el oxido nitrico procedente de las emisiones de automotores, de actividades agricolas asi como de emisiones industriales se concentra en grandes cantidades en la atmosfera donde eventualmente reacciones con diversos gases de efecto invernadero p´roduciendo asi daños significativos en el cambio climatico mundial. estos daños pueden revertirse utilizando catalizadores.
1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE
TAPACHULA
Licenciatura: Ing.
Química
Asignatura: Fisicoquímica 2
Catedrático: Mtro. José Luis
Mldonado Ruiz
Grupo y semestre: 5
“A”
Presentan:
José Luis Aguirre Arcos
Victor Fabian Cancino MOrales
Guni Pérez Deleón
Tapachula,
equipo
#2
Unidad 5. Proyecto
integrador: Control de
emisiones del NO.
3. ÓXIDO NITRICO
•Incoloro e hidrosolubre.
• Presente en los mamíferos.
• En el aire siendo producido en automóviles y plantas de energía.
•Rádical libre.
2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)
v = k [NO]2 ·[O2]
2NO(g)+H2(g) N2O(g)+H2O(g)
v = k [NO]2 [H2]
N0 ≠ N2O; N0 ≠ NO2 o con cualquiera del resto de los NOX existentes.
6. REACCIONES QUÍMICAS ESENCIALES PARA
LA PRODUCCIÓN DE HNO3
REACTOR
1) Oxidación del amoníaco (750-800ºC)
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
No obstante, también se originan otras reacciones simultáneamente, generándose nitrógeno (N2) y
óxido nitroso (N2O). Estas reacciones sucederán principalmente cuando la temperatura de trabajo
sea menor a la indicada anteriormente:
• 4 NH3 + 3 O2 N2 + 6 H2O
• 4 NH3 + 4 O2 N2O + 6 H2O
2) Oxidación del óxido nítrico
2NO + O2 - 2NO2
ABSORCIÓN
3) 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO
7. EL TRÁFICO CONSTITUYE LA PRINCIPAL
FUENTE
• EL 80% DE LAS EMISIONES DE NOX DE LOS VEHÍCULOS DIÉSEL SE PRODUCEN
DURANTE EL 20% DEL TIEMPO DE LA CONDUCCIÓN.
11. Nox Contaminantes en calidad del aire son NO y el (NO2)
Gases de efecto invernadero
Contaminantes atmosféricos
12. • El NO producto intermediario en obtención de ácido nítrico (HNO3) .
La K a 250 ºC es 6, mol-2L2s-1. Podemos calcular la velocidad de oxidación del NO. Se ha
determinado experimentalmente que su ecuación de velocidad es: v = k [NO]2 ·[O2)
• Sustituyendo en V = k [NO]2 ·[O2] los datos resulta:
A) V = 6, M-2S-1. (0,100 M)2 . 0,210 M = 1,37·10-5 MOL L-1S-1
B) V = 6, M-2S-1. (0,200 M)2 . 0,420 M = 1,09·10-4 MOL L-1S-1
• El HNO3 se destina a la producción de fertilizantes inorgánicos, fabricación de explosivos de nitrato de amonio o el nitrobenceno.
EXP [NO] (mol L-1) [O2] (mol L-1) V (mol L-1s-1)
EXP 1 0.100 M 0.210 M 1.37·10-5
EXP 2 0.200 M 0.420 M 1.09·10-4
14. LOS ÓXIDOS DE NITRÓGENO PUEDEN
PRESENTARSE EN DIFERENTES
FORMAS:
• NO: ÓXIDO NÍTRICO
• NO2: DIÓXIDO DE NITRÓGENO
• N2O:ÓXIDO NITROSO
• NO3: TRIÓXIDO DE NITRÓGENO
• N2O5: ANHÍDRIDO NÍTRICO
DE ESTOS SE OXIDAN ARTIFICIALMENTE: NO, NO2 Y SON LLAMADOS LOS NOX. EL NO SE
FORMA EN LOS PROCESOS DE COMBUSTIÓN DE LOS COMBUSTIBLES FÓSILES.
15. CICLOS CON INYECCIÓN DE AGUA O DE
VAPOR.
• EL OBJETIVO INICIAL DE UNA TURBINA DE GAS (CICLO BRAYTON) CON INYECCIÓN DE
AGUA ES AUMENTAR LA SALIDA DE POTENCIA INCREMENTANDO EL FLUJO DE MASA QUE
PASA A TRAVÉS DE LA TURBINA SIN MODIFICAR LA POTENCIA CONSUMIDA POR EL
COMPRESOR.
• EN ESTE TIPO DE CICLO, AGUA DESMINERALIZADA ES INYECTADA ANTES DE LA CÁMARA
DE COMBUSTIÓN PARA REDUCIR LAS EMISIONES DE NOX A POR LO MENOS 25 PPM
(ENTRE 25 Y 42 PPM SEGÚN REFERENCIA [5]). ESTE ES UN MÉTODO SIMPLE Y PROBADO
PARA REDUCIR ESTAS EMISIONES.
16. CICLOS CON HUMIDIFICACIÓN EN CASCADA.
• EL NIVEL DE EMISIONES ES DE 9 PPM DE NOX SIN USAR NI REDUCCIÓN CATALÍTICA
SELECTIVA NI COMBUSTIÓN CATALÍTICA. ESTA CAPACIDAD DEL CICLO HA SIDO EVALUADA
TENIENDO EN CUENTA EL EFECTO DE LA HUMIDIFICACIÓN EN EL LÍMITE DE EMISIONES
DE NOX, PRUEBAS INDEPENDIENTES FUERON REALIZADAS PARA EL TIPO Y TAMAÑO DE
COMBUSTOR, EN EL MODELO DE DEMOSTRACIÓN, UTILIZADO (POR AERO INDUSTRIAL
TECHNOLOGY EN INGLATERRA Y LYCOMING EN USA).
• LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN AMBAS PRUEBAS CONFIRMARON QUE LA
HUMIDIFICACIÓN (20 A 30 % DE FLUJO DE MASA DE AGUA) PUEDE LIMITAR LAS
EMISIONES DE NOX A NIVELES DE UN SOLO DÍGITO
17. COMBUSTORES SECOS BAJOS EN NOX
• COMBUSTIÓN POBRE: CON COMBUSTIÓN POBRE, EL EXCESO ADICIONAL DE AIRE ENFRÍA LA LLAMADA, LO
CUAL REDUCE LA TEMPERATURA DE LLAMA PICO Y REDUCE LA TASA DE FORMACIÓN TÉRMICA DE NOX.
• REDUCCIÓN DE TIEMPO DE COMBUSTIÓN: CON LA REDUCCIÓN DEL TIEMPO DE COMBUSTIÓN, LA DILUCIÓN
DE AIRE ES LLEVADA A CABO MAS RÁPIDO QUE CON LOS COMBUSTORES ESTÁNDAR. DEBIDO A QUE LOS
GASES DE COMBUSTIÓN ESTÁN A UNA TEMPERATURA ALTA POR UN PERÍODO DE TIEMPO MAS CORTO, LA
CANTIDAD DE FORMACIÓN TÉRMICA DE NOX DECRECE.
• COMBUSTORES DE PREMEZCLADO POBRE: EN UN DISEÑO DE UN COMBUSTOR PREMEZCLADO POBRE, EL
AIRE Y EL COMBUSTIBLE SON PREMEZCLADOS EN UNA MUY POBRE RELACIÓN, ANTERIOR A LA
INTRODUCCIÓN DENTRO DE LA ZONA DE COMBUSTIÓN. EL EXCESO DE AIRE EN LA MEZCLA POBRE LOGRA
TEMPERATURAS DE COMBUSTIÓN MAS BAJAS, LO CUAL REDUCE ALTAMENTE LAS TASAS DE FORMACIÓN
DE NOX.
• COMBUSTOR DE DOS ETAPAS: ESTOS COMBUSTORES QUEMAN COMBUSTIBLE RICO EN LA ZONA PRIMARIA
Y COMBUSTIBLE POBRE EN LA ZONA SECUNDARIA. LA COMBUSTIÓN INCOMPLETA BAJO CONDICIONES DE
COMBUSTIBLE RICO EN LA ZONA PRIMARIA PRODUCE UNA ATMÓSFERA CON UNA ALTA CONCENTRACIÓN
DE CO Y GAS HIDRÓGENO (H2).
18. COMBUSTOR CATALÍTICO ULTRA-BAJO NOX
• UN COMBUSTOR CATALÍTICO ESTA COMPUESTO DE UNA SECCIÓN DE QUEMADOR Y UNA
SECCIÓN DE PREMEZCLA DE COMBUSTIÓN. LA SECCIÓN DE QUEMADOR CONSISTE DE 6
SEGMENTOS DE COMBUSTOR CATALÍTICO Y 6 BOQUILLAS DE PREMEZCLA. CON EL
PROPÓSITO DE INCREMENTAR LA DISTRIBUCIÓN DE AIRE A LA SECCIÓN DEL QUEMADOR,
UNA PARED CERÁMICA FUE APLICADA A LA SECCIÓN DE PREMEZCLA DE COMBUSTIÓN Y
LA DISTRIBUCIÓN DE AIRE-COMBUSTIBLE ENTRE LOS SEGMENTOS DEL COMBUSTOR
CATALÍTICO Y LAS BOQUILLAS DE PREMEZCLADO FUE OPTIMIZADA.
19. REDUCCIÓN CATALÍTICA SELECTIVA
• LA REDUCCIÓN CATALÍTICA SELECTIVA (RCS) ES CONSIDERADO EL MEJOR SISTEMA DE
CONTROL DISPONIBLE DE NOX, CAPAZ DE REDUCIR LAS EMISIONES DE NOX HASTA 5
PPM. EL SISTEMA TRABAJA INYECTANDO VAPOR DE AMONÍACO (NH3) EN LOS GASES DE
COMBUSTIÓN, LOS CUALES DESPUÉS PASAN POR UN MATERIAL CATALIZADOR. LA
REACCIÓN QUÍMICA RESULTANTE REDUCE LOS NOX EN AGUA Y NITRÓGENO
SUSTANCIAS INOFENSIVAS.
• AUNQUE SEGÚN LA ONTARIO CLEAN AIR ALLIANCE 7, LA INSTALACIÓN DE UNIDADES DE
RCS REQUIERE EL USO DE ANHÍDRIDOS DE AMONÍACO, UNA SUSTANCIA
EXTREMADAMENTE PELIGROSA, EL AMONÍACO ES TÓXICO SI ES INHALADO Y PUEDE
IRRITAR Y QUEMAR LA PIEL, OJOS, NARIZ O GARGANTA. LOS VAPORES DE AMONÍACO
PUEDEN FORMAR UNA MEZCLA EXPLOSIVA CUANDO SON MEZCLADOS CON EL AIRE.
20. LA EXPERIENCIA DE GE
• LAS TURBINAS DE GAS GENERAL ELECTRIC (GE) TECNOLOGÍA F (FRAME 9FA)
RESPONDEN A LA NECESIDAD DE ALTA EFICIENCIA Y ALTA CONFIABILIDAD, ESTÁN
EQUIPADAS CON SISTEMAS DE COMBUSTIÓN DE BAJAS EMISIONES DE NOX, LAS
TURBINAS SON AMIGABLES CON EL MEDIO AMBIENTE, CON NIVELES DE 25 PPM O MENOS
DE NOX. MAS DE 255 TURBINAS DE GAS GE TECNOLOGÍA F OPERAN EN PLANTAS
TERMOELÉCTRICAS ALREDEDOR DEL MUNDO. LAS TURBINAS DE GAS TAMBIÉN ESTÁN
EQUIPADAS PARA QUEMAR COMBUSTIBLE DESTILADO COMO RESPALDO PARA EL GAS
NATURAL, Y ESTÁN PROVISTAS CON UN SISTEMA DE INYECCIÓN DE AGUA PARA REDUCIR
LAS EMISIONES DE NOX MIENTRAS OPERAN CON EL COMBUSTIBLE DE RESPALDO.
22. MEDIDAS PARA LA REDUCCIÓN DE
EMISIONES DE NOX
LAS MEDIDAS PRIMARIAS
• Optimación del proceso de combustión
• Bajo contenido de álcalis en la materia
prima.
• Uso de combustibles de bajo nitrógeno
• Operación estable en el horno.
• Aire de combustión por etapas.
recirculación de los gases de
combustión.
• Quemadores de bajo NOX
• Adición de polvos del precipitador (o
agua) en la llama
• Quema de combustibles secundarios en
medio del horno.
23. LAS MEDIDAS
SECUNDARIAS
• Reducción catalítica selectiva (RCS).
Esta técnica de control usa amoníaco y un catalizador de
vanadia soportado en Titania para reducir selectivamente los
NOx a N2.
• Reducción selectiva no catalítica (RSNC)
Esta técnica de control alcanza la reducción de NOX por
medio de la adición de amoníaco o urea en la ventana de
temperaturas adecuada (870 – 1.090 °C) sin usar catalizador.
• Tecnologías de oxidación para el control de NOX
Las tecnologías de oxidación son útiles para trasformar NO
en NO2, que se absorbe fácilmente en diversas sustancias,
inclusive en el mismo medio donde se da la absorción del SO2
24. EMISIONES DE SO2
TÉCNICAS DE REDUCCIÓN DE EMISIONES DE SO2
Como la fuente principal de las emisiones de
SO2 es la materia prima, la media primaria
ideal es trabajar con materia prima de bajo
contenido de azufre. Al reducir la volatilización
del azufre y mantener una atmósfera oxidante
se reducen las emisiones de SO2. Sin embargo,
hay que señalar que una atmósfera
oxidante incrementa las emisiones de NOX.
25. TECNOLOGÍAS PARA EL
CONTROL DEL CO2
Entre las alternativas para evitar o reducir las
emisiones de CO2 se encuentran: la sustitución del
carbón por fuentes renovables de energía, mejoras
en la eficiencia energética en la combustión de
combustible fósil, reemplazo de la materia prima
por materiales de desecho ricos en CaO y uso de
materiales combustible de desecho, entre otros.
