Tratamiento de aire – Prevención y eliminación de gases tóxicos

                                                                           

 

COMPARACIÓN TÉCNICA SRUBBER SECO Y SCRUBBER HUMEDO

En la actualidad existen muchas tecnologías disponibles para el control de olores. Al comparar las diferentes tecnologías, cada aspecto constructivo y funcional debe ser evaluado en un marco de necesidades y prioridades, encaminadas a identificar la opción más adecuada para conseguir llegar a los objetivos requeridos.

Por lo tanto, para realizar una elección correcta, es necesario evaluar el tipo de respuesta que ésta ofrece a los factores más relevantes del problema, en particular:

1. Caudal de aire a tratar
2. Gases a descomponer
3. Concentración de los gases contaminantes
4. Espacio disponible
5. Eficiencia de filtración
6. Capacidad de absorción de variabilidad de carga y/o caudal (por ejemplo, situaciones de emergencia)
7. Sencillez en el mantenimiento y funcionamiento
8. Eliminación y/o valorización de las sustancias utilizadas.

A continuación intentaremos argumentar la comparación entre un Wet Scrubber y un Dry Scrubbers mediante un enfoque basado en un correcto criterio teórico y en la experiencia adquirida en los más de 40 años en el sector del tratamiento de aguas y aire, durante el cual, hemos diseñado, fabricado y construido sistemas de tratamiento de gases con distintas tecnologías.

En primer lugar, se trata de dos filosofías de intervención diferentes:

– El Wet Scrubber por su nomenclatura en inglés o torre de lavado de gases por vía húmeda, se destaca por ser una planta de absorción química, que utiliza disolventes apropiados para lograr una adecuada eficiencia de transferencia de masa.

La torre de lavado, por su concepción y por la complejidad constructiva, requiere un tratamiento de aire centralizado que implica la instalación de una única unidad de filtrado incluso para un volumen muy grande y para múltiples fuentes de olor.

– El Dry Scrubber por su nomenclatura en inglés o lavado de gases por vía seca, es un sistema de adsorción físico-químico que opera tanto por adsorción física, mediante las fuerzas de Van der Waals de atracción molecular en el interior de los poros, como con reacciones químicas irreversibles que oxidan la molécula a estados inertes e inodoros.

La tecnología seca se presta bien tanto a una solución centralizada como a una distribuida entre las diversas fuentes de olores. Esta segunda opción es aconsejable ya que conduce a una serie de pequeños filtros distribuidos cerca de las principales fuentes de olor, con el efecto de garantizar un mejor y más sencillo control de olores y una eliminación más eficiente de los contaminantes ya que para cada filtro se diseña una mezcla especifica de «media filtrante», en función de los gases que se tengan que eliminar. Además, se optimiza la superficie y por último, se minimiza el impacto de malos olores ya que al estar distribuido en distintos focos el riesgo se minimiza.

En la comparación es interesante examinar los valores de los tiempos de residencia en relación al caudal de aire a tratar por unidad de superficie.

– Torre de lavado o Wet Scrubber: T residencia = 1,5 seg/etapa (generalmente 3 etapas: agua, reacción ácida, reacción básica)

                                Caudal de aire tratado = 100/150 m³/h por m²

– Lavado seco o Dry Scrubber: T residencia = 0,1 seg

                                               Caudal de aire tratado = hasta 8.000 m³/h por m².

Esta comparación, claramente a favor del Dry Scrubber, destaca otras dos ventajas de la tecnología:

• La eficiencia de eliminación del Dry Scrubber es independiente de la concentración de los gases entrantes, depende únicamente del tiempo de residencia: un Ts = 0,1 seg garantiza una eficiencia teórica del 99,9 %. En estas condiciones, la distancia recorrida por el flujo de aire coincide con la zona de transferencia de masa.

Por lo tanto, la ZTM de un sistema de adsorción representa el área del lecho de medios donde tiene lugar la adsorción activa. Para obtener una eficiencia de remoción cercana al 100%, es necesario que la profundidad del lecho filtrante sea mayor que la del ZTM, para que el proceso de transferencia de masa pueda realizarse por completo.

En los dispositivos de filtración de lavado en seco, los aumentos de los valores de Tr por encima de 0,1 seg no aumentan las eficiencias de filtración, que ya están al máximo con esos 0,1 seg, pero aumentan proporcionalmente la vida activa del lecho. Si las profundidades del lecho son mucho mayores que las de la ZTM, se lograrán eficiencias de remoción cercanas al 100% durante un largo período de operación.

• Cuanto más corto es el tiempo de residencia, más compacto es el sistema de filtración: la disponibilidad limitada de espacio en muchas instalaciones se puede cubrir con los equipos de Dry Scrubbers compactos y con su posibilidad de personalización en función de las necesidades del cliente. Esta es una consideración fundamental.

Esto es especialmente importante para plantas completamente cerradas con un espacio de maniobra muy limitado. Las torres de lavado, en cambio, en proporción al caudal a tratar, requieren volúmenes mucho mayores que cualquier lavador seco y la propia extensión vertical es un límite importante para el diseño del filtro.

Para garantizar la eliminación de contaminantes, el sistema debe poder hacer frente a situaciones con cargas de olor variables, como situaciones de emergencia.

– En cuanto a la eliminación de compuestos inorgánicos solubles en agua (sulfuro de hidrógeno, amoníaco) las dos tecnologías son esencialmente iguales, ya que la eficiencia de ambas es muy alta y se sitúa en valores cercanos al 95%. Sin embargo, con respecto a la eliminación de compuestos orgánicos esto cambia. Existen muchas moléculas olorosas lipofílicas (insolubles en agua), que la tecnología de lavado húmedo no es capaz de eliminar. De hecho, este tipo de compuestos no son solubles en agua excepto en cantidades muy pequeñas y, por lo tanto, no se pueden eliminar químicamente. Este es el caso de los hidrocarburos, que si bien no son el primer componente responsable de los malos olores, sí ejercen acciones sinérgicas para potenciar/amplificar el mal olor inducido por los mercaptanos y compuestos azufrados en general.

En la práctica, si no se prevé la eliminación de hidrocarburos, la más mínima presencia de compuestos inorgánicos provoca efectos desagradables en el sentido del olfato humano. Por lo tanto, un buen control de olores debe asegurar una eliminación eficiente de los hidrocarburos.

– El Dry Scrubber garantiza la eliminación de cualquier gas objetivo orgánico e inorgánico responsable del olor, incluidos los hidrocarburos. La adsorción es el proceso por el cual las moléculas gaseosas establecen una interacción física, a través de las fuerzas de Van der Waals, en la interfase sólido-gas. En este proceso, las moléculas adsorbidas pierden sus grados de libertad de traslación, pero no de vibración y rotación, y se unen a la superficie. La quimiabsorción es un proceso que tiene lugar en dos fases: la primera de adsorción física, la segunda de una reacción química (típicamente exotérmica redox) entre las moléculas gaseosas y el agente de impregnación de la media. Los gases se transforman en sales inorgánicas que quedan adheridos dentro del lecho. Es un proceso irreversible que simultáneamente con la eliminación de gases conduce a un consumo progresivo del medio filtrante, determinando una vida activa útil como resultado de un equilibrio estequiométrico entre las concentraciones de gases y las de las sustancias que impregnan el lecho.

La carga del filtro de la tecnología seca se dimensiona sobre la base de las moléculas reales responsables de los malos olores. Puede diseñarse específicamente para la reducción de un gas objetivo o tener un amplio espectro de reducción. Como ya se ha especificado, la eficiencia de un Dry Scrubber no depende de las concentraciones entrantes; lo que se ve afectado es sólo la duración del material filtrante con el que se dimensionó el equipo y no el rendimiento de reducción. Además, el filtro seco tiene una excelente flexibilidad para hacer frente a cualquier cambio en los contaminantes responsables de los malos olores: la capacidad del material adsorbente se puede aumentar con solo reemplazar la carga filtrante por otra más adecuada para garantizar las reducciones requeridas.

En cuanto al mantenimiento y gestión de las dos tecnologías, son muchas las ventajas que ofrece la tecnología Dry Scrubber.

• Cada torre de lavado, para garantizar una alta eficiencia de remoción, requiere revisiones diarias, mantenimientos de rutina mensual que consisten en revisar/limpiar las boquillas dosificadoras y reemplazarlas y otros componentes como pH-metros, sondas redox, dosificadores o bombas de recirculación, manómetros y finalmente un mantenimiento extraordinario cada uno o dos años.

Desde el punto de vista de las obras auxiliares necesarias para el funcionamiento de las unidades de filtrado, se debe considerar que para la tecnología húmeda es necesario prever un espacio para la asignación de tanques de almacenamiento de líquidos peligrosos (ácido sulfúrico, sosa, hipoclorito sódico) con su problema de espacio relacionado, además de las precauciones a implementar por el riesgo químico asociado a su manipulación.

• El Dry Scrubber tiene una simplicidad operativa derivada de su total independencia. No requiere controles de ningún tipo que no sean el funcionamiento normal del equipo eléctrico montado y, en ocasiones, puede automatizarse para funcionar de forma completamente continua. Los controles periódicos para comprobar la vida activa residual de la carga filtrante instalada permiten conocer el momento exacto en el que prever la sustitución del material, optimizando los costes económicos de mantenimiento.

Finalmente, una comparación económica de ambos sistemas es complicado de hacer. Una evaluación correcta de los costos no puede generalizarse ya que debe basarse en una pluralidad de factores. Cada tecnología tiene áreas de conveniencia económica y otras áreas críticas, pero una evaluación amplia, con excepciones y variaciones, puede confirmar que los costos de manejo de las tecnologías húmedas tienen una incidencia más alta que la mayoría de las veces se descuida en la fase de evaluación. El consumo eléctrico de un filtro seco es muy inferior al de una torre de lavado, donde además de la demanda eléctrica del ventilador, hay que sumar la de las dosificaciones y bombas.

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