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Como tratar gases residuais nitrogenados e com tendência à formação de sais em um sistema RTO
2025-09-10
Com a expansão contínua da industrialização, a qualidade de vida humana tem melhorado constantemente e o fornecimento de bens de primeira necessidade tem aumentado continuamente. No entanto, ao mesmo tempo, a deterioração crescente do meio ambiente tem representado desafios significativos para a sobrevivência e o desenvolvimento da humanidade.
Nos últimos anos, graves problemas ambientais como o smog, o efeito estufa, a destruição da camada de ozono e o smog fotoquímico — todos causados pela poluição atmosférica — têm atraído grande atenção do público.
Na China, as fontes de poluição por gases residuais orgânicos concentram-se principalmente nas indústrias de petróleo e química. Durante os processos de produção, essas indústrias geram gases residuais orgânicos nitrogenados e gases residuais inorgânicos como resultado do consumo de energia. A liberação desses gases residuais diversos e de alta concentração na atmosfera impacta inevitavelmente o meio ambiente e a saúde humana.
Para lidar com esses gases residuais, é necessário um tratamento técnico para garantir que atendam aos padrões de emissão antes de serem liberados, reduzindo assim a poluição ambiental.
Processos de tratamento de gases residuais contendo nitrogênio
Seleção de Processos
Dentre as diversas tecnologias de tratamento de COVs, a incineração é atualmente o método mais confiável. Os equipamentos mais utilizados para o tratamento de COVs por incineração incluem oxidantes térmicos (OT), Oxidante Térmico Regenerativos (RTO), Oxidadores Catalíticos (CO) e Oxidadores Catalíticos Regenerativos (RCO).
Dentre as diversas tecnologias de tratamento de COVs, a incineração é atualmente o método mais confiável. Os equipamentos mais utilizados para o tratamento de COVs por incineração incluem oxidantes térmicos (OT), Oxidante Térmico Regenerativos (RTO), Oxidadores Catalíticos (CO) e Oxidadores Catalíticos Regenerativos (RCO).
O princípio de funcionamento de um RTO (Oxidador Reativo de Gases) envolve o aquecimento de gases residuais orgânicos a temperaturas acima de 760 °C, onde os COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) presentes nos gases residuais são oxidados em dióxido de carbono e água. O gás em alta temperatura gerado pela oxidação flui através de um meio de armazenamento de calor cerâmico especialmente projetado, aquecendo a cerâmica e armazenando energia térmica. Esse calor armazenado é então utilizado para pré-aquecer os gases residuais orgânicos subsequentes, reduzindo assim o consumo de combustível necessário para o aquecimento desses gases. Cada câmara de armazenamento de calor passa por um processo cíclico de armazenamento, liberação e purga de calor, operando continuamente. Após uma câmara completar a fase de "liberação de calor", ela deve ser purgada com uma porção do gás limpo e tratado antes de poder retornar à fase de "armazenamento de calor".
Os RTOs podem ser categorizados em dois tipos: de comutação por válvula (leito fixo) e de válvula rotativa.
Os RTOs com comutação de válvulas incluem os RTOs de duas câmaras de primeira geração e os RTOs de três câmaras ou multicâmaras de segunda geração. Estes consistem em duas ou mais câmaras de armazenamento de calor preenchidas com cerâmica, onde válvulas de comutação alteram a direção do fluxo de ar para pré-aquecer os gases residuais de COVs.
Os RTOs com comutação de válvulas incluem os RTOs de duas câmaras de primeira geração e os RTOs de três câmaras ou multicâmaras de segunda geração. Estes consistem em duas ou mais câmaras de armazenamento de calor preenchidas com cerâmica, onde válvulas de comutação alteram a direção do fluxo de ar para pré-aquecer os gases residuais de COVs.
Em geral, quanto maior o número de câmaras de armazenamento de calor, maior a eficiência de purificação. Os RTOs rotativos possuem 12 câmaras e um design cilíndrico. Utilizam uma única válvula rotativa para substituir múltiplas válvulas de comutação para o desvio de gases residuais, representando uma tecnologia de terceira geração e atualmente o sistema RTO mais avançado do mundo.
Estrutura do Otimizador Rotativo de Transmissão (RTO)
O RTO rotativo consiste principalmente em uma câmara de combustão, leitos de enchimento cerâmico e uma válvula rotativa.
O forno é dividido em 12 câmaras: 5 para entrada de gases residuais, 5 para saída de gases purificados, 1 para purga e 1 para isolamento.
O RTO rotativo consiste principalmente em uma câmara de combustão, leitos de enchimento cerâmico e uma válvula rotativa.
O forno é dividido em 12 câmaras: 5 para entrada de gases residuais, 5 para saída de gases purificados, 1 para purga e 1 para isolamento.
A válvula de distribuição de gases residuais, acionada por um motor, gira de forma contínua e estável. Sob a ação da válvula de distribuição, os gases residuais são gradualmente e continuamente alternados entre as 12 câmaras.
A estrutura de vedação do Rotary RTO emprega vedação por contato, caracterizada por resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão.
A estrutura de vedação do Rotary RTO emprega vedação por contato, caracterizada por resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão.
Análise dos produtos da combustão de compostos orgânicos nitrogenados
Mecanismo de formação de óxidos de nitrogênio
Os óxidos de nitrogênio (NOx) são gerados através das seguintes três vias:
Os óxidos de nitrogênio (NOx) são gerados através das seguintes três vias:
- NOx térmico: Formado pela oxidação do nitrogênio no ar em altas temperaturas (acima de 1400°C), representando de 15% a 25% da geração total de NOx.
- NOx imediato: Gerado quando radicais CH provenientes da decomposição em alta temperatura de hidrocarbonetos em voláteis de combustível reagem com o nitrogênio do ar para formar HCN e N₂, que então reagem rapidamente com o oxigênio para formar NOx. Isso normalmente representa menos de 5% da geração total de NOx.
- NOx do combustível: Gerado quando os compostos de nitrogênio no combustível são oxidados durante a combustão.
Fatores que influenciam a geração de NOx
Os produtos da combustão de compostos orgânicos nitrogenados são uma mistura de N₂ e NOx. O teor de NOx depende de vários fatores, incluindo temperatura, concentrações de nitrogênio (N) e oxigênio (O), características do combustível e tempo de residência. Quando o gás combustível contém componentes nitrogenados como HCN, piridina ou quinolina, o nitrogênio nesses compostos é primeiro convertido em HCN durante a combustão (na chama, diferentemente do NOx térmico, que se forma a jusante da chama) e, em seguida, em NH₃ ou NH₂.
Os produtos da combustão de compostos orgânicos nitrogenados são uma mistura de N₂ e NOx. O teor de NOx depende de vários fatores, incluindo temperatura, concentrações de nitrogênio (N) e oxigênio (O), características do combustível e tempo de residência. Quando o gás combustível contém componentes nitrogenados como HCN, piridina ou quinolina, o nitrogênio nesses compostos é primeiro convertido em HCN durante a combustão (na chama, diferentemente do NOx térmico, que se forma a jusante da chama) e, em seguida, em NH₃ ou NH₂.
NH e NH2 podem reagir com oxigênio para formar NO + H2O: 2NH2 + 2O2 → NO + 2H2O. Alternativamente, podem reagir com NO para formar N2 + H2O. Na chama, a proporção de nitrogênio combustível convertido em NO depende da relação NO/O2. Quando α é menor que 0,7, praticamente nenhum NO combustível é gerado.
Experimentos mostram que de 20% a 80% dos componentes nitrogenados do combustível são convertidos em NO durante a combustão. Se houver oxigênio insuficiente durante a combustão (α
- Temperaturas de combustão mais elevadas facilitam a formação de NOx. Recomenda-se controlar a temperatura de combustão ao queimar compostos orgânicos nitrogenados.
- Um teor mais elevado de oxigênio durante a combustão facilita a formação de NOx. Se os compostos orgânicos nitrogenados contiverem oxigênio (por exemplo, compostos nitro), isso também aumenta o teor de NOx.
- Os compostos orgânicos nitrogenados são inicialmente convertidos em HCN durante a combustão e, em seguida, em NH ou NH2, que reagem com o oxigênio para formar NOx. Portanto, a quantidade de NOx gerada segue a ordem: compostos (sub)amino (-NH ou -NH2) > compostos ciano (-CN).
Análise dos produtos de combustão de alguns compostos orgânicos nitrogenados
As conclusões a seguir podem ser extraídas dos cálculos acima:
- Com o aumento da temperatura, a inclinação da taxa de conversão torna-se mais acentuada. Temperaturas mais altas resultam em mais NOx térmico.
- A adição de mais substituintes e cadeias mais longas resulta em taxas de conversão mais baixas. Mais substituintes e cadeias mais longas tornam as moléculas menos estáveis, mais propensas a reagir com o oxigênio e reduzem a probabilidade de o N se combinar com o O.
- Compostos orgânicos que contêm nitrogênio e oxigênio apresentam taxas de conversão mais elevadas.
Introdução às rotas de tratamento para gases residuais de processo contendo nitrogênio
Os gases residuais contendo nitrogênio são coletados e direcionados para o sistema RTO. O ventilador principal conduz os gases através de um corta-chamas para dentro do RTO, onde são distribuídos pela válvula rotativa para as câmaras de armazenamento de calor. Durante o fluxo ascendente, os gases absorvem calor e são pré-aquecidos a temperaturas acima de 850 °C antes de entrarem na câmara de reação. Quando a temperatura na câmara de reação superior atinge 900 °C, os componentes nitrogenados são quase completamente oxidados e decompostos.
O gás residual permanece na câmara superior por um tempo de residência de pelo menos 1 segundo. Após a combustão completa na câmara de reação de alta temperatura, o gás limpo resultante entra em outras cinco câmaras de armazenamento de calor para liberar calor. O gás então sai por dutos de baixa temperatura, mistura-se com o gás proveniente de dutos de alta temperatura e entra em um trocador de calor de placas para resfriamento. O gás resfriado é tratado por um dispositivo de desnitrificação SCR para remover o poluente secundário NOx gerado durante a combustão. O gás purificado é então descarregado através de uma chaminé de exaustão por meio de um ventilador de tiragem induzida.
Considerando que os gases residuais contendo amônia geram NOx após a combustão, são necessárias medidas anticorrosivas para as tubulações de baixa temperatura do RTO.
As tecnologias proprietárias desenvolvidas pela Yurcent Environment, incluindo a "Tecnologia de Desnitrificação RTO + SCR" e a "Tecnologia Antibloqueio com Sal de Amônio" para gases residuais nitrogenados e propensos à formação de sal, fornecem aos clientes soluções de alta qualidade e baixa emissão. Soluções para tratamento de gases residuaisEssas tecnologias demonstraram eficácia significativa e conquistaram o reconhecimento de inúmeras empresas clientes.