Los sistemas de depuración (por ejemplo, depuradores químicos, depuradores de gases) son un grupo diverso de dispositivos de control de la contaminación del aire que se pueden utilizar para eliminar algunas partículas y/o gases de las corrientes de escape industriales. Una de las primeras aplicaciones de un depurador de dióxido de carbono fue en el submarino Ictíneo I , en 1859; función para la que se siguen utilizando en la actualidad. Tradicionalmente, el término "depurador" se ha referido a dispositivos de control de la contaminación que utilizan líquido para lavar contaminantes no deseados de una corriente de gas. Recientemente, el término también se ha utilizado para describir sistemas que inyectan un reactivo seco o una suspensión en una corriente de escape sucia para "lavar" los gases ácidos . Los depuradores son uno de los principales dispositivos que controlan las emisiones gaseosas, especialmente los gases ácidos. Los depuradores también se pueden utilizar para recuperar el calor de los gases calientes mediante la condensación de los gases de combustión . [1] También se utilizan para flujos elevados en procesos solares, fotovoltaicos o LED. [2]
Existen varios métodos para eliminar compuestos tóxicos o corrosivos de los gases de escape y neutralizarlos.
A veces, la combustión es la causa de los gases de escape nocivos, pero, en muchos casos, la combustión también se puede utilizar para limpiar los gases de escape si la temperatura es lo suficientemente alta y hay suficiente oxígeno disponible. [3]
Los gases de escape de la combustión pueden contener sustancias consideradas nocivas para el medio ambiente y el depurador puede eliminarlas o neutralizarlas. Un depurador húmedo se utiliza para limpiar el aire , el gas combustible u otros gases de diversos contaminantes y partículas de polvo . El lavado húmedo funciona mediante el contacto de los compuestos objetivo o las partículas con la solución de lavado. El agua es el disolvente más común utilizado para eliminar contaminantes inorgánicos, especialmente el polvo, pero también se pueden utilizar soluciones de reactivos que se dirigen específicamente a ciertos compuestos. [4]
Los gases de escape del proceso también pueden contener gases tóxicos y/o corrosivos solubles en agua como ácido clorhídrico (HCl) o amoníaco (NH 3 ). Estos se pueden eliminar muy bien con un estropajo húmedo. [5]
La eficiencia de eliminación de contaminantes se mejora aumentando el tiempo de residencia en el depurador o mediante el aumento del área superficial de la solución del depurador mediante el uso de una boquilla rociadora , torres empaquetadas o un aspirador . Los depuradores húmedos pueden aumentar la proporción de agua en el gas, lo que resulta en una columna de humo visible, si el gas se envía a una chimenea.
Los depuradores húmedos también se pueden utilizar para recuperar el calor de los gases calientes mediante la condensación de los gases de combustión . [1] En este modo, denominado depurador de condensación, el agua del drenaje del depurador circula a través de un enfriador hasta las boquillas en la parte superior del depurador. El gas caliente ingresa al depurador por la parte inferior. Si la temperatura del gas está por encima del punto de rocío del agua , inicialmente se enfría mediante la evaporación de gotas de agua. Un enfriamiento adicional hace que los vapores de agua se condensen , lo que aumenta la cantidad de agua en circulación.
La condensación de agua libera cantidades importantes de calor a baja temperatura debido al alto valor del calor latente específico de la vaporización del agua (más de 2 gigajulios (560 kWh) por tonelada de agua [6] ), que puede recuperarse mediante la refrigerador para, por ejemplo, fines de calefacción urbana .
El exceso de agua condensada debe eliminarse continuamente del agua circulante.
Un sistema de depuración seco o semiseco, a diferencia del depurador húmedo , no satura con humedad la corriente de gases de combustión que se está tratando. En algunos casos no se añade humedad, mientras que en otros sólo se añade la cantidad de humedad que puede evaporarse en los gases de combustión sin condensación. Por lo tanto, los depuradores secos generalmente no tienen una columna de vapor en la chimenea ni requisitos de manejo/eliminación de aguas residuales . Los sistemas de depuración en seco se utilizan para eliminar gases ácidos (como SO 2 y HCl ) principalmente de fuentes de combustión .
Hay varios diseños de sistemas de fregado de tipo seco. Sin embargo, todos constan de dos secciones o dispositivos principales: un dispositivo para introducir el material absorbente de gas ácido en la corriente de gas y un dispositivo de control de material particulado para eliminar los productos de reacción, el exceso de material absorbente así como cualquier material particulado que ya se encuentre en el gas de combustión .
Los sistemas de lavado en seco se pueden clasificar como inyectores de absorbente seco (DSI) o absorbentes de secador por aspersión (SDA) . Los absorbentes de secadores por aspersión también se denominan depuradores semisecos o secadores por aspersión.
Los sistemas de depuración en seco se utilizan a menudo para eliminar gases corrosivos y olorosos de las operaciones de las plantas de tratamiento de aguas residuales . El medio utilizado suele ser un compuesto de alúmina activada impregnado con materiales para manejar gases específicos como el sulfuro de hidrógeno . Los medios utilizados se pueden mezclar para ofrecer una amplia gama de eliminación de otros compuestos olorosos como metilmercaptanos , aldehídos , compuestos orgánicos volátiles , sulfuro de dimetilo y disulfuro de dimetilo .
La inyección de sorbente seco implica la adición de un material alcalino (generalmente cal hidratada , carbonato de sodio o bicarbonato de sodio ) a la corriente de gas para reaccionar con los gases ácidos . El sorbente se puede inyectar directamente en varios lugares diferentes: el proceso de combustión, el conducto de gases de combustión (delante del dispositivo de control de partículas) o una cámara de reacción abierta (si existe). Los gases ácidos reaccionan con los sorbentes alcalinos para formar sales sólidas que se eliminan en el dispositivo de control de partículas. Estos sistemas simples pueden lograr sólo eficiencias limitadas de eliminación de gases ácidos (SO 2 y HCl). Se pueden lograr mayores eficiencias de recolección aumentando la humedad de los gases de combustión (es decir, enfriando con agua pulverizada). Estos dispositivos se han utilizado en incineradores de desechos médicos y en algunas cámaras de combustión de desechos municipales .
En los absorbentes de secadores por aspersión , los gases de combustión se introducen en una torre absorbente (secadora) donde los gases se ponen en contacto con una suspensión alcalina finamente atomizada . Los gases ácidos son absorbidos por la mezcla de suspensión y reaccionan para formar sales sólidas que son eliminadas por el dispositivo de control de partículas. El calor de los gases de combustión se utiliza para evaporar todas las gotas de agua, dejando que los gases de combustión no saturados salgan de la torre de absorción . Los secadores por aspersión son capaces de lograr altas eficiencias de eliminación de gases ácidos (80+%). Estos dispositivos se han utilizado en calderas industriales y de servicios públicos e incineradores de residuos municipales .
Muchas sustancias químicas se pueden eliminar de los gases de escape también utilizando material adsorbedor. Los gases de combustión se conducen a través de un cartucho lleno con uno o varios materiales adsorbentes y adaptado a las propiedades químicas de los componentes a eliminar. [7] Este tipo de depurador a veces también se denomina depurador seco. El material adsorbente debe reemplazarse después de que su superficie esté saturada. Nota: la adsorción es un fenómeno superficial, la absorción involucra a todo el material. Ej: Carbón activado, un adsorbente, utilizado para la adsorción de compuestos olorosos.
El mercurio es un elemento altamente tóxico que se encuentra comúnmente en el carbón y los desechos municipales. Los depuradores húmedos sólo son eficaces para eliminar especies de mercurio soluble, como el mercurio oxidado, Hg 2+ . El vapor de mercurio en su forma elemental, Hg 0 , es insoluble en la suspensión del depurador y no se elimina. Por lo tanto, se requiere un proceso adicional de conversión de Hg 0 para completar la captura de mercurio. Para ello, normalmente se añaden halógenos a los gases de combustión. El tipo de carbón quemado, así como la presencia de una unidad de reducción catalítica selectiva, afectan la proporción de mercurio elemental a oxidado en los gases de combustión y, por tanto, el grado en que se elimina el mercurio.
En julio de 2015, un estudio encontró que algunos depuradores de mercurio instalados en centrales eléctricas de carbón también capturan inadvertidamente las emisiones de HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos). [8] [9]
Un efecto secundario del lavado es que el proceso solo mueve la sustancia no deseada de los gases de escape a una solución líquida, pasta sólida o polvo. Este debe eliminarse de forma segura si no se puede reutilizar.
Por ejemplo, la eliminación del mercurio da como resultado un producto de desecho que necesita un procesamiento adicional para extraer el mercurio en bruto o debe ser enterrado en un vertedero especial para desechos peligrosos que evite que el mercurio se filtre al medio ambiente. Hay problemas con esto, ya que es extremadamente peligroso para el medio ambiente y muchas fábricas no pueden procesarlos o trasladarlos a un vertedero.
Como ejemplo de reutilización, los depuradores a base de piedra caliza en las centrales eléctricas alimentadas con carbón pueden producir un yeso sintético de calidad suficiente que puede usarse para fabricar paneles de yeso y otros productos industriales. [10]
Los depuradores mal mantenidos tienen el potencial de propagar bacterias que causan enfermedades. El problema es el resultado de una limpieza inadecuada. Por ejemplo, la causa de un brote de enfermedad del legionario en Noruega en 2005 fueron solo unos pocos depuradores infectados. El brote provocó 10 muertes y más de 50 casos de infección. [11]
Los depuradores se utilizaron por primera vez a bordo de barcos para producir gas inerte para las operaciones de los petroleros .
Posteriormente, en preparación para el límite global de azufre del 0,5% en 2020, la Organización Marítima Internacional (OMI) adoptó directrices sobre la aprobación, instalación y uso de depuradores de gases de escape (sistemas de limpieza de gases de escape) a bordo de los buques para garantizar el cumplimiento de la regulación del azufre. del Anexo VI del MARPOL . [12] Los Estados del pabellón deben aprobar dichos sistemas y los Estados rectores del puerto pueden (como parte de su control por el Estado rector del puerto ) garantizar que dichos sistemas funcionen correctamente. Si un sistema de depuración no funciona correctamente (y no se cumplen los procedimientos de la OMI para tales mal funcionamiento), los estados rectores del puerto pueden sancionar al barco. La Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar también otorga a los estados portuarios el derecho de regular (e incluso prohibir) el uso de sistemas de depuración de circuito abierto dentro de los puertos y aguas interiores. [13] [14]