Jornada TL s: tecnologías limpias de desodorización TÍTULO DE LA PONENCIA: TECNOLOGÍAS DE OXIDACIÓN TÉRMICA CATALÍTICOS. AUTOR: Eduardo Fernández

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1 El Fondo Social Europeo contribuye al desarrollo del empleo, impulsando la empleabilidad, el espíritu de empresa, la adaptabilidad, la igualdad de oportunidades y la inversión en recursos humanos Jornada TL s: tecnologías limpias de desodorización TÍTULO DE LA PONENCIA: TECNOLOGÍAS DE OXIDACIÓN TÉRMICA REGENERATIVA. SISTEMAS CATALÍTICOS Y NO CATALÍTICOS AUTOR: Eduardo Fernández FECHA: ACCIONES GRATUITAS para trabajadores activos de PYMES y profesionales autónomos relacionados con el sector medioambiental que desarrollen su actividad en la Comunitat Valenciana Acciones cofinanciadas por el Fondo Social Europeo en un 70% (para Objetivo 1) y por la Fundación Biodiversidad, en el marco de los Programas Operativos de "Iniciativa Empresarial y Formación Continua"

2 El Fondo Social Europeo contribuye al desarrollo del empleo, impulsando la empleabilidad, el espíritu de empresa, la adaptabilidad, la igualdad de oportunidades y la inversión en recursos humanos INDICE: 1. Breve Introducción a la Tecnología OTR (Oxidación Térmica Regenerativa) 2. Tratamiento de emisiones mediante sistemas catalíticos de Oxidación Térmica 3. Tratamiento de emisiones mediante Sistemas No Catalíticos de Oxidación Térmica a Alta Temperatura 4. Parámetros Principales ESPACIO de Diseño RESERVADO de una Planta OTRPARA LA 5. Otras consideraciones prácticas PRESENTACIÓN para el diseño de una planta 1 de tratamiento OTR 6. Estudio del sistema de tratamiento a aplicar en un caso concreto 7. Tratamiento conjunto de COV s y olores 8. Diseño y construcción de equipos OTR. Aspectos prácticos y opciones posibles en varios casos reales, en España 9. Una visita guiada al interior de la cámara de oxidación 10. Conclusiones ACCIONES GRATUITAS para trabajadores activos de PYMES y profesionales autónomos relacionados con el sector medioambiental que desarrollen su actividad en la Comunitat Valenciana Acciones cofinanciadas por el Fondo Social Europeo en un 70% (para Objetivo 1) y por la Fundación Biodiversidad, en el marco de los Programas Operativos de "Iniciativa Empresarial y Formación Continua"

3 El Fondo Social Europeo contribuye al desarrollo del empleo, impulsando la empleabilidad, el espíritu de empresa, la adaptabilidad, la igualdad de oportunidades y la inversión en recursos humanos 1. BREVE INTRODUCCIÓN ESPACIO RESERVADO A LA TECNOLOGÍA PARA LA OTR (OXIDACIÓN PRESENTACIÓN TÉRMICA REGENERATIVA) 2 y siguientes ACCIONES GRATUITAS para trabajadores activos de PYMES y profesionales autónomos relacionados con el sector medioambiental que ACCIONES GRATUITAS para trabajadores activos de PYMES y profesionales autónomos relacionados con el sector medioambiental que desarrollen su actividad en la Comunitat Valenciana Acciones cofinanciadas por el Fondo Social Europeo en un 70% (para Objetivo 1) y por la Fundación Biodiversidad, en el marco de los Programas Operativos de "Iniciativa Empresarial y Formación Continua"

4 Tratamiento por Oxidación Térmica de un caudal aire contaminado: COV s CO 2 + H 2 O NH 3 NO x Aire + SH 2 T SO 3 + Q CO CO 2 Organoclorados t XH + CO 2 + H 2 O Etc. La eficiencia de destrucción de estos contaminantes dependerá básicamente de la temperatura del reactor,,y del tiempo de residencia en el mismo. La reacción es exotérmica La cantidad de calor producida en la oxidación dependerá de la naturaleza del contaminante (poder calorífico específico), y de su concentración Cada caso requiere un tratamiento específico En algunos casos se puede requerir un pre-tratamiento del aire contaminado. Menos frecuente es la En algunos casos se puede requerir un pre tratamiento del aire contaminado. Menos frecuente es la necesidad de un tratamiento en serie posterior a la oxidación térmica

5 Concepto del Punto Autotérmico: El calor producido por la Oxidación Térmica de los COV s permite mantener la temperatura de oxidación sin aporte externo de energía Oxidación de Aldehídos: Formaldehído: CH 2 O + O 2 CO 2 + H 2 O Δ H = - 570,7 kj/mol Acetaldehído: CH3CHO + O2 2CO 2 +2H 2 O H= kj/mol Propanal: CH 3 CH 2 OH + 4 O2 3 CO H 2 O H = kj/mol Oxidación de Alcoholes: Metanol: CH 3 OH + 3/2 O 2 CO H 2 O Δ H = - 763,7 kj/mol Etanol: CH 3 CH 2 OH + 3 O 2 2 CO H 2 O H = ,4 kj/mol Fenol: C 6 H 5 OH + 7 O2 6CO 2 +3H 2 O H= ,2 2 kj/mol

6 Desodorización mediante Oxidación Térmica Regenerativa (OTR) 1. Los malos olores se producen por determinados compuestos orgánicos volátiles que tienen la propiedad de oler mal 2. El mal olor se puede medir o comparar 3. La contaminación odorífera es molesta y por tanto provoca protestas y rechazo de determinadas actividades industriales en que el mal olor es casi como un subproducto del proceso. 4. La tecnología permite eliminar estos olores. La cuestión es saber si el valor añadido o el servicio social que preste compensa los costes de tratamiento del olor 5. Hay diversas tecnologías para tratamiento de olores. En función de los caudales y concentraciones, unas puede ser más adecuadas que otras. a) Caudales pequeños: adsorción sobre carbón activo. b) Caudales grandes y concentraciones bajas: biofiltros c) Caudales intermedios (5.000 a Nm 3 /h, OTR d) Otras tecnologías pueden ser aplicables en determinados casos

7 2. TRATAMIENTO DE EMISIONES MEDIANTE SISTEMAS CATALÍTICOS DE OXIDACIÓN TÉRMICA

8 Consideraciones Generales sobre los Sistemas Catalíticos 1. La acción del catalizador permite que la reacción de oxidación se efectúe a más baja temperatura ( ºC) 2. Riesgo de desactivación del catalizador por contaminantes y/o impurezas del aire contaminado (Venenos) 3. La duración del catalizador es limitada. Por tanto, se deberán hacer recargas periódicas, con el consiguiente coste. 4. Los catalizadores más habituales son óxidos de metales nobles y/o óxidos de tierras raras. 5. Actualmente su aplicación parece limitada a casos muy específicos. Han sido desplazados por sistemas no catalíticos a alta temperatura

9 Sistemas de Oxidación Térmica Catalíticos (OC) / Sistemas Recuperativos Oxidación catalítica.

10 Aprovechamiento de la energía: Sistemas recuperativos Salida de gas purificado Lado Frío Entrada de gas purificado Entrada d gas a trata Lado Caliente Salida del gas a tratar precalentado

11 Selección del catalizador más adecuado Colmatación y desactivación por partículas sólidas Envenenamiento por determinados contaminantes Dada la variabilidad de los procesos industriales, es conveniente un estudio con una unidad piloto para evaluar la viabilidad de esta solución en un caso concreto Ejemplo: Venenos para catalizadores empleados en la reucción de los niveles de NO x Elementos alcalinos > 5 mg/nm³ Elementos alcalino-térreos > 1 mg/nm³ Ácido Clorhídrico > 100 mg/nm³ Ácido Fluorhídrico > 1mg/Nm³ Comp. Organo-fosforados > 0,005 mg/nm³ Comp. Organo-silíceos > 0,005 mg/nm³ Pb y Zn > 0,1 mg/nm³ Hg y Cd > 01 0,1 mg/nm³ La desactivación del catalizador causada por los compuestos descritos es generalmente- irreversible

12 3. TRATAMIENTO DE EMISIONES MEDIANTE SISTEMAS NO CATALÍTICOS DE OXIDACIÓN TÉRMICA A ALTA TEMPERATURA (800 ºC)

13 Consideraciones Generales sobre los Sistemas No catalíticos a Alta Temperatura 1. Mayor versatilidad al no existir riesgo de envenenamiento del catalizador 2. Necesidad de intercambiadores de calor muy eficientes para un consumo energético razonable. 3. Los sistemas regenerativos permiten eficiencias térmicas del orden del % 4. En los sistemas de intercambio de calor de tipo regenerativo, el aire caliente atraviesa una masa cerámica con un área superficial muy elevada, calentándola. A continuación el aire frío pasa por el mismo conducto, calentándose en contacto con la masa cerámica caliente. Cuanto mayor el área superficial, mayor la eficiencia térmica. 5. En general, a mayor eficiencia térmica mayor pérdida de carga, y por tanto mayor consumo eléctrico del ventilador de impulsión del caudal de aire contaminado a tratar.

14 Oxidación Térmica Regenerativa (OTR). Sistemas de 2 Torres mperatura de Oxidación = 800 ºC empo mín. de residencia = 0,6 seg. iciencia de Destrucción: > 98 % iciencia Térmica: > 95 % Bypass caliente para detraer calor del sistem Ciclo de conmutación de válvulas l 2 min.

15 Sistemas OTR con Tres Torres de Intercambio de Calor Intercambiador de calor con bloques cerámicos (3 torres) Eficiencias de destrucción 99,5 %

16 4. PARÁMETROS DE DISEÑO DE UNA PLANTA OTR

17 Parámetros principales para el diseño de una planta OTR: 1. Caudal de aire contaminado a tratar, en Nm 3 /h. Valores mínimos, medios y máximos. 2. Eficiencia de destrucción que se requiere para asegurar el cumplimiento de la normativa, en función de la concentración de los COV s en el aire contaminado (2 torres vs. 3 torres) 3. Naturaleza, y concentración de los contaminantes: presencia de otros compuestos que puedan interferir en el proceso 1. Presencia de partículas, aerosoles, halógenos, etc. Posibilidad/Necesidad d/n id d de emplear prefiltros, previos a la entrada en la OTR 2. Riesgos de corrosividad. Precalentamiento a una temp. superior al punto de rocío 3. Riesgos de explosividad: medición redundante de LEL, dilución con aire fresco, smoothing beds, etc 4. Posibilidad de concentración previa, en casos de caudales muy elevados y concentraciones de COV s bajas. Generalmente por adsorción de los COV s sobre un adsorbente adecuado. d 4. Costes de inversión inicial y costes de funcionamiento. 5. Necesidades de espacio y suministros de energía disponibles 6. Disponibilidad: horas de funcionamiento por año

18 5 OTRAS CONSIDERACIONES PRÁCTICAS PARA EL 5. OTRAS CONSIDERACIONES PRÁCTICAS PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO OTR

19 1. Naturaleza y tipo de relleno cerámico para intercambio de calor 2. Aislamiento interno y externo 3. Estanqueidad y volumen muerto del sistema 4. Materiales de construcción

20 Eficiencia Térmica. intercambiadores de calor cerámicos Sistemas de rellenos cerámicos disponibles en el marcado Saddles Ty-Pak "Multilayer" o Multicapa "Honeycomb" o celdilla de abeja (Monolíticos, o Estructurados)

21 Características de los rellenos cerámicos Los parámetros fundamentales a considerar: - Área superficial por unidad de volumen - Pérdida de carga vs. Área superficial - Estabilidad mecánica, térmica y química - Porosidad y características de adsorción po Material a Granel: jo turbulento rdida de carga elevada dimentación de polvo en las vidades bre intercambio de calor Tipo Monolítico: Flujo laminar Baja pérdida de carga Sedimentación de polvo baja Área de intercambio de calor superior

22 Características de los rellenos cerámicos Diferencias de rendimiento entre los diversos tipos de cerámicas Diferencias debidas a la naturaleza de los materiales (de poca importancia) Diferencias debidas a la geometría de los materiales (de gran importancia) HoneyComb CTP Mutltilayer MLM Ty-Pak Saddle Tipo 40 X X P Pulg. Área Superficial Volumen Vacío Densidad Aparente g/cm 3 0,96 1,06 0,83 1,08 0,63 0,57 0,69 Longitud Flujo Laminar Eficiencia Típica de % % % 90 % Intercambio de Calor

23 Esquema tipo de una planta de Oxidación Térmica Aislamiento térmico interior Cámara de oxidación (800 ºC) mperatura terior 60 ºC Disposición de los bloques cerámicos de forma densa y estanca Diseño compacto para minimizar las necesidades de espacio requerido Salida de aire Purificado Entrada de aire Contaminado

24 Otros elementos de diseño del sistema Alta Temperatura: Cerámica porosa: coeficiente de dilatación térmica elevado pueden combinar ques cerámicos n mallas diferentes ra evitar posibles lmataciones Baja temperatura: Cerámica no-porosa: no efectos de adsorción de contaminantes Fiabilidad mecánica de las válvulas neumáticas: Funcionamiento ininterrumpido y con mantenimiento mínimo. Válvula neumática de émbolo vertical Estanqueidad, resistencia a temperatura elevadas, y mínimo volumen muerto

25 Sistemas SCR (Reducción Catalítica Selectiva) para reducción de NOx y COV s simultáneamente (AutoNox) Pantallas deflectoras para evitar canales preferenciales en la cámara de Oxidación Térmica Aislamiento interno para disminuir las pérdidas de calor por radiación Torre C Capa de soporte cerámico impregnado con catalizador Torre B Torre A Relleno Cerámico Recuperación de Calor

26 6. ESTUDIO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO A 6. ESTUDIO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO A APLICAR EN UN CASO CONCRETO

27 Concentración de COV s en mgc/nm 3 Diversas Tecnologías de Tratamiento Disponibles -Recuperación de los COV s: criocondensación por ejemplo -Biodegradación: biofiltros -Destrucción: técnicas de oxidación térmica - Catalíticas o de alta temperatura - Recuperativas o Rgenerativas -Otras: lavado de los gases, adsorción de COV s sobre un material absorbente, etc. Caudal de aire contaminado a tratar en Nm 3 /h

28 6.1. NORMATIVA Y LEGISLACIÓN - Licencia Ambiental Integrada - Límite máximo de emisión permitido - Ayudas o desgravaciones disponibles - Legalización de las instalaciones - Plazos de ejecución del proyecto - Etc.

29 2. PARÁMETROS DE PROCESO Caudal de aire contaminado a tratar. (Valores máximo, medio y mínimo) Naturaleza y concentración de los COV s / Olores a destruir Eficiencia de destrucción que se requiere para cumplimiento de normativa Conducciones desde los diversos focos hasta la unidad central de tratamiento, y regulación de presiones. Bypas de emergencia, y parada accidental. Aislamiento térmico para prevenir posibles condensaciones, etc. Condiciones de seguridad: clasificación del área, posibles puntas de concentración, corrosividad potencial, riesgos de colmatación por partículas, etc Posibilidades de recuperación de energía y uso de la misma Posibles modificaciones de proceso para: a) Disminuir el caudal. b) Aumentar la concentración c) Evitar productos problemáticos (Ej. disolv. clorados) d) Posible presencia de polvo, aerosoles, over-spray, etc e) Disminuir riesgos de seguridad: explosión, incendio, etc.

30 6.3. DISPONIBILIDADES EN FÁBRICA 1. Fuente de energía disponible 2. Necesidades de espacio que se requieren y ubicación de la unidad de tratamiento. 3. Conducciones desde los diversos focos hasta la unidad central de tratamiento, y regulación de presiones. 4. Bypas de emergencia, y parada accidental. 5. Aislamiento térmico para prevenir posibles condensaciones, etc. 6. Condiciones de seguridad: puntas de concentración, corrosividad, colmatación por partículas, etc. 7. Otros suministros necesarios: alimentación eléctrica, aire comprimido, línea ISDN, fuente de energía disponible (gas natural, propano, biogas, gasoil, etc) 8. Accesibilidad y maniobrabilidad.

31 Emisión Emisiones a la atmósfera Sistema Tratamiento de Emisiones Materias Primas Otros Imputs PROCESO Producto Acabado Efluentes Depuradora de Aguas Residuales Vertido

32 ESTRATEGIA DE TRATAMIENTO MÁS SIMPLE: TRATAMIENTO DIRECTO Aire purificado + CO 2 + H 2 O (v) Colector general: recoge las emisiones de los diversos focos Sistema Tratamiento: 100 % del caudal PROCESO Energía

33 ESTRATEGIA DE TRATAMIENTO MÁS COMPLEJA: MODIFICACIÓN DE PROCESO (RECIRCULACIÓN) Aire purificado + CO 2 + H 2 O (v) Colector general: recoge una parte de las emisiones de los diversos focos Sistema Tratamiento: solo % del caudal total: Menor Caudal Mayor conc. de COV s PROCESO Ventajas: Menor consumo de energía. Menor tamaño y coste inicial de de la OTR Desventajas: Modificaciones a efectuar y ajustes en el proceso Coste de las modificaciones

34 ESTRATEGIA DE TRATAMIENTO INTERMEDIA: CONCENTRACIÓN PREVIA SIN MODIFICACIÓN DE PROCESO (ADSORCIÓN EN RUEDA CONCENTRADORA) OTR Adsorpción Desorción Colector general: recoge todas las emisiones de los diversos focos Enfriamiento PROCESO Ratio de Concentración 10:1 La temperatura del aire contaminado 35 ºC

35 7. TRATAMIENTO CONJUNTO DE COV s 7. TRATAMIENTO CONJUNTO DE COV s Y OLORES

36 SICIT 2000 SpA se fundó en el año La empresa está en funcionamiento desde 1960, anteriormente bajo el nombre S.I.C.I.T. SpA, que es ahora la denominación del Holding Industrial del Grupo. Su campo de actividad es el procesado de sub-productos de origen animal y residuos industriales generados en la industria de curtido del cuero, para la recuperación de productos orgánicos tales como péptidos y aminoácidos para su empleo en agricultura. Vista aérea de la planta de SICIT Arzignano (Italia)

37 PROCESS DESCRIPTION

38 ESTRATEGIA DE TRATAMIENTO DE EMISIONES

39 8. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE EQUIPOS OTR: ASPECTOS PRÁCTICOS Y OPCIONES POSIBLES EN VARIOS CASOS REALES

40 Planta de tratamiento de lixiviados en un vertedero de RSU (Vertedero de Can Mata. Hostalets de Pierola Barcelona) Planta de Secado de Lodos Planta de Tratamiento de Lixiviados

41 1. Bypas del sistema. Parada de emergencia 2. Colocación de pasarelas, escaleras y chimenea 3. Conexión al conducto de llegada de aire contaminado, y filtro policía

42 1. Detalle del sistema de precalentamiento y aislamiento externo para evitar posible corrosión

43 1. Detalle del tren de gas 2. Alimentación del quemador 1 2

44 1. Contenedor de Control de 10 pies 2. By-pas caliente 3. Pre-heating del aire contaminado By-Pass caliente 1 3 2

45 Chimenea especial según especificaciones del cliente Sistema PentaTherm, con 5 torres de intercambio de calor, e inyección directa de gas en al cámara de oxidación ió Diseño compacto para ahorro de espacio necesario. Soluciones a medida

46 COLMATACIÓN DE LOS BLOQUES DE ENTRADA DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR CERÁMICOS: AUMENTO PROGRESIVO DE LA PÉRDIDA DE CARGA DE LA OTR: PROCESO DE LIMPIEZA EN CALIENTE (BURN-OUT Ó BAKE-OUT bloquea la conmutación de lvulas durante un tiempo efinido Aumento progresivo del consumo eléctrico del ventilador Temperatura de 450 ºC. Pirólisis de la materia orgánica acum.

47 CUANDO LA COLMATACIÓN SE ORIGINA POR PARTÍCULAS DE ORIGEN MINERAL, EL PROCE- DIMIENTO DE BAKE-OUT NO FUNCIONA Y SE DEBE RECURRIR A UNA LIMPIEZA MANUAL Limpieza de los bloques 2 cerámicos tipo monolítico Vista interior cámara oxidación, y pantallas y deflectores de aire 2. Bloque cerámico después del proceso de limpieza 3. Limpieza con agua caliente a presión 4. Limpieza por agua a presión in situ

48 9. UNA VISITA AL INTERIOR DE LA CÁMARA 9. UNA VISITA AL INTERIOR DE LA CÁMARA DE OXIDACIÓN

49 La OTR se entrega precableada, pre-testada, lista para su instalación en la ubicación seleccionada, de forma rápida y sencilla. De qué color la prefiere?

50 10. CONCLUSIONES

51 La Oxidación Térmica Regenerativa (OTR) permite: Eficiencias de destrucción de COV s muy elevadas 2 lechos: > 98 %, 3 lechos: > 99,5 % La eficiencia de destrucción es independiente de La naturaleza del COV De su concentración De su punto de ebullición (High Boilers/Adsorción) De las condiciones de humedad y temperatura (Biofiltros) Es una tecnología segura Se pueden emplear diversas fuentes de energía según disponibilidad: gas natural, propano, biogas, eléctrico, etc.

52 Muchas gracias por su atención! Esperamos que esta presentación haya sido de su interés, y que los conceptos que hemos expuesto les sean de utilidad para la selección del sistema más adecuado a sus necesidades. Estamos a su disposición para cuantas consultas tengan a bien dirigirnos. efg@ctpiberica.es Agradeceremos muy sinceramente cualquier comentario o sugerencias que nos ayude a mejorar esta presentación, y en la medida de lo posible- a hacerla más interesante y/o amena. Hasta siempre!