contaminantes atmosfericos
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NOx,TRANSCRIPT
Formación de NOx a partir de combustible
Líquidos pesados y combustibles
fósiles solidos generalmente
contienen en su composición
química nitrógeno unido.
Los mecanismos por los cuales el
NOx es químicamente formado a
partir de liquidos y solidos
combustibles es extremadamente
compleja.
Formación de NOx a partir de combustible
Incluso la estructura en el cual el
nitrógeno se encuentra en el
combustible depende
individualmente del tipo de
combustible.
Se creee que el nitrogeno está
comúnmente en tipo de estructuras
de de piridinas, pirroles y aminas.
Formación de NOx a partir de combustible
Las formas pirrolicas y piridinas son predominantes en la mayoría de los
carbones y las cantidades tienden a disminuir con el incremento de la calidad de
carbón.
Mientras que aproximadamente la mitad del nitrógeno encontrado en aceites
crudos es predominantemente pirrolicos con algunas formas de aminas, el
balance llega a ser como un nitrógeno básico.
Sin embargo, en el presente, la importancia de la estrcutura de nitrógeno en el
carbón y aceite en las emisiones de Noxno está bien definido.
Cuando los combustibles sólidos y liquidos son quemados en suspensión se
calientan muy rápidamente a altas temperaturas ocurriendo pirolisis,
produciendo productos solidos y gaseosos.
Formación de NOx a partir de combustible
El nitrógeno puede dividirse entre el solido y liquido con valores típicos de 20%
de el nitrógeno en la carbonización y 80% en la fase gas, y últimamente ambas
fracciones ligeras y alquitran. Para cualquier combustinle, la distribución de
nitrógeno entre la fase gaseosa y carbonizada (coque) y es fuertemente
dependiente en las condiciones de llama como la velocidad de calentamiento,
temperaturas pico y tiempos de residencia a altas temperaturas.
Formación de NOx a partir de combustible
Un proceso
simplificado de
formación de Nox
es mostrado en la
figura:
La mayor parte del
nitrógeno piroliza
directa o
indirectamente a
HCN.
Formación de NOx a partir de combustible
Este proceso complejo
no es instanteneo pero
depende de las
condiciones de la
flama.
El HCN después de
oxidarse a NO esta
reacción es a la vez
depdendiente de la
temperatura y del
tiempo.
Formación Rápida de NOx
En bajas temperaturas, los combustibles eficientes en zonas de flama, NO no es
encontrado en forma mas rápidamente que las formas previstas consideradas de
el mecanismo termico de NO.
El NO es formado por la rápida fijación del nitrógeno atmosférico por fragmentos
de hidrocarburos gaseosos. Reacciones involucradas :
Formación Rápida de NOx
El nitrógeno es subsecuentemente formado de la oxidación de el nitrógeno
atomico.
HCN y CN también reacciona para formar NO por reacciones importantes en el
mecanismo de conversión de nitrógeno en el combustible.
Rapidamente el NO es formado en todas los sistemas de combustión y esto
contribuye en el total de emisiones de Nox en sistemas de combustión y
dependiendo del combustible.
Estimaciones de la contribución en el total de emisiones de Nox por una ruta
rápida para un rango de procesos esta dado en la siguiente tabla.
Formación Rápida de NOx
Estimaciones de la
contribución en el
total de emisiones de
Nox por una ruta
rápida para un rango
de procesos esta
dado en la siguiente
tabla.
Modelamiento de NOx
Las descripciones previas de la formación de Nox via térmica, que son
extremadamente complejas y todavía no se entienden bien. Por lo tanto se
deduce que modelar estos procesos son muy difíciles. Algunos de los modelos
disponibles en la actualidad son capaces de predecir las tendencias de la
formación del Nox con cambios de las condiciones de llama y tipo de
combustible, pero la confiabilidad de estas predicciones es pobre.
Los modelos computacionales para Nox son usualmente incluidos en CFD
paquetes modeladores omerciales como una opción de postprocesador.
Modelamiento de NOx
Estos modelos usan al final la convergencia de datos calculados para la
mayoría de las especies, concentración, temperatura, etc, en una
subsecuencia de rutinas, usando mecanismo de reacciones químicas como las
señaladas anteriormente.
Actualmente los mas fiables métodos de estimación de emisiones de Nox de
llamas a gran escala es por ampliación a partir de datos de la llama de prueba,
ya sea utilizando correlaciones empíricas o modelos de Nox validades, pero
incluso esto tiene sus limitaciones sobre todo en multiples hornos quemadores.
Formación de Oxidos de Sulfuro
Los Compuestos de sulfuro son emitidos de los combustibles portadores de
azufre (aceites, carbón, etc) son quemados o donde hay procesamiento de
material portador de azufre. La reacción cinetica son tales que es
generalmente el caso de la oxidación de todo el azufre, excepto bajo severas
condiciones de reducción cuando el H2S se forma.
Ya que la mayoría de los hornos operados en niveles razonablemente bajos de
exceso de aire el SO2 es el primer oxido de azufre encontrado en los gases de
combustión. Este es acido y corrosivo en áreas frias y causa mayores
problemas con el metal y corrosión refractaria en las áreas frias de la planta y
en el medio ambiente que lo rodea.
Formación de Oxidos de Sulfuro
Condiciones favorables en el horno (alta concentración de oxigeno y
temperatura adecuada) se forma el trióxido de azufre.
Hay evidencia que la catálisis de metales pesados como el vanadio, que esta
presente en combustibles pesados, incrementaría la conversión de SO2 a SO3
este es mas corrosivo que el SO2 y conduce a la formación de ácido sulfúrico
con el agua de la combustión en el llamado punto de rocio. Esto da lugar a la
corrosión severa en los conductos de los gases de combustión, calentadores de
aire y economizadores de calderas de combustibles, y con carbones no
quemados causa carbones acidos.
Formación de Oxidos de Sulfuro
Una significante cantidad de SO2 descargado a la atmosfera en el gas de combustión es oxidada a SO3 adicionalmente es mezclado con el aire y luego combinado con el vapor de agua para crear una persistente pluma visible.
Un numero de posible mecanismos químicos existen para estos procesos de oxidación mostrados en la tabla.
Formación de Oxidos de Sulfuro
El sulfuro de hidrógeno H2S es extremadamente toxico y tiene olor
nauseabundo, también con concentraciones bajas como 2 – 3vppm. Esto es
formado por la reducción de las condiciones en las llamas de combustibles que
llevan sulfuros o es expulsado a bajas temperaturas de combustibles
sulfurosos, como algunas arcillas.
El H2S es subproducto en el proceso de fabricación de pasta de papel y se
quema en incineradores especiales o en el horno de recuperación de cal.
Formación Productos de la Combustión Incompleta
Todos los compuestos intermedios de la combustión (PIC’s) o productos de la
combustión incompleta, aunque no todos ellos surgen en las emisiones de los
gases de combustión como resultado directo de la combustión incompleta de
combustible en los hornos.
Los compuestos organicos volátiles (VOC’s).- Hay compuestos que
contienen hidrogeno, carbon y oxigeno (VOC), surgen emisiones
principalmente de la combustión interna de motores, y son identificadas como
contaminantes significativos, ya que contribuyen a la formación de niveles
bajos de ozono, irritaciones en el sistema respiratorio y por su olor
generalmente ofensivo.
Formación Productos de la Combustión Incompleta
Varias técnicas generalmente caras están disponibles para controlar emisiones
de VOC como la incineración, condensación, absorción, o combustión catalítica.
Esto normalmente no resulta de los procesos de combustión en operaciones de
los hornos pues son expulsados de la alimentación de materia prima en plantas
donde existe la recirculación de material incluyendo combustibles solidos que
contiene sustancias organicas que están siendo procesadas.
Estos son emitidos a la atmosfera en procesos como secado, molienda o
precalentamiento, donde la temperatura es también baja para que se quemen.
Formación Productos de la Combustión Incompleta
Hidrocarburos Policiclicos Aromaticos (PAH).-Los compuestos simples en
esta categoría es el naftaleno, que contiene dos anillos de benceno. Naftaleno
puede producirse en la combustión de algunos combustibles derivados del
petróleo. Otro ejemplo de PAH ocurre en los procesos de combustión incluido
el antraceno y frenantreno (3 anillos), pireno (4 anillos), etc. Muchos de los
PAHs son conocidos por causar efectos serios en la salud por lo que se debe
poner atención e incluso a la formación de pequeñas cantidades.
Formación Productos de la Combustión Incompleta
En 1775 se cree uno de los reportes mas tempranamente identificados es la
creeencia que estas sustancias pueden causar cáncer del hollín, y esto es
ahora que PAH depositado en el hollín es grandemente responsable de la
actividad carcinogénica.
Combustibles basados en petrol contienen compuestos PAH, por lo que una
fuente de PAH es combustible sin quemar. Otro es que es algunas veces
posible erróneamente referuda como la pirolisis del combustible, pero que
seria mejor a la vez denorminarlo sisntesis de PAH. Por ejemplo acetileno
cuando es calentado a 973 K bajo condiciones impidiendo la combustión
complelta, produce pireno en un rendimiento de 6,5% y pequeñas cantidades
de otros PAH, inclyendo criseno, tolueno, butadieno y stireno también en
cantidades significantes.
Formación Productos de la Combustión Incompleta
En 1775 se cree uno de los reportes mas tempranamente identificados es la
creeencia que estas sustancias pueden causar cáncer del hollín, y esto es
ahora que PAH depositado en el hollín es grandemente responsable de la
actividad carcinogénica.
Mas sorprendente materia orgánica policíclica se ha encontrado en el
efluente procedente de calderas de combustión de gas natural.
Experimentaciones sucesivas no han determinado si tales gases
contaminantes surgen de por ejemplo , la hidrogenación de hollín (que
es complejo, seis anillos en su estructura) or de trazas de hidrocarburos
en el combustible. Los PAH pueden ser formados en las etapas de
pirolisis de carbón durante la combustión.