ES2835278T3 - Procedimiento de limpieza de los efluentes líquidos de un depurador húmedo que trata los gases de escape emitidos por un motor diésel - Google Patents
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Abstract
El procedimiento de limpieza de efluentes líquidos de un depurador húmedo que trata los gases de escape emitidos por un motor diésel, en el que: - las partículas sólidas (7), que contienen entre un 25 y un 75 % en peso de carbono activado y entre un 25 y un 60 % en peso de cemento y que tienen un tamaño medio de entre 30 μm y 500 μm, se colocan en el depurador (WS), y - los efluentes a limpiar (4), al salir del depurador (WS), se envían a un separador sólido-líquido (SLS) donde los efluentes se separan en una fracción clara (5) y un lodo (6) que contiene las partículas sólidas (7).
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de limpieza de los efluentes líquidos de un depurador húmedo que trata los gases de escape emitidos por un motor diésel
[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento para limpiar efluentes líquidos de un depurador húmedo que trata los gases de escape emitidos por un motor diésel, en particular, los gases de escape emitidos por un motor diésel de un buque marítimo.
[0002] Los buques marítimos, ya sean transbordadores u otros barcos, utilizan mayoritariamente fuelóleo como combustible para los motores diésel asegurando la propulsión de los mismos. Este combustible contiene hasta un 5 % en peso de azufre, con mayor frecuencia entre un 0,5 y un 3,5 % en peso. Durante el proceso de combustión en estos motores, este azufre se convierte en dióxido de azufre (SO2). Como resultado, los gases de escape de estos motores son ácidos y dañinos. Por lo tanto, es necesario que los barcos integren medios para reducir las emisiones de dióxido de azufre de estos escapes antes de que se descarguen a la atmósfera, a menos que se utilice un combustible de muy bajo contenido en azufre que, no obstante, es mucho más costoso.
[0003] La tecnología propuesta con más frecuencia para la captura a bordo del dióxido de azufre contenido en los gases de escape es depurar estos gases con agua de mar. Esta técnica se implementa mediante un depurador que utiliza la alcalinidad del agua de mar para neutralizar el dióxido de azufre, generalmente sin recurrir a un reactivo neutralizante adicional. El documento EP 1889812 proporciona un ejemplo detallado de esta técnica. El azufre se transfiere al líquido de limpieza de agua de mar que circula en el depurador y se concentra en el circuito de líquido del depurador. Se requiere purga para descargar el azufre: esta purga está formada por la mayor parte de los líquidos suministrados al depurador que a continuación funciona en una configuración de circuito abierto por lo que los efluentes que salen del depurador no se reciclan de vuelta al depurador, o está formada por una pequeña fracción de los líquidos suministrados al depurador que a continuación funciona en un circuito cerrado, por lo que la mayor parte del efluente que sale del depurador se recicla de vuelta al depurador, por ejemplo, evacuándose menos del 5 % de este efluente. Tanto si el depurador funciona en circuito abierto como en circuito cerrado, el azufre inicialmente en estado de oxidación (+4) se oxida en el depurador o en los auxiliares del mismo, de modo que solo un flujo de sulfato en el que el azufre se encuentra en estado de oxidación (+6) se vierte al medio ambiente, sin que esta descarga tenga ningún impacto en el medio ambiente.
[0004] Sin embargo, la combustión dentro de un motor diésel también genera compuestos orgánicos que incluyen aceites, hollín, alquitrán y otras moléculas aromáticas. Estos diversos compuestos orgánicos son tóxicos y potencialmente cancerosos. Estas sustancias en los gases se emiten en mayor concentración durante las fases de arranque y apagado del motor, y además están más concentradas cuanto menor es la purga de los líquidos que circulan por el depurador. Los compuestos orgánicos son livianos y pueden terminar formando películas un resplandor de aceite o películas iridiscentes si el efluente del depurador se descarga sin tratar.
[0005] Evidentemente, es posible eliminar los compuestos orgánicos mediante filtrado convencional, por ejemplo, sobre un lecho de carbono activado. Sin embargo, esta solución requiere velocidades de filtración bajas del orden de algunos centímetros/segundo que, teniendo en cuenta el tamaño del caudal a tratar por filtración, conducirían a instalaciones de filtración de gran tamaño y, por lo tanto, inadecuadas para buques.
[0006] La eliminación de compuestos orgánicos por decantación también es teóricamente posible, ya que los compuestos aromáticos más ligeros tienen tendencia a separarse y subir a la superficie, ya que tienen una densidad más baja que el agua, aplicándose esto a fortiori al agua de mar. Sin embargo, dicha decantación no se puede contemplar en la práctica en un buque, de nuevo teniendo en cuenta los flujos a tratar.
[0007] También es posible la adsorción en los sólidos añadidos a los líquidos que circulan en el depurador, pero se enfrenta a una dificultad prohibitiva. El tiempo de contacto entre estos sólidos y los líquidos a tratar es muy corto debido a los grandes flujos a tratar y teniendo en cuenta el tamaño admisible de la instalación. Por lo tanto, es obligatorio utilizar sólidos muy reactivos tales como carbono activado. Sin embargo, el carbono activado tiene una baja diferencia de densidad en comparación con el agua y aún más con el agua de mar, lo que significa que solo una separación sólido-líquido eficiente requeriría recurrir a un filtro o una centrífuga. Sin embargo, como ya se ha indicado, recurrir a un filtro requiere velocidades de filtración muy lentas. En cuanto a una centrífuga, esta máquina giratoria es costosa, requiere mantenimiento y es difícil de usar en un buque.
[0008] El documento WO 2004/067926 A1 divulga un procedimiento para limpiar efluentes líquidos de un depurador húmedo que trata los gases de escape emitidos por un motor diésel, en el que los efluentes a limpiar, al salir del depurador, se envían a un separador sólido-líquido en el que los efluentes se separan en una fracción clara.
[0009] El objetivo de la presente invención es proponer un procedimiento que permita un tratamiento sencillo, compacto y económico de los contaminantes orgánicos contenidos en los líquidos descargados por un depurador que trata los gases de escape emitidos por un motor diésel, en particular a bordo de un buque.
[0010] Para este fin, el objeto de la invención es un procedimiento para limpiar efluentes líquidos de un depurador húmedo que trata los gases de escape emitidos por un motor diésel, tal como se define en la reivindicación 1.
[0011] Por lo tanto, una de las ideas en la base de la invención es beneficiarse de la capacidad superior del carbono activado para capturar compuestos orgánicos por adsorción en el depurador, al tiempo que hace que este carbono activado sea lo suficientemente pesado para que pueda ser eficiente y fácilmente separado del resto de los efluentes líquidos que salen del depurador. Según la invención, el carbono activado, en proporciones adaptadas, se asocia al cemento en forma de partículas sólidas de tamaño de partícula adecuado. Por lo tanto, la invención permite al astuto impartir a estas partículas sólidas una densidad mucho mayor que la de los adsorbentes convencionales, es decir, arcillas o carbonos activados, manteniendo al mismo tiempo una gran superficie específica para estas partículas sólidas: esta gran superficie específica garantiza una captura eficiente de los componentes orgánicos cuando las partículas sólidas circulan en el circuito líquido del depurador, mientras que al mismo tiempo la densidad aparente de las partículas sólidas facilita sustancialmente la acción de un separador sólido-líquido hacia el que se dirigen los efluentes que salen del depurador. La invención permite ventajosamente utilizar hidrociclones como separador sólidolíquido, aunque el recurso a dichos hidrociclones está asociado a una opinión técnica preconcebida según la cual, debido a su limitada potencia de separación, estos hidrociclones no permiten una separación eficaz de los adsorbentes convencionales que tienen densidad demasiado baja en comparación con la del agua, y mucho más en comparación con la del agua de mar.
[0012] Las características ventajosas adicionales del procedimiento de la invención se especifican en las reivindicaciones dependientes.
[0013] La invención se entenderá mejor leyendo la siguiente descripción que se da únicamente a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos en los que la figura 1 es un esquema de una instalación que implementa un procedimiento de limpieza según la invención.
[0014] La figura 1 ilustra una instalación que permite el tratamiento de los gases de escape 1 emitidos por un motor diésel E. Según un contexto de uso preferido, pero no limitativo, el motor E asegura la propulsión de un buque marítimo que tiene la instalación a bordo. En cualquier caso, el motor E utiliza combustible que contiene azufre, en particular fuelóleo, con el resultado de que los gases 1, además de los componentes mayoritarios de gas de carbono (CO2), vapor de agua (H2O), nitrógeno (N2) y oxígeno (O2), también contienen óxidos de azufre, en particular dióxido de azufre (SO2). Los gases 1 también contienen óxidos de nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos generados por combustión dentro del motor E. Estos compuestos orgánicos incluyen, entre otros, hollín, alquitrán, aceites, en particular en forma de aerosol, compuestos de hidrocarburos aromáticos tales como PAH, compuestos organoclorados aromáticos tales como PCB, dioxinas y furanos, tales como PCDD/F y otros compuestos minerales.
[0015] La instalación comprende dos unidades funcionales, concretamente un depurador húmedo WS que trata los gases 1 para eliminar los contaminantes de los mismos, y un separador sólido-líquido SLS que trata los efluentes líquidos del depurador WS.
[0016] El depurador WS es de tecnología conocida per se: incluye una torre de limpieza y accesorios asociados, particularmente incluyendo bombas, recipientes, tanques de almacenamiento, revestimientos y tuberías y, opcionalmente, intercambiadores de calor. Independientemente del diseño del depurador WS, los gases 1 y un líquido de limpieza 2 se suministran a este depurador WS: al poner en contacto los gases 1 con el líquido de limpieza 2, los diversos contaminantes de los gases se eliminan de este último siendo capturados por el líquido de limpieza. Por lo tanto, los humos que salen del depurador WS se limpian, es decir, se purifican, y a la salida del depurador WS forman un flujo 3 que se descarga a la atmósfera. Los efluentes líquidos 4, al salir del depurador 4, se dirigen al separador sólido-líquido SLS.
[0017] El líquido de limpieza 2 generalmente está compuesto principalmente por agua que, opcionalmente, se puede mezclar con reactivos desulfurantes tales como hidróxido de sodio o magnesia. Si la instalación se da a bordo de un buque, el líquido de limpieza 2 contiene agua de mar. En la práctica, cuando el depurador WS funciona en circuito abierto, el líquido de limpieza 2 está esencialmente compuesto incluso por completo por agua dulce W, opcionalmente agua de mar fresca, mientras que cuando el depurador WS funciona en circuito cerrado, el líquido de limpieza 2 está compuesto por una mezcla de agua fresca W, opcionalmente agua de mar fresca, y salmuera derivada del separador sólido-líquido SLS, como se explica a continuación. Cabe señalar que parte del líquido de limpieza 2 se puede obtener condensando el agua contenida en los gases 1.
[0018] Los efluentes 4 contienen los contaminantes emitidos por el motor E en los gases 1 y capturados por el depurador WS. Algunos de estos contaminantes son resultado de la captura de óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno contenidos en los gases, encontrándose estos óxidos en los efluentes 4 en forma, entre otros, de sulfatos y cloruros más o menos concentrados dependiendo de si el depurador WS funciona en circuito abierto o circuito cerrado. Otros contaminantes contenidos en los efluentes 4 son elementos de partículas resultantes de la captura de los compuestos
orgánicos contenidos en los gases 1 y que tienen una concentración en los efluentes 4 del orden de 1 |jg/l a 1 mg/l dependiendo de la especie, pero puede ser mayor en las fases operativas transitorias del motor E, en particular durante las fases de arranque y apagado del motor. Los efluentes 4 también pueden contener sólidos que se añadieron deliberadamente al depurador WS, tal como, por ejemplo, catalizadores de oxidación.
[0019] El separador sólido-líquido SLS es de tecnología conocida per se: en la práctica, incluye elementos de equipos de separación que forman una sola unidad o distribuidos en varios grupos dispuestos en serie o en paralelo. Estas disposiciones son conocidas per se. Según una forma de realización ventajosa, cuya relevancia se hará evidente a continuación, el separador sólido-líquido SLS está formado por un hidrociclón o varios hidrociclones montados en cascada. Como variante, el separador sólido-líquido incluye una centrífuga asociada opcionalmente a otros equipos de separación.
[0020] Independientemente del diseño del separador sólido-líquido SLS, asegura la separación entre los constituyentes líquidos y sólidos de los efluentes 4, dividiendo estos efluentes 4 en una fracción clara 5 y un lodo 6 formado por líquidos y elementos en suspensión causando la turbidez de estos líquidos. El lodo 6 se evacua completamente de la instalación y se libera o se almacena para un posterior tratamiento adecuado. La fracción clara 5 puede evacuarse completamente de la instalación o reciclarse, al menos parcialmente, de vuelta al depurador WS en forma de un flujo 5' que, en la entrada del depurador WS, forma parte del líquido de limpieza 2. En la práctica, cuando el depurador WS funciona en circuito abierto, la totalidad de la fracción clara 5 se evacua, mientras que, cuando el depurador WS funciona en circuito cerrado, el flujo 5' está formado por la mayor parte de la fracción clara 5, por ejemplo, más del 95 %.
[0021] Según la invención, las partículas sólidas 7 se añaden, directa o indirectamente, al depurador WS. Estas partículas sólidas 7 están formadas principalmente por una mezcla de cemento y carbono activado. Por lo tanto, estas partículas sólidas 7 contienen entre un 25 % y un 60 % en peso de cemento y entre un 25 % y un 75 % en peso de carbono activado. Además, las partículas sólidas 7 tienen un tamaño medio de entre 30 jm y 500 jm, preferentemente entre 50 jm y 150 jm, y más preferentemente entre 50 jm y 100 jm, denominándose el tamaño medio mencionado anteriormente «d50» y definiéndose como el valor de tal forma que el 50 % en peso de las partículas sólidas tienen un tamaño menor que este valor. En otras palabras, el tamaño medio conocido como «d50» es el tamaño de las partículas sólidas 7, de manera que las partículas sólidas más grandes tienen el mismo peso que las partículas sólidas más pequeñas.
[0022] Por ejemplo, las partículas sólidas 7 se preparan mezclando con agua cemento y carbono activado, particularmente en polvo, y opcionalmente otros compuestos. Esta mezcla fragua y, después de dejarla secar, se fragmenta, por ejemplo, por trituración hasta obtener el tamaño de partícula deseado.
[0023] Según una disposición, facilitando el uso de las partículas sólidas 7, estas se añaden al depurador WS en forma de suspensión en una base acuosa, posiblemente conteniendo esta suspensión otros constituyentes distintos de las partículas sólidas 7: de manera no limitativa, estos otros constituyentes son sólidos que tienen propiedades catalíticas para la oxidación de sulfitos en sulfatos y/o tensioactivos y/o sales metálicas.
[0024] Debido a que las partículas sólidas 7 tienen una porción de cemento, la densidad de las partículas sólidas 7 es mucho más alta que la de los adsorbentes convencionales tales como arcillas o carbonos activados: en los efluentes 4, las partículas sólidas 7 tienen, por lo tanto, una densidad aparente que es lo suficientemente alta para la separación eficiente de las partículas sólidas 7 por el separador sólido-líquido SLS, de modo que se encuentren en el lodo 6, incluso si este separador está compuesto por uno o más hidrociclones, es decir, un equipo de separación que tiene un umbral de corte limitado en comparación con otros dispositivos de separación más sofisticados, tal como una centrífuga. Al mismo tiempo, debido a que las partículas sólidas 7 tienen una porción de carbono activado, las partículas sólidas 7 capturan eficientemente los compuestos orgánicos captados por el líquido de limpieza 2 cuando circula en el depurador WS: por lo tanto, las partículas sólidas 7 limpian eficientemente los efluentes 4 eliminando estos compuestos orgánicos mediante la captura de los mismos por adsorción sobre el carbono activado de las partículas sólidas 7. Se entenderá que, para las partículas sólidas 7, un aumento en el contenido de carbono activado promoverá mejor la limpieza de los efluentes 4, pero cuanto mayor es el contenido de carbono activado en las partículas sólidas 7, menor es la densidad aparente de estas partículas en los efluentes, y más difícil es la posterior separación de las mismas por parte del separador sólido-líquido SLS. Además, si el contenido de carbono activado supera el 75 % en peso, la resistencia de las partículas sólidas 7 se vuelve deficiente y se desintegran con demasiada facilidad.
[0025] Además, es importante que las partículas sólidas 7 no sean demasiado finas, es decir, que su tamaño medio «d50» sea inferior a 30 jm, de lo contrario, su separación del resto de los efluentes 4 por el separador líquidosólido SLS sería demasiado ineficiente, ni deben ser demasiado grandes, con un tamaño medio «d50» superior a 500 jm, de lo contrario, el área superficial específica de las partículas sólidas 7, expresada en m2/g, se volvería demasiado pequeña y la captura deseada de los compuestos orgánicos en los efluentes 4 se volvería ineficiente.
[0026] Cabe señalar que no es necesario que los compuestos orgánicos se eliminen de los efluentes 4 con una
tasa de limpieza muy alta, por ejemplo, superior al 90 %, aunque sea apreciable. Las concentraciones respectivas de los contaminantes en los efluentes 4, en particular la concentración de compuestos orgánicos, son lo más a menudo suficientemente bajas, lo que significa que una tasa de limpieza más baja es suficiente. Además, otros factores además del contenido de carbono activado en las partículas sólidas 7, tienen un impacto en la velocidad de limpieza: estos otros factores, entre otros, son el tiempo de contacto, que reduce la velocidad de limpieza cuando aumenta, y la temperatura, que reduce la velocidad de limpieza cuando aumenta, al tener un impacto desfavorable sobre la isoterma de adsorción. En la práctica, la puesta en contacto de las partículas sólidas 7 y los líquidos que circulan en el depurador WS se realiza preferentemente entre 15 y 60 °C, más preferentemente entre 20 y 40°C.
[0027] Según una característica adicional, la concentración de las partículas sólidas 7 en los efluentes 4 está preferentemente entre 10 mg/l y 1000 mg/l, siendo el valor de esta concentración directamente dependiente de la cantidad de partículas sólidas 7 colocadas en el depurador WS. Con una concentración inferior a 10 mg/l, habría una cantidad insuficiente de carbono activado en el depurador WS. Una concentración superior a 1 g/l daría lugar a problemas de erosión o abrasión en la instalación.
EXPERIMENTACIÓN:
[0028] Se prepararon cinco muestras de partículas sólidas:
- la muestra A contiene el 100 % de cemento;
- la muestra B contiene el 100 % de carbono activado;
- la muestra C contiene el 75 % de carbono activado y el 25 % de cemento;
- la muestra D contiene el 50 % de carbono activado, el 30 % de cemento y el 20 % de bentonita; y
- la muestra E contiene el 50 % de carbono activado y el 50 % de cemento.
[0029] Cada una de las cinco muestras se colocó en el depurador WS mientras que, al mismo tiempo, las moléculas orgánicas predeterminadas utilizadas como trazador se suministraron artificialmente al depurador Ws . La siguiente tabla agrupa los datos de esta experimentación:
[0030] Se encontró que la muestra B, compuesta únicamente por carbono activado, ofrece un excelente rendimiento desde el punto de vista de la limpieza de los compuestos orgánicos, sin que sea posible, sin embargo, que las partículas sólidas de esta muestra B se separen por el separador sólido-líquido s Ls . Por otro lado, las muestras C, D y E, que tienen partículas sólidas que cumplen las especificaciones dadas previamente para las partículas sólidas 7, combinan una limpieza satisfactoria de los compuestos orgánicos en los efluentes 4 con una separación eficiente por el separador SLS.
Claims (10)
1. El procedimiento de limpieza de efluentes líquidos de un depurador húmedo que trata los gases de escape emitidos por un motor diésel, en el que:
- las partículas sólidas (7), que contienen entre un 25 y un 75 % en peso de carbono activado y entre un 25 y un 60 % en peso de cemento y que tienen un tamaño medio de entre 30 jm y 500 |jm, se colocan en el depurador (WS), y
- los efluentes a limpiar (4), al salir del depurador (WS), se envían a un separador sólido-líquido (SLS) donde los efluentes se separan en una fracción clara (5) y un lodo (6) que contiene las partículas sólidas (7).
2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que las partículas sólidas (7) colocadas en el depurador (WS) tienen un tamaño medio de entre 50 jm y 150 jm.
3. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que las partículas sólidas (7) colocadas en el depurador (WS) tienen un tamaño medio de entre 50 jm y 100 jm.
4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el separador sólido-líquido (SLS) está compuesto por uno o más hidrociclones.
5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el separador sólido-líquido (SLS) comprende una centrífuga.
6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cantidad de partículas sólidas (7) colocadas en el depurador (WS) es tal que la concentración de estas partículas sólidas en los efluentes (4) enviadas al separador sólido-líquido (SLS) está entre 10 mg/l y 1000 jmg/l.
7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las partículas sólidas (7) se colocan en el depurador (WS) en forma de suspensión en una base acuosa.
8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción clara (5) se evacua cuando el depurador (WS) funciona en un circuito abierto, y se recicla, al menos parcialmente, de vuelta al depurador cuando el depurador funciona en un circuito cerrado.
9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el depurador (WS) funciona con un líquido de limpieza (2) que contiene agua de mar.
10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procedimiento se implementa a bordo de un buque marítimo.
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