Métodos de reducción de COV
Lea este artículo para aprender sobre los dos métodos de reducción de COV (compuestos orgánicos volátiles): 1. Los métodos físicos y 2. Métodos basados en la combustión.
Los métodos físicos:
Los métodos físicos son la condensación, la absorción y la adsorción. Estos métodos se pueden usar individualmente o en serie cuando se pretende recuperar los COV debido a su valor de mercado.
Condensación:
Este proceso consiste en enfriar directa o indirectamente una corriente de gas influyente que contiene COV por debajo de su punto de rocío. Esto resulta en la condensación de algunos de los COV. La corriente de gas tratada todavía tendría COV residual. La concentración de los COV residuales dependería de la temperatura de entrada del refrigerante.
Los condensadores están ubicados aguas arriba de absorbentes / adsorbedores / incineradores. El propósito de usar un condensador puede ser recuperar elementos orgánicos valiosos o reducir la carga de VOC en la (s) unidad (es) descendente (s). No hace falta decir que solo se puede usar un condensador cuando la concentración de COV en una corriente de gas residual es relativamente alta. La eficiencia de remoción puede ser de aproximadamente 50-90% dependiendo de la concentración inicial de VOC y la temperatura de entrada del refrigerante.
Absorción:
Para la eliminación de COV de una corriente de gas, generalmente se lava con un líquido orgánico de alto punto de ebullición (un aceite). La limpieza se realiza en una torre empacada o en una torre de placa de tamiz o en una cámara de pulverización. El proceso (absorción) puede llevarse a cabo de forma recurrente o en contracorriente. La práctica común es fregar contra-actualmente.
Durante este proceso, los COV se disuelven en el absorbente (solvente). La corriente de gas tratada se puede procesar o descargar a la atmósfera dependiendo de su contenido residual de COV. La concentración residual depende de la concentración inicial de VOC en la corriente de gas influyente, la solubilidad de VOC en el disolvente (que depende de la temperatura) y la relación de masa de gas a disolvente.
Del solvente cargado de COV, el COV se recupera mediante extracción con vapor de agua y el solvente libre de COV se devuelve al absorbedor. Un absorbedor adecuadamente diseñado puede tener una eficiencia de eliminación de COV del 90% o más. La mezcla de VOC-vapor se enfría y se condensa. Este proceso no suele ser económico si la concentración de COV en una corriente de gas influyente es inferior a 200-300 ppm.
Adsorción:
Cuando se pasa una corriente de gas que contiene COV a través de un lecho de partículas adsorbentes, por ejemplo, partículas de carbón granular activadas, las moléculas de COV se retienen en las superficies externas, así como en las superficies de los microporos y macroporos de las partículas. En realidad, la adsorción se produce en algunos puntos específicos (sitios activos) de las partículas adsorbentes. Cuando la mayoría de los sitios activos de la mayoría de las partículas están ocupadas por las moléculas de COV, la velocidad de adsorción se vuelve lenta y el proceso se interrumpe.
Luego, el lecho se regenera, es decir, las sustancias adsorbidas se eliminan pasando una corriente de gas caliente o vapor. Las sustancias desorbidas se pueden recuperar por condensación. La cama se reutiliza para la operación de adsorción. Si las moléculas adsorbidas se mantienen fuertemente sobre las superficies de las partículas, la regeneración se realiza por oxidación con aire a una temperatura más alta, por lo que las moléculas adsorbidas se convierten en CO2 y H2O. Algunas partes de las partículas de carbono (adsorbente) también se oxidan a CO 2 .
La capacidad de adsorción de un adsorbente depende del peso molecular del adsorbato (VOC), el tipo y la concentración de VOC y la temperatura, presión y humedad del gas portador. La capacidad aumenta con la disminución de la temperatura y el aumento de la presión.
La capacidad se ve afectada negativamente a medida que la humedad relativa (HR) supera el 50% ya que las moléculas de agua se adsorben preferentemente. Un adsorbente tendría una mayor capacidad de adsorción de hidrocarburos halogenados y aromáticos que la de los compuestos oxigenados como alcoholes, cetonas y aldehídos. Se ha encontrado que el carbón vegetal granular de coco activado granular adsorbente disponible en el mercado es ideal para la adsorción de COV.
La eficiencia de eliminación de COV en un sistema de adsorción puede ser de alrededor del 95%. Sin embargo, depende de la temperatura y presión de operación, la duración del ciclo de adsorción y regeneración, el tipo y la concentración de las moléculas de COV presentes en una corriente de gas.
Teóricamente, no hay límite superior a la concentración de entrada de COV; sin embargo, en la práctica, se toman 10.000 ppm de COV como límite superior. Para manejar una corriente de gas que tiene una mayor concentración de COV, se debe utilizar un lecho más grande o un ciclo más corto y el proceso puede no ser económico.
La adsorción de COV de una corriente de gas con baja concentración (COV) (por ejemplo, menos de 10 ppm) plantearía un problema, ya que la recuperación de COV de la corriente desorbida sería difícil debido a su bajo contenido de COV.
La adsorción no se emplea comúnmente para el tratamiento de corrientes que contienen compuestos altamente volátiles, compuestos de alto punto de ebullición, compuestos polimerizables y corrientes de gas que transportan partículas líquidas y sólidas.
Métodos basados en la combustión:
Los procesos de combustión (oxidación) pueden ser no catalíticos o catalíticos.
Los procesos no catalíticos se pueden llevar a cabo de las siguientes maneras:
(i) incineración directa,
(ii) la oxidación de recuperación,
(iii) la oxidación regenerativa,
(iv) Llamaradas, y
(v) Oxidación en calderas y calentadores de proceso existentes.
En general, los procesos basados en la combustión tienen una alta eficiencia de eliminación de COV, por ejemplo, alrededor del 98%. Los productos de combustión son CO 2 y H 2 O. NO x y SO 2 también pueden producirse durante la combustión.
Procesos de combustión no catalíticos:
Estos procesos generalmente se operan a una temperatura más alta, 800-1100 ° C. La eficiencia de destrucción de COV depende del tiempo de residencia, la turbulencia, la mezcla y la disponibilidad de oxígeno en la zona de combustión. El combustible suplementario puede o no ser requerido dependiendo del valor calorífico de un gas cargado de VOC.
(i) Incineración directa :
La incineración directa se realiza en un quemador refractario revestido equipado con un quemador suplementario alimentado con combustible. El requisito de combustible suplementario en una situación dada dependería del valor calorífico del gas cargado de COV.
(ii) la oxidación de recuperación :
En las unidades de oxidación recuperativa, el gas del cojinete de COV entrante se precalienta intercambiando calor indirectamente con el gas de combustión saliente antes de que el gas entrante se alimente a una cámara de combustión. La recuperación de calor del gas de combustión puede estar entre el 40 y el 70%, como resultado, el requerimiento de combustible suplementario sería menor.
(iii) Oxidación Regenerativa:
Una unidad de oxidación regenerativa tiene una cámara de combustión y dos lechos empacados que contienen perlas de cerámica u otros materiales. Cuando una corriente entrante que contiene VOC pasa a través de una cama caliente, se calienta mientras la cama se enfría. La corriente entra a continuación en la cámara de combustión y sufre reacciones de combustión.
El gas de combustión de la cámara de combustión fluiría a través del segundo lecho y calentaría el empaque mientras se enfriaba. Los lechos empacados se operan de manera cíclica, es decir, el flujo del proceso se invierte a intervalos regulares. La recuperación de calor en una unidad de este tipo es muy alta, por lo tanto no se requeriría combustible o se requeriría una cantidad relativamente pequeña de combustible suplementario. Estas unidades no son adecuadas para todos los tipos de gases cargados de COV.
(iv) Llamaradas:
Las antorchas se usan básicamente como un dispositivo de seguridad para quemar los gases de desecho producidos durante los trastornos del proceso sin utilizar ningún combustible adicional. Es adecuado para gas residual de alto caudal con un valor calorífico superior a 2600 kcal / Nm 3 . El calor no puede recuperarse de los productos de combustión resultantes y la combustión completa de COV no puede garantizarse.
(v) Oxidación en calderas existentes y calentadores de proceso:
Las calderas o los calentadores de proceso existentes se pueden usar para incinerar corrientes de gas cargadas de VOC. Las ventajas son que no hay gastos de capital ni requisitos adicionales de combustible. Dichas unidades no podrían ocuparse de grandes variaciones en el caudal de gas residual y su valor calorífico. En este tipo de equipos, debe evitarse la incineración de gases de desecho, que pueden producir compuestos corrosivos. El rendimiento de dicho equipo se vería afectado si el valor calorífico del gas residual fuera inferior a 1300 kcal / Nm 3 .
Proceso de combustión catalítica:
La oxidación catalítica de los gases de desecho cargados de COV se puede llevar a cabo a una temperatura más baja, por ejemplo, de 400 a 500 ° C utilizando una cantidad menor de combustible suplementario. El influyente (gas residual) normalmente se precalienta a aproximadamente 260-480 ° C antes de alimentar el mismo en una cámara de catalizador.
La eficiencia de destrucción de COV puede estar en el rango de 95-98% dependiendo de la composición y concentración de COV, el tipo y las características del catalizador, la temperatura de operación, la concentración de oxígeno y la velocidad espacial. La presencia de partículas líquidas y sólidas y los compuestos polimerizados afectan la eficiencia de destrucción.
Los óxidos de platino, cobre o cromo se usan generalmente como catalizadores. Estos se envenenan con plomo, arsénico, mercurio, azufre y halógeno. A una alta concentración de COV, la temperatura del lecho del catalizador puede elevarse a 550-600 ° C o más, por lo que el catalizador puede desactivarse.
