Oxidación Térmica


OXIDACIÓN TÉRMICA REGENERATIVA


La oxidación térmica regenerativa (OTR) es una reacción química en la que en determinadas condiciones de temperatura y tiempo de residencia, determinados compuestos hidrocarbonados reaccionan con el oxígeno para producir CO2, H2O (v) y una cantidad de calor (Q) que dependerá de la concentración de los compuestos, así como de su naturaleza y poder calorífico específico.

Para que la reacción de oxidación sea completa debe efectuarse a una temperatura muy superior (Del orden de 800-900 °C). En este caso, se precisa emplear sistemas de recuperación de calor muy eficientes, ya que la eficiencia de los sistemas recuperativos es relativamente baja y el coste energético sería excesivo. Por ello, se emplean sistema regenerativos, es decir sistemas en los que el aire caliente pasa a través de una masa cerámica con un área superficial muy elevada. Esta masa cerámica acumula calor que se libera luego, cuando secuencialmente en el tiempo, el aire frío pasa a través de esta masa cerámica. Es decir que tanto el aire caliente como el aire frío pasan secuencialmente en el tiempo por el mismo conducto, a contracorriente, a través de la misma masa cerámica. Cuando el aire caliente que sale de la cámara de oxidación, pasa a través de esta masa cerámica, calienta esta masa. Al cabo de un cierto tiempo, mediante un sistema de válvulas, es el aire frío el que pasa a través de esta masa cerámica caliente, de forma que esta masa libera calor que calentará la masa de aire frío que se dirige a la cámara de oxidación.

Normalmente, los equipos OTR dispondrán de dos torres de intercambio de calor que se conmutaran cada cierto tiempo (normalmente cada dos minutos), de forma que una es de entrada y otra de salida, y al cabo de este tiempo las torres se conmutan de forma que la torre que era de entrada pasa a ser de salida, y viceversa. La eficiencia de destrucción es del orden del 98% de la concentración de COV’s en la entrada de la OTR.

Cuando la concentración de entrada es elevada, un sistema de 2 torres puede no ser suficiente para asegurar el cumplimiento del límite de emisión fijado, por lo que sería necesario ir a un sistema OTR de tres torres. En estos casos, en el primer ciclo el aire contaminado entra por la torre A, el aire purificado sale por la torre B, mientras en la torre C se abre una válvula de purga que permite que todo el aire contaminado que permanece en los volúmenes muertos del sistema es aspirado y reintroducido en la cámara de oxidación. En este caso, la eficiencia de destrucción es del orden del 99,5 %.

La eficiencia térmica de los sistemas de intercambio de calor regenerativos con bloques cerámicos es del orden del 95 %, por lo que el consumo de combustible para mantener la temperatura de la cámara de oxidación es razonable, incluso en el caso de que la concentración de compuestos orgánicos volátiles (COV’s) sea muy baja.

Normalmente hablamos en este caso de Oxidación Térmica Regenerativa (OTR). Esta tecnología está generalmente considerada como la Mejor Tecnología Disponible (MTD) para tratamiento de emisiones en procesos industriales en los que se genera un caudal de aire contaminado que supere los límites de emisión máxima autorizados, y que -en consecuencia- deben ser tratados para su purificación previa a su emisión a la atmósfera


Parámetros principales para el diseño de una planta OTR:

  1. Caudal de aire contaminado a tratar, en Nm3/h. Valores mínimos, medios y máximos
  2. Eficiencia de destrucción que se requiere para asegurar cumplimiento de normativa
  3. Naturaleza, y concentración de los contaminantes: presencia de otros compuestos que puedan interferir en el proceso
    • Presencia de partículas, aerosoles, halógenos, etc
    • Riesgos de corrosión. Precalentamiento
    • Riesgos de explosividad: dilución
    • Posibilidad de concentración previa
  4. Costes de inversión y de funcionamiento, eficiencia térmica
  5. Necesidades de espacio y suministros de energía disponibles
  6. Disponibilidad: horas de funcionamiento por año

CASO MÁS DESFAVORABLE POSIBLE EN EL TRATAMIENTO DE EMISIONES

  1. Caudal de aire contaminado muy elevado: dimensiones del equipo. Necesidad de reducir el caudal
  2. Concentración de COV’s muy baja: consumo del quemador muy elevado. Necesidad de aumentar la concentración de COV’s
  3. Si la composición del aire contaminado lo permite (Temperatura, contenido de partículas, presencia de “high boilers”, etc.) se puede utilizar una rueda giratoria de adsorción
  4. En la sección de adsorción se captan los COV’s
  5. En el proceso de desorción se concentran los contaminantes en un caudal menor de aire a tratar, con una concentración de COV’s muy superior
  6. EI factor de enriquecimiento suele ser de orden de 10.1