Qual a diferença entre um Oxidante Térmico Regenerativo e um Oxidante Catalítico Regenerativo?

Introdução

Oxidante Térmico Regenerativo (RTO)
O princípio do Oxidante Térmico Regenerativo (RTO) consiste em aquecer os gases de escape orgânicos a temperaturas acima de 760 °C, causando a oxidação e decomposição dos COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) presentes no gás em dióxido de carbono e água. O gás em alta temperatura, resultante da oxidação, flui através de um meio de armazenamento térmico cerâmico especialmente projetado, aquecendo-o e armazenando calor ("regeneração"). Esse calor armazenado é então utilizado para pré-aquecer os gases de escape orgânicos subsequentes, reduzindo assim o consumo de combustível necessário para o aquecimento. O meio de armazenamento térmico cerâmico deve ser dividido em três ou mais zonas ou câmaras. Cada câmara passa sequencialmente pelos ciclos de armazenamento de calor (regeneração), liberação de calor (purga) e limpeza (purga), operando continuamente de forma cíclica. Imediatamente após a fase de "liberação de calor", uma porção dos gases de escape tratados e limpos deve ser introduzida para purgar a câmara (para garantir que a eficiência de destruição de COVs seja superior a 99%). Somente após a conclusão dessa purga a câmara pode retornar à fase de "armazenamento de calor". As características do oxidante térmico regenerativo são... Equipamento Oxidante Apresentam baixos custos operacionais e alta eficiência no tratamento de gases residuais orgânicos. É adequado para concentrações de gases residuais de 1000 a 10000 mg/m³, com uma eficiência de destruição de 99% a 99,5%. Atualmente, é a tecnologia mais economicamente viável para atender ao rigoroso padrão de emissão de 50 mg/m³ para COVs e é amplamente aplicada.

Oxidante Catalítico Regenerativo (RCO)
O princípio do Oxidante Catalítico Regenerativo (RCO) combina a oxidação regenerativa com a oxidação catalítica. O catalisador é colocado sobre o meio cerâmico de armazenamento de calor. Com o auxílio do catalisador, o gás de escape orgânico oxida-se e decompõe-se em CO₂ e H₂O a uma temperatura de ignição relativamente baixa (280–500 °C). O gás de alta temperatura produzido pela oxidação flui para outra câmara de armazenamento de calor para continuar a reação exotérmica de oxidação catalítica, aquecendo o meio cerâmico e armazenando calor. Esse calor armazenado é usado para pré-aquecer o gás de escape orgânico subsequente.
Os dispositivos RCO são semelhantes em design aos RTOs, utilizando configurações de câmara ou rotativas. A parte inferior da câmara de armazenamento de calor é preenchida com um meio cerâmico de armazenamento de calor, e o catalisador é colocado entre esse meio e a câmara de oxidação.

Comparação de desempenho
Tomando como exemplo uma capacidade de tratamento de 30.000 m³/h tanto para o Oxidante Térmico Regenerativo (RTO) quanto para o Oxidante Catalítico Regenerativo (RCO), e sob condições de processo de produção equivalentes, comparamos seu desempenho em quatro aspectos: conformidade, eficiência energética, viabilidade econômica e aplicabilidade. Os detalhes seguem abaixo:

Tabela 1: Comparação de desempenho entre o Oxidante Térmico Regenerativo (RTO) e o Oxidante Catalítico Regenerativo (RCO) (Capacidade de tratamento: 30.000 m³/h)

1. Conformidade
Atualmente, os Oxidadores Térmicos Regenerativos (RTOs) capazes de atender aos padrões de emissão são aqueles com três ou mais câmaras de armazenamento de calor, como os RTOs comuns de três leitos e os RTOs rotativos (por exemplo, de 12 câmaras). Nos RTOs de três leitos, durante a comutação das válvulas, ocorre um momento extremamente breve de curto-circuito direto entre o gás bruto de entrada e o gás limpo de saída. Isso resulta na descarga de uma pequena quantidade de gás residual não tratado juntamente com o gás limpo, causando um breve pico de concentração na corrente purificada.
Os RTOs rotativos realizam a comutação de gases de forma suave por meio de uma válvula rotativa, eliminando o curto-circuito direto. O processo de purificação é contínuo, sem picos de comutação, permitindo uma conformidade estável e de alto padrão, com eficiência de purificação de até 99,5%.

A tecnologia de Oxidação Catalítica Regenerativa (RCO) evoluiu a partir da RTO. Os equipamentos RCO são baseados na estrutura da RTO, com uma camada adicional de material catalítico especial adicionada na câmara de oxidação. A ação de oxidação catalítica aumenta a taxa de reação e reduz a temperatura necessária. Os projetos podem ser do tipo câmara ou rotativos, com meio cerâmico na parte inferior e um catalisador posicionado entre o meio e a zona de oxidação.
Os catalisadores mais comuns são catalisadores de metal nobre (Pd, Pt) em estrutura alveolar, apoiados em suportes cerâmicos também em estrutura alveolar.

1. Devido à complexa composição de componentes orgânicos em materiais de produção como tintas/vernizes, muitas vezes apenas os principais solventes podem ser identificados. Os catalisadores são seletivos em relação aos componentes dos gases residuais; não há garantia de que todos os componentes serão completamente oxidados.
2. Os pré-filtros antes do RCO não conseguem remover eficazmente partículas de poeira com menos de 0,5 μm. Traços de poeira que entram no catalisador podem afetar sua atividade.
3. Espaços entre os blocos do catalisador podem impedir o contato total entre o gás do processo e o catalisador.
4. A desativação do catalisador pode ocorrer devido a subprodutos de oxidação de compostos orgânicos halogenados ou quando elementos como N, P e S estão presentes.
A eficiência máxima de purificação abrangente para o RCO no tratamento de gases residuais orgânicos é de 97%.

Para garantir que as emissões totais de hidrocarbonetos não metânicos permaneçam abaixo de 50 mg/m³, as concentrações máximas tratáveis ​​de entrada para RCO e RTO são de 1,67 g/m³ e 10 g/m³, respectivamente. O RCO não atende aos padrões de emissão para gases com concentrações superiores a 1,67 g/m³.

2. Desempenho Econômico

Do ponto de vista econômico da fabricação de equipamentos, os volumes necessários de meio cerâmico regenerativo para um RTO e um RCO são de 17 m³ e 8 m³, respectivamente. Além disso, o RCO requer 2,7 m³ de catalisador.
(A velocidade espacial do catalisador foi selecionada como 15.000 h⁻¹, e o volume de catalisador necessário foi calculado como △ = (fluxo de ar ÷ velocidade espacial) × 12/10 = 2,4 m³. Considerando as condições reais de empacotamento do catalisador, o volume prático de enchimento do catalisador é de aproximadamente 2,7 m³.)

O preço dos catalisadores de metais nobres é de aproximadamente 280.000 RMB por m³. Como a estrutura geral e outras configurações do RCO são basicamente as mesmas do RTO, o investimento total para um sistema RCO é cerca de 1,2 vezes maior que o de um sistema RTO.

A vida útil do catalisador RCO é de 8.000 a 10.000 horas de operação. Em condições de operação de 24 horas por dia e 280 dias por ano, a vida útil do catalisador é de aproximadamente 3 anos, enquanto a vida útil do meio regenerativo cerâmico é de 5 a 8 anos.
Para um RTO, o custo anual de manutenção associado à substituição do meio regenerativo cerâmico é de aproximadamente 34.000 RMB. Para um RCO, o custo anual de manutenção para a substituição tanto do catalisador quanto do meio regenerativo cerâmico é de aproximadamente 224.000 RMB. Os custos de manutenção para os demais componentes do RCO são os mesmos que os do RTO.

3. Aplicabilidade

Após o desligamento subsequente ao procedimento de aquecimento gradual, um RTO pode manter a temperatura do forno acima de 400 °C por até 12 horas. Na reinicialização, são necessárias apenas cerca de 0,6 horas, reduzindo assim o consumo de energia na partida. Os RTOs são adequados para o tratamento de gases residuais em processos de produção com alta continuidade e podem tratar eficazmente gases residuais orgânicos gerados na maioria dos processos industriais. Para gases residuais que contenham componentes corrosivos, como enxofre (S) e cloro (Cl), materiais anticorrosivos especiais devem ser adotados no projeto e fabricação do RTO.

Um catalisador de oxidação catalítica reversa (RCO) apresenta uma inicialização relativamente rápida; no entanto, sua vida útil é mais curta e os custos de manutenção, mais elevados. Portanto, é mais adequado para processos de produção intermitentes. O gás residual deve estar isento de componentes que possam envenenar o catalisador, como enxofre (S), fósforo (P), arsênio (As) e halogênios. Além disso, partículas residuais devem ser filtradas rigorosamente para evitar impactos negativos no desempenho catalítico.

Autor: The Environmental Tech Blog