Actualmente, las emisiones orgánicas procedentes de industrias como la petroquímica, la industria ligera, la del plástico y la gráfica... Tratamiento de gases residuales Para los incineradores de combustión directa y los oxidadores térmicos regenerativos (denominados como RTO ). La cerámica en panal de una oxidación térmica regenerativa puede almacenar el calor generado por el quemador; cuando la temperatura de la cerámica supera el punto de ignición del gas de escape orgánico, incluso en ausencia de llama abierta dentro del horno, la cerámica en panal incandescente puede encender dicho gas de escape orgánico. Las oxidaciones térmicas regenerativas presentan ventajas como un bajo consumo energético, alta seguridad y amplia aplicabilidad, lo que las convierte en un método sumamente prometedor para el tratamiento de gases que contienen compuestos orgánicos volátiles (COV).

1 Gas de escape de VOC Manejo de la situación actual

Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son los contaminantes más frecuentes emitidos por los procesos petroquímicos y por diversas industrias que utilizan disolventes orgánicos, como la pintura, la impresión, la fabricación farmacéutica y el procesamiento químico del carbón. La mayoría de estos compuestos presentan un olor penetrante y son tóxicos; algunos incluso han sido clasificados como carcinógenos. Además, muchos COV son altamente inflamables y explosivos, lo que representa una amenaza significativa para la seguridad en el lugar de trabajo.

Debido a los riesgos que representan los compuestos orgánicos volátiles (COV), muchos países han promulgado normativas para controlar sus emisiones. En la década de 1990, países europeos y estadounidenses introdujeron requisitos de emisión para todas las aplicaciones que implican disolventes orgánicos. En 1990, Estados Unidos endureció sus estándares de emisión atmosférica y clasificó 189 contaminantes procedentes de procesos industriales como contaminantes tóxicos, la mayoría de los cuales son COV. La Ley de Prevención y Control de la Contaminación del Aire de China exige la purificación y el tratamiento de los gases tóxicos generados en la producción industrial, así como la recuperación y utilización de los gases combustibles. Asimismo, la Norma Integral de Emisión de Contaminantes Atmosféricos de China (GB 16297–1996) establece límites de emisión para 33 compuestos orgánicos volátiles, considera la mayoría de los demás COV como hidrocarburos no metánicos y fija normas uniformes de emisión para ellos.

2 Método de tratamiento por oxidación térmica regenerativa

La oxidación térmica es un método que emplea tecnologías de oxidación térmica y catalítica para destruir compuestos orgánicos presentes en las emisiones de escape. Un oxidador térmico regenerativo (RTO) se diferencia de otras tecnologías de oxidación térmica actualmente utilizadas en China en que utiliza un lecho de materiales cerámicos u otros materiales inertes de alta densidad para absorber y almacenar el calor procedente de los gases de combustión de los escapes, transfiriendo posteriormente este calor almacenado al gas de alimentación frío que entra, en lugar de depender del intercambio de calor por tubos y carcasa entre ambos flujos. Como resultado, los RTO pueden alcanzar una eficiencia de recuperación de calor superior al 98 %.

El principio de funcionamiento de un oxidador térmico regenerativo es el siguiente: los gases residuales orgánicos se precalientan en una cámara de recuperación de calor y, a continuación, ingresan a la cámara de combustión para su oxidación a alta temperatura (hasta 800 °C), donde los compuestos orgánicos se oxidan hasta convertirse en dióxido de carbono y agua. El gas tratado pasa luego por otra cámara de almacenamiento de calor, donde se recupera y almacena energía térmica antes de ser evacuado; esta energía almacenada se utiliza posteriormente para precalentar los gases residuales orgánicos que ingresan. Al invertir periódicamente el sentido del flujo del gas, se mantiene la temperatura del horno en un nivel estable.

Los procesos típicos de oxidación térmica regenerativa incluyen los siguientes, a saber, el flujo de proceso integrado de incineración regenerativa. (Una cámara), como se muestra en la Figura 1 [2]; el flujo de proceso de incineración regenerativa de tipo dividido (dos cámaras), como se muestra en la Figura 2 [2]; y el flujo de proceso de incineración integrada regenerativa (tres cámaras), como se muestra en la Figura 3 [3].

Características de 3RTO

3.1 Gran capacidad de tratamiento de gases de escape y alta eficiencia

El RTO está especialmente indicado para el tratamiento de gases residuales orgánicos a concentraciones de 2–8 g/m³; en el caso de gases de bajo poder calorífico, como el acetato de etilo, la concentración puede alcanzar hasta 12 g/m³. Resulta particularmente adecuado para la incineración de compuestos refractarios [3]. En comparación con otras tecnologías de tratamiento —como la oxidación térmica basada en intercambiadores de calor—, la principal ventaja del RTO radica en su excepcional tasa de recuperación de calor, que puede llegar al 98%, mientras que otros sistemas suelen alcanzar apenas alrededor del 70%. Esta elevada recuperación de calor reduce de manera significativa la cantidad de combustible suplementario necesaria, lo que a su vez disminuye los costos operativos. Los beneficios son especialmente notorios cuando se tratan grandes caudales de gas con bajo contenido orgánico.

Para garantizar una alta tasa de eliminación de cenizas volantes (Eficiencia de eliminación destruida, DRE): La elevada eficiencia de recuperación de calor de los RTO también confiere la ventaja de mantener temperaturas de oxidación térmica elevadas. Esto facilita el tratamiento de compuestos orgánicos recalcitrantes, al tiempo que implica un aumento apenas moderado de los costos operativos. Una DRE del 98 % al 99 % es una característica distintiva de estos sistemas. En los sistemas RTO, alcanzar temperaturas de precalentamiento muy altas dentro del lecho empacado permite que el proceso de oxidación térmica se desarrolle directamente en el propio lecho; estos sistemas suelen mantener temperaturas de precalentamiento muy por encima de las temperaturas de autoignición de la mayoría de los compuestos orgánicos.

3.2 Ahorro de energía, respetuoso con el medio ambiente y de fácil mantenimiento

Los resultados de la aplicación muestran que, para un tamaño dado, En aplicaciones de destilación por reflujo, el empaquetamiento estructurado ofrece las siguientes ventajas frente al empaquetamiento aleatorio: (1) una mayor eficiencia térmica, que puede reducir los costos anuales de combustible entre un 60 % y un 65 %; (2) una menor caída de presión, que puede disminuir los costos anuales de electricidad entre un 14 % y un 78 %; y (3) una menor tendencia a la obstrucción y un rendimiento de limpieza superior, lo que conlleva tiempos de parada más cortos y menores gastos de mantenimiento. Sin embargo, el empaquetamiento estructurado resulta más costoso de fabricar e instalar, con un costo por unidad de volumen que es de 5 a 10 veces superior al del empaquetamiento aleatorio convencional. En consecuencia, la inversión de capital para el empaquetamiento estructurado es entre un 5 % y un 20 % mayor que la correspondiente al empaquetamiento aleatorio.

4. Aplicación de la RTO en China

En la actualidad, la mayoría de los incineradores de gases de escape utilizados en las industrias china de materiales aislantes y de laminados revestidos de cobre son incineradores de combustión directa. Aunque estos equipos presentan un costo de capital relativamente bajo, también consumen cantidades significativas de combustible. Con el continuo aumento de los precios del combustible, la conservación de este recurso y la reducción de costos se han convertido en prioridades cruciales para todas las empresas. De hecho, siempre que se añada un medio de almacenamiento de calor al incinerador de combustión directa, (La cerámica alveolar) puede lograr eficazmente el ahorro de combustible. Cuando se incorpora una unidad de almacenamiento regenerativo de calor a un incinerador de gases de escape de combustión directa, esta no solo funciona como dispositivo de almacenamiento de calor, sino que también actúa como fuente secundaria de ignición: cuando el quemador “se apaga”, los gases de escape orgánicos se encienden y se queman al entrar en contacto con la cerámica alveolar caliente. El costo de convertir un incinerador de gases de escape de combustión directa en un incinerador de tipo regenerativo es muy bajo; por lo tanto, todos los incineradores de gases de escape de combustión directa actualmente utilizados en la industria china de materiales aislantes y en la industria de fabricación de laminados revestidos de cobre pueden y deben ser adaptados.

5 Conclusión

La tecnología de oxidación térmica regenerativa ofrece ventajas claras frente a la incineración convencional por combustión directa. Aunque esta tecnología está ampliamente consolidada a nivel internacional, su adopción generalizada en China se ha visto obstaculizada por sus elevados costos, y el concepto regenerativo se aplica actualmente solo en un número limitado de hornos industriales. En un contexto de fuerte aumento de los precios de la energía, esfuerzos concertados para investigar, desarrollar y promover la aplicación de esta tecnología no solo permitirían ahorrar energía y reducir la contaminación ambiental, sino que también generarían importantes beneficios económicos y significativos retornos sociales.