Ing°. Ada Patricia Barturén Quispe

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 de NOx a partir de combustible

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.