Monitoreo del punto de rocío ácido en corrientes de gas de escape

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1 World Class Asset Management Monitoreo del punto de rocío ácido en corrientes de gas de escape D Stuart Gerente de Proyecto Ametek Process & Analytical Instruments Un conocimiento práctico del punto de rocío ácido y su efecto en las emisiones de azufre puede permitir mejor a los operadores de planta a reducir los costos de mantenimiento, disminuir las emisiones y mejorar la eficiencia operativa de la planta Este artículo revisará los factores clave que deben comprender los operadores de planta para lograr estos beneficios También describirá los monitores portátiles y continuos de temperatura del punto de rocío ácido que requieren un mantenimiento mínimo y proporcionan una medición confiable y práctica del azufre en los gases de las chimeneas S e conoce comúnmente que las emisiones de dióxido de azufre (SO 2 ) de plantas de proceso contribuyen a la lluvia ácida, y muchos sitios tienen que monitorear o controlar tales emisiones Sin embargo, los problemas asociados con las emisiones de trióxido de azufre ( ) y de ácido sulfúrico (H 2 ) son menos reconocidas También es menos conocido que el ácido sulfúrico en los gases de chimeneas contribuye a serios y costosos problemas de mantenimiento Cuando se queman combustibles que contienen azufre, el azufre se oxida a SO 2 Si hay suficiente oxígeno disponible, parte de dicho SO 2 se oxida aún más a En la mayoría de los casos, el representa una fracción pequeña, pero significativa, del azufre oxidadotípicamente se trata de un reducido porcentaje del total La mayoría de los combustibles sólidos y líquidos contiene algo de azufre, la mayor parte de las hullas, aceite pesado, coque de petróleo y combustibles Orimulsion en base a alquitrán, típicamente contiene entre un 05% y un 3% de azufre por peso Si hay agua, esta puede reaccionar con el para formar H 2 en una reacción reversible La reacción de disociación se favorece a temperaturas más altas, tal como se muestra en la Figura 1 A bajas temperaturas, por debajo de 200 C, todo el se presenta como H 2 Por arriba de 500 C, se trata casi totalmente de libre El punto de equilibrio también depende de la concentración de vapor de agua a una temperatura dada Habrá más del inicial presente como H 2 cuando la concentración de agua es alta Donde se forme ácido sulfúrico, un número de factores afecta la cantidad de libre y H 2 presentes en los gases de la chimenea Esta proporción aumenta si el combustible contiene sustancias tales como vanadio, que actúa como un catalizador fomentando la formación de Los combustibles a base de petróleo contienen más vanadio que la hulla, de modo que la concentración de, por lo general, es mayor al quemar aceite que al quemar hulla El también se adsorbe en las cenizas volantes Las cenizas, por lo general, tienen un ph básico, y de este modo el ácido se liga fácilmente a la superficie, resultando en niveles bajos de libre Las cenizas, junto con el adsorbido, se eliminan de la corriente gaseosa mediante precipitadores o cámaras de filtros de bolsas 33

2 World Class Asset Management Figura 1 Fracción de inicial presente como H 2 Los administradores de la calidad del aire cada vez tienen una mayor preocupación con respecto a cuestiones de visibilidad que surgen de las emisiones de sulfatos en aerosol Los aerosoles de ácido sulfúrico también contribuyen a las emisiones de PM 25 que pueden afectar de manera negativa a la salud humana Además, los problemas de los penachos azules han sido vinculados con sistemas de reducción catalítica selectiva (SCR) utilizados para reducir las concentraciones de NO x El catalizador aparentemente ayuda a promover la reacción de SO 2 a La presencia de en los gases de la chimenea puede conducir a un número de consecuencias indeseables El ácido sulfúrico se condensa a temperaturas muy superiores a los 100 C Si la temperatura del gas disminuye por debajo del punto de rocío ácido, se forma un aerosol de ácido sulfúrico, y también se formará una película de ácido sulfúrico en cualquier superficie expuesta con una temperatura por debajo del punto de rocío Las gotas de aerosol son muy pequeñas, típicamente de aproximadamente 1 µm, de modo que pueden dispersar la luz de manera muy eficaz Si hay ácido sulfúrico presente en los gases a la salida de la chimenea, el aerosol condensante forma un así denominado penacho azul Una vez formados, tales penachos son muy persistentes y pueden tener un impacto negativo en la visibilidad a una gran distancia de la fuente Cuando se permite que la materia particulada se acumule en los conductores, pueden formarse aglomeraciones de partículas, y el se adsorberá sobre estas partículas, tal como se ha indicado previamente Cuando tales aglomeraciones se desprenden, pueden emitirse de la chimenea como hollines ácidos trozos de polvo altamente corrosivo que atacan las superficies sobre las cuales aterrizan, incluidos automóviles cercanos, casas y vegetación Para los operadores de planta, las consecuencias más graves ocurren cuando los gases caen por debajo del punto de rocío dentro del proceso La corrosión es una consecuencia inevitable cada vez que se deposita ácido sulfúrico caliente sobre una superficie metálica Las superficies recubiertas con vidrio son una opción, pero son muy costosas de instalar Por lo general, es mejor mantener la temperatura por arriba del punto de rocío Esta no es una cuestión trivial, ya que el aumento de la temperatura de salida de la chimenea disminuye la eficiencia térmica de la planta y aumenta los costos del combustible Claramente, existe una temperatura óptima de operaciónque esté de manera segura por arriba del punto de rocío pero tan cerca al mismo como pueda arreglarse prácticamente (Figura 2) La corrosión de extremo frío puede ocurrir en cualquier lugar en que disminuya la temperatura 34

3 Figura 2 Condiciones operativas óptimas para una máxima eficiencia del hervidor fre del combustible en la zona de combustión, formando sales sólidas que se precipitan desde la corriente de gas Junto con la eliminación de las cenizas volantes, ésta es la principal estrategia de mitigación tanto para la formación de como para las emisiones de sulfato en aerosol Otro enfoque es utilizar un precipitador húmedo que efectivamente recoja el sulfato en aerosol Sin embargo, cualquier estrategia para lidiar con y H 2 requiere un método para medir su concentración en los gases de las chimeneas Esto puede resultar bastante difícil, especialmente si se requiere una medición continua del gas, o donde las condiciones ambiente puedan conducir a un enfriamiento de la superficie Los intercambiadores térmicos, los conductos expuestos y las chimeneas son especialmente vulnerables Puede utilizarse un número de estrategias para minimizar la formación de y las emisiones relacionadas Los depuradores con agua, tales como aquellos utilizados para eliminar el SO 2, tienden a ser ineficaces para eliminar los aerosoles de ácido sulfúrico porque las gotas son demasiado pequeñas como ser atrapadas en los fangos de los depuradores Una solución es utilizar aditivos para combustibles, tales como óxido de magnesio (MgO) o hidróxido de magnesio (MgOH) Estos reaccionan con el azu- Figura 4 Sensor del punto de rocío ácido Lo anterior no significa mucho sin disponer de un método práctico y confiable para medir la concentración de El método 8 de la Agencia de Protección Medioambiental de EEUU, Determinación de Emisiones de Ácido Sulfúrico y Dióxido Sulfúrico Provenientes de Fuentes Estacionarias, ha sido desde hace tiempo el método utilizado Como método que emplea agentes químicos húmedos, resulta un poco engorroso y no es idóneo para realizar mediciones rápidas ni continuas Por otra parte, puede utilizarse un sensor de la temperatura del punto de rocío ácido (ADT) para monitorear de manera eficaz la concentración de ácido sulfúrico de manera continua o Figura 3 Sensor de temperatura del punto de rocío ácido 35

4 World Class Asset Management periódica El sensor consta de un termopar de metales preciosos y un electrodo de anillo incrustado en un dedal de vidrio, tal como se muestra en la Figura 3 La Figura 4 muestra una vista esquemática del sensor El termopar mide la temperatura de la superficie mientras el interior del dedal es enfriado por un flujo de aire Se forma una película de ácido sulfúrico sobre el sensor cuando se enfría el sensor por debajo del punto de rocío ácido El ácido es muy conductor de modo que la conductividad entre el electrodo de anillo y el termopar proporciona un indicio del grosor de la película Cuando el sensor se encuentra a la temperatura de punto de rocío Figura 5 Monitor ADT portátil Figura 6 Monitor ADT fijo mostrando el sistema de limpieza ácido, las velocidades de evaporación y deposición son iguales, de modo que el grosor de la película y, por ende, su conductividad, resultan constantes El primer monitor ADT basado en este diseño de sensor apareció en 1965 Si bien las mejoras en los componentes electrónicos y los modernos controles neumáticos con el correr de los años han producido una mayor eficiencia y capacidad de utilización, el principio de medición sobre el cual se basa el analizador ha continuado siendo esencialmente el mismo Un moderno monitor ADT portátil, como el Lancom 200 mostrado en la Figura 5, consta de una sonda con un sensor montado en la punta y una unidad de control portátil que incluye un regulador del flujo de aire y componentes electrónicos para medir la conductividad y la temperatura del termopar El registro y la impresión de los datos permiten almacenar las 36

5 mediciones sucesivas para su ulterior análisis Esta configuración es muy práctica porque permite al operador analizar un número de puntos diferentes en una planta de proceso y registrar los datos en tiempo real, antes de descargarlos a una PC para su subsiguiente análisis La unidad es liviana (10 kg) pero lo suficientemente robusta para un uso regular en los entornos industriales más exigentes Todo lo que se requiere es un suministro local de aire comprimido y un punto de acceso apropiado para la sonda para realizar el muestreo Un operador sin ninguna destreza especial puede completar el monitoreo La unidad puede capturar y almacenar más de lecturas La limpieza del sensor de punto de rocío es muy importante La materia particulada que contamina la cara del sensor alterará la medición de conductividad, haciendo que resulte imposible determinar cuándo se ha llegado al punto de rocío Con un analizador portátil, esto no representa un problema Un operador simplemente puede limpiar el sensor después de cada medición En el caso de un punto de rocío continuo, es mucho más difícil mantener limpio al sensor Es posible emplear un sistema de lavado con agua Sin embargo, sin un control cuidadoso, existe la posibilidad de que el choque térmico del agua fría que entra en contacto con el vidrio caliente agriete al sensor Se ha encontrado que el esquema siguiente funciona bien: a) Enfríe el sensor utilizando el flujo máximo disponible de aire de enfriamiento b) Enfríe el sensor aún más utilizando una neblina de baja presión de aire y agua c) Limpie el sensor utilizando un chorro de alta presión de aire y agua Mediante esta técnica de enfriamiento, el tiempo práctico de instalación de un monitor ADT puede aumentar desde unas pocas horas hasta muchos meses antes de requerirse una limpieza manual Llegamos a todos los sitios Boletín Electrónico montajes einstalaciones suscríbase en: jlrubio@rbies