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; una función para la que se siguen utilizando en la actualidad. Tradicionalmente, el término "depurador" se ha referido a los 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 dispositivos principales que controlan las emisiones gaseosas, especialmente los gases ácidos. Los depuradores también se pueden utilizar para la recuperación de calor de los gases calientes mediante la condensación de los gases de combustión . [1] También se utilizan para los altos flujos en los procesos solares, fotovoltaicos o LED. [2]
Existen varios métodos para eliminar compuestos tóxicos o corrosivos de los gases de escape y neutralizarlos.
La combustión es a veces la causa de gases de escape nocivos, pero, en muchos casos, la combustión también puede utilizarse 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 depurador húmedo funciona mediante el contacto de compuestos objetivo o material particulado con la solución de depuración. El agua es el disolvente más común utilizado para eliminar contaminantes inorgánicos, en particular para 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 (NH3 ) , que se pueden eliminar muy bien con un depurador húmedo. [5]
La eficiencia de eliminación de contaminantes se mejora aumentando el tiempo de residencia en el depurador o aumentando el área de superficie de la solución depuradora mediante el uso de una boquilla de pulverización , torres de relleno o un aspirador . Los depuradores húmedos pueden aumentar la proporción de agua en el gas, lo que da como resultado una columna de humo visible si el gas se envía a una chimenea.
Los depuradores húmedos también se pueden utilizar para la recuperación de 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 es superior al 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 circulante.
La condensación del agua libera cantidades significativas 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 ser recuperado por el enfriador, por ejemplo, para fines de calefacción urbana .
El exceso de agua condensada debe eliminarse continuamente del agua circulante.
A diferencia del depurador húmedo, un sistema de depuración en seco o semiseco 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 solo se añade la cantidad de humedad que se puede evaporar en los gases de combustión sin condensación. Por lo tanto, los depuradores en seco generalmente no tienen una columna de vapor en la chimenea ni requisitos de manipulación/eliminación de aguas residuales . Los sistemas de depuración en seco se utilizan para eliminar gases ácidos (como SO2 y HCl ) principalmente de fuentes de combustión .
Existen varios diseños de sistemas de depuración 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 partículas para eliminar los productos de reacción, el exceso de material absorbente y cualquier partícula que ya se encuentre en el gas de combustión .
Los sistemas de depuración en seco se pueden clasificar como inyectores de sorbente seco (DSI) o absorbedores de secadores por aspersión (SDA) . Los absorbedores de secadores por aspersión también se denominan depuradores semisecos o secadores por aspersión.
Los sistemas de depuración en seco se utilizan a menudo para la eliminación de gases olorosos y corrosivos de las operaciones de las plantas de tratamiento de aguas residuales . El medio utilizado es normalmente un compuesto de alúmina activada impregnado con materiales para manipular gases específicos, como el sulfuro de hidrógeno . Los medios utilizados se pueden mezclar entre sí 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 absorbente seco implica la adición de un material alcalino (generalmente cal hidratada , carbonato de sodio o bicarbonato de sodio ) a la corriente de gas para que reaccione con los gases ácidos . El absorbente 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 una). Los gases ácidos reaccionan con los absorbentes alcalinos para formar sales sólidas que se eliminan en el dispositivo de control de partículas. Estos sistemas simples solo pueden lograr eficiencias limitadas de eliminación de gases ácidos (SO2 y HCl). Se pueden lograr eficiencias de recolección más altas 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 algunos quemadores de desechos municipales .
En los absorbedores de secadores por aspersión , los gases de combustión se introducen en una torre de absorción (secador) donde los gases entran 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 del gas de combustión se utiliza para evaporar todas las gotas de agua, dejando un gas de combustión no saturado que sale de la torre de absorción . Los secadores por aspersión son capaces de lograr altas eficiencias de eliminación de gases ácidos (más del 80%). Estos dispositivos se han utilizado en calderas industriales y de servicios públicos e incineradores de residuos municipales .
Muchos productos químicos pueden eliminarse de los gases de escape también utilizando material adsorbente. El gas de combustión pasa a través de un cartucho que está lleno de uno o varios materiales adsorbentes y se ha adaptado a las propiedades químicas de los componentes que se van 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 de superficie, la absorción involucra a todo el material. Ejemplo: El carbón activado es un adsorbente, utilizado para la adsorción de compuestos olorosos.
El mercurio es un elemento altamente tóxico que se encuentra comúnmente en el carbón y en los desechos municipales. Los depuradores húmedos solo son eficaces para eliminar especies solubles de mercurio, 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. Por lo general, se agregan halógenos al gas de combustión para este propósito. 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 el gas de combustión y, por lo tanto, el grado en que se elimina el mercurio.
En julio de 2015, un estudio descubrió que algunos depuradores de mercurio instalados en plantas de energía a carbón también capturan inadvertidamente emisiones de HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos). [8] [9]
Un efecto secundario de la depuración es que el proceso solo convierte las sustancias no deseadas de los gases de escape en una solución líquida, una pasta sólida o un polvo. Estos deben eliminarse de forma segura si no se pueden reutilizar.
Por ejemplo, la eliminación del mercurio da como resultado un producto de desecho que debe procesarse más para extraer el mercurio en bruto o debe enterrarse en un vertedero especial para desechos peligrosos que impida que el mercurio se filtre al medio ambiente. Esto plantea problemas, ya que es extremadamente peligroso para el medio ambiente y muchas fábricas no pueden procesarlo o enviarlo a un vertedero.
Como ejemplo de reutilización, los depuradores a base de piedra caliza en las centrales eléctricas de carbón pueden producir un yeso sintético de calidad suficiente para utilizarse para fabricar paneles de yeso y otros productos industriales. [10]
Los depuradores mal mantenidos pueden propagar bacterias que provocan enfermedades. El problema es consecuencia de una limpieza inadecuada. Por ejemplo, la causa de un brote de legionelosis en Noruega en 2005 fueron 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 los barcos para la producción de gas inerte para las operaciones de los petroleros .
Más tarde, en preparación para el límite global de 0,5% de azufre 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 reglamentación sobre azufre del Anexo VI de MARPOL . [12] Los Estados de abanderamiento deben aprobar dichos sistemas y los Estados rectores de puertos pueden (como parte de su control estatal 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 averías), los Estados rectores de puertos pueden sancionar al buque. La Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar también otorga a los Estados rectores de puertos el derecho a regular (e incluso prohibir) el uso de sistemas de depuración de circuito abierto en los puertos y las aguas interiores. [13] [14]