vapor (bajar T, disminución NO térmico) b) Disminución del exceso de aire (bajar O exceso, disminución NO estructural) c) Combustión con O puro (disminución NO térmico, caro) d) Combustibles con menos N (disminución NO estructural) e) Combustión catalítica (reduce mucho la T de combustión y el tiempo de residencia, disminución de NO térmico) f) Recirculación de gas efluente (disminuye la conc. de O en la combustión, y disminución de T )

14 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx 3.. Técnicas Secundarias: Absorción con reacción química Absorción con H SO 4. Reacciones químicas implicadas 1) ) 3) 4) NO + NO N O Fase gas NO + NO N O NO 3 + H + H H + H SO O NO 4 3 HSO O HSO 4 H 4 NO + H NO + H O O Fase líquida Absorción: alta P, baja T, alta [acido] Desabsorción: baja P, alta T.

15 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx 3.. Absorción con reacción química Absorción con H SO 4. Aire tratado (450 ppm) Sulfúrico, 80% Vapor + NOx Absorción 35ºC 1,8 bar Desabsorción 170ºC 0.5 bar HNO 3 (l) Aire con NOx (3500 ppm) Corriente de HSO 4 NO Enfriamiento del sulfúrico Vapor H O

16 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx 3.. Absorción con reacción química Proceso TYCO. - Incorpora eliminación de SO - Recupera subproductos HNO 3 y H SO 4 Aire limpio (reducción NOx 90%) Aire contaminado con SO y NOx Reactor Niebla de H SO 4, NO, NO NO NO,NO Lavador Unidad Oxidación NO Aire H SO 4, NOHSO 4 H O H SO 4 (c) NO,NO Vapor o aire caliente Vapor H O Unidad de desabsorción Evaporador Absorción de HNO 3 Condensado H SO 4 HNO 3 H SO 4

17 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx 3.. Absorción con reacción química Lavado con Mg(OH) - Desarrollado por EXXON - Aplicado a centrales térmicas convencionales (gas con PS, SO y NOx) Aire limpio NO reciclado Mg(OH) Unidad de oxidación Reciclo HNO3 Planta de energía Torre de lavado Torre de lavado H O Tanque sedimentador MgSO 3 Cámara de descomposición Cámara de descomposición Mg(NO) SO Mg(OH) Aire Reactor NH3 NH 4 NO 3 Planta de H SO 4 H SO 4

18 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx 3.3. Técnicas Secundarias: Reducción homogénea no catalítica Aire limpio (N y H O) (Decoloración) (Eliminación) (Combustión) CH CH CH 4 + 4N NO CO + O 4NO + CO CO + H + H O + N O + H O Dispositivo de ignición Aire Contaminado Gas Natural Reducción con gas natural El gas actúa también como combustible para aportar energía Aplicaciones a pequeña escala: coste del gas, no subproductos

19 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx 3.4. Técnicas Secundarias: Reducción catalítica Reducción catalítica no selectiva (NSCR) Aplicaciones principales: - Plantas de ácido nítrico - Catalizadores en vehículos a motor Aplicación en plantas de ácido nítrico: Similar al caso homogéneo pero sobre catalizadores: (Decoloración) CH 4 + 4N0 4NO + CO + H O (Eliminación) CH 4 + 4NO CO + H O + N (Combustión) Reductor: HC, CO, metano, H CH 4 + O CO + H O Precalentador Reactor catalítico Aire contaminado Turbina

20 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx 3.4. Técnicas Secundarias: Reducción catalítica Reducción catalítica no selectiva (NSCR) Condiciones: - Catalizador: Pd, Pt o Rh - Temperatura 800º (HC, CO, metano) - Temperatura 450º (H ) - Importante: ausencia de O Reducción catalítica selectiva (SCR) Los NOx seleccionan al NH 3 para reducirse entre ºC en presencia de O 4NO + 4NH 3 + O 4N + 6H O 6NO + 8NH 3 7N + 1H O

21 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx Reducción catalítica selectiva (SCR) Condiciones: Rendimiento Defecto energético Se oxida el amoniaco: 4 NH O N + 6 H O NH 3 + O N O + 3 H O 4 NH O 4 NO + 6 H O 00 T (ºC) 500 Estequiometría:

22 Proceso: 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx Reducción catalítica selectiva (SCR) Aire contaminado Lecho catalítico Turbina de gas Amoniaco (4-5% en aire o vapor) Cámara de mezcla Recuperación de calor Problema derivado del NH 3 : difícil manejo, poco disponible Solución: Uso de HC como reductores, básicamente gas natural: a n ano + C m H n mco + N + H O

23 Catalizadores: 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx Reducción catalítica selectiva (SCR) - Metales nobles soportados sobre alúmina: T bajas (00-300ºC), pero sensibles - V O 5 soportado (TiO ): mas resistente pero necesita más T ( º) - Uso de Zeolitas: ZSM5, ferrierita, mordenita, soportando metales como Cu, Co, Ga, Mn, Ni (T aprox 500º) Estructura monolítica: - Reduce ensuciamiento por PS o formación de sulfatos del SO - Soporte monolítico: TiO, sepiolita, bentonita.

24 3. Técnicas empleadas en la eliminación de NOx Reducción catalítica selectiva (SCR)

25 TEMA. ELIMINACIÓN DE NOx 4. Control de emisiones en motores de combustión interna 4.1. Problemática: Emisiones del tráfico: CO: 80% del CO en RGU PS: 35% de las PS en RGU. Partículas carbonosas (hollín) Plomo NOx térmico HC gaseosos sin quemar SO x no presentes Motor Partículas (mg/km) Hidrocarburos (g/km) NOx (g/km) CO (g/km) Otto sin TWC Otto con TWC Diesel Normativa: directiva 98/69/CE

26 4. Control de emisiones en motores de combustión interna Valores límite de emisión para vehículos de gasolina (Resumen Directiva 98/69/CE) GASOLINA FECHA CO (g/km) HC (g/km) NO x (g/km) PLAZO I 1/7/199 4,05 0,66 0,49 PLAZO II 1/1/1996 3,8 0,34 0,5 PLAZO III 1/1/000,30 0,0 0,15 PLAZO IV 1/1/005 1,00 0,10 0,08 Valores límite de emisión para vehículos diesel (Resumen Directiva 98/69/CE) DIESEL FECHA CO (g/km) HC (g/km) NO x (g/km) PART. (g/km) PLAZO I 1/7/199,88 0,0 0,78 0,14 PLAZO II 1/1/1996 1,06 0,19 0,73 0,10 PLAZO III 1/1/000 0,64 0,06 0,50 0,05 PLAZO IV 1/1/005 0,50 0,05 0,5 0,05

27 4. Control de emisiones en motores de combustión interna 4.. Solución: Reactor que transforme: a) HC, CO a O (combustión) b) NOx a N (reducción) Reactor catalítico en la salida de los gases Evolución: - Hasta 1980: sólo oxidación de CO e HC - Necesidad de eliminar NOx: catalizadores duales: Etapa 1 Etapa O Etapa 1: Reducción NOx Catalizador: Ru Etapa : Oxidación CO y HC Catalizador: Pd, Pt - Desde década 80: TWC (catalizadores de tres vías)

28 4. Control de emisiones en motores de combustión interna 4.3. Catalizadores de tres vías: Fundamento: Oxidación CO y HC, y reducción NOx simultáneas en un solo paso Sistema robusto, admite variaciones T y poca desactivación Mantiene una relación aire combustible adecuada: Necesario relación próxima a la estequiométrica

29 4. Control de emisiones en motores de combustión interna 4.3. Catalizadores de tres vías:

30 4. Control de emisiones en motores de combustión interna 4.3. Catalizadores de tres vías: Sonda λ Permite realizar correcciones de la composición de la mezcla inicial según la cantidad de oxígeno presente en los gases de escape del motor

31 4. Control de emisiones en motores de combustión interna 4.3. Catalizadores de tres vías: Fase activa: Metales nobles. Pd, Pt, Rh ( % peso) Soportes: CeO 10 0% en peso γ - Alúmina Estructura monolítica cerámica o metálica

32 4. Control de emisiones en motores de combustión interna 4.3. Catalizadores de tres vías: Recinto donde se localizan los monolitos cerámicos

33 4. Control de emisiones en motores de combustión interna 4.3. Catalizadores de tres vías: Monolitos cerámicos

34 4. Control de emisiones en motores de combustión interna 4.4. Catalizadores de Oxidación: Motores Diesel: - Mayor contenido en PS e HC (combustible más pesado) - Menos emisión de NOx (menos T) Filtro + Catalizador de oxidación

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