Uso de ozono en depuradores de NOx

Los óxidos de nitrógeno (NO y NO₂, denominados colectivamente NOx) son importantes contaminantes del aire producidos por procesos de combustión en centrales eléctricas, hornos industriales, producción química y motores marinos. El NOx contribuye al esmog, la lluvia ácida y la formación de ozono troposférico, por lo que un control eficaz del NOx es esencial para cumplir la normativa y proteger el medio ambiente.

El ozono es una herramienta potente y eficaz para eliminar el NOx cuando se utiliza en combinación con la tecnología de depuración húmeda. Al oxidar el NO y convertirlo en óxidos superiores, el ozono permite su absorción y eliminación completas en un sistema de depuración húmeda.

¿Por qué utilizar ozono para controlar el NOx?

El NO es apenas soluble en agua, lo que dificulta su eliminación mediante la depuración convencional por sí sola. Sin embargo, el ozono (O₃) oxida rápidamente el NO y lo convierte en NO₂ y óxidos de nitrógeno superiores (NO₃, N₂O₅), especies muy solubles en agua o soluciones alcalinas y que se eliminan fácilmente en el depurador.

Ventajas principales de la depuración de NOx mejorada con ozono:

• Convierte el NO insoluble en NO₂/NO₃ soluble en agua
• Alcanza una alta eficiencia de eliminación de NOx (es posible lograr >90%)
• Funciona a bajas temperaturas sin necesidad de un recalentamiento costoso
• Reduce o elimina los agentes químicos de depuración (p. ej., cloro o lejía)
• Fácil adaptación a sistemas de depuración existentes
• Generación de ozono in situ: no requiere almacenar sustancias químicas peligrosas
• Impacto ambiental mínimo (el ozono vuelve a convertirse en oxígeno tras la reacción)

Cómo funciona el proceso

1. Inyección de ozono
   El ozono se genera in situ y se inyecta en la corriente de gases de escape antes del depurador.
2. Oxidación del NOx
   El ozono reacciona con el NO para formar NO₂ y óxidos de nitrógeno superiores. Esto ocurre rápidamente, incluso a temperatura ambiente. 

               2 NO + O₃ → 2 NO₂ + O₂

               NO₂ + O₃ → NO₃ + O₂

               NO₂ + NO₃ → N₂O₅

3. Depuración húmeda
   Los compuestos de NOx oxidados son solubles en agua y se absorben en un depurador de lecho empacado o venturi con agua o una solución alcalina.
4. Descarga de aire limpio
   El gas tratado sale del depurador con concentraciones de NOx muy por debajo de los límites reglamentarios.
5. Descomposición del ozono
   El exceso de ozono se descompone de forma natural y se convierte en oxígeno, sin dejar productos químicos residuales.

Aplicaciones habituales

La depuración de NOx asistida por ozono se utiliza en numerosos sectores, entre ellos:

• Producción química y de fertilizantes
• Refinerías y unidades FCC
• Fabricación de vidrio y cerámica
• Procesamiento de acero y metales
• Instalaciones de generación de energía
• Sistemas de escape marinos y de navegación
• Plantas de incineración de residuos

Ejemplo de depurador húmedo. Para reducir el NOX, se puede inyectar ozono en la corriente de gas entrante para que reaccione directamente con los compuestos de nitrógeno.

Opciones de integración del sistema

El ozono puede añadirse a sistemas de depuración nuevos o existentes. Los componentes habituales incluyen:

• Generador de ozono dimensionado según la carga de NOx requerida
• Colector de inyección de ozono
• Depurador húmedo venturi o de lecho empacado
• Sistema de control de la dosis de ozono y monitorización de gases
• Unidad opcional de destrucción de ozono para eliminar el ozono residual

Este diseño fácil de adaptar permite a las instalaciones actualizar sus sistemas de control de NOx sin realizar costosos cambios en la infraestructura.

Rendimiento

Los estudios y las aplicaciones de campo han demostrado lo siguiente:

• Es posible alcanzar eficiencias de eliminación de NOx del 90–99%
• Las proporciones molares de ozono a NOx pueden optimizarse para minimizar los costos
• El proceso funciona a bajas temperaturas sin recalentamiento
• Funcionamiento sencillo con intervención mínima del operador

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Oxidation Technologies se especializa en sistemas de generación de ozono y soluciones de depuración de NOx. Ofrecemos:

• Diseño de aplicaciones y asistencia para estudios de viabilidad
• Dimensionamiento de sistemas de ozono y suministro de equipos
• Kits de adaptación para depuradores húmedos existentes
• Sistemas llave en mano de ozono + depurador
• Asistencia para la instalación, el servicio y el mantenimiento

Contáctenos hoy mismo para saber cómo el ozono puede ayudar a su instalación a alcanzar sus objetivos de emisiones de NOx de forma segura, eficiente y rentable.

Referencias y estudios de caso:

Informe del Distrito de Gestión de la Calidad del Aire de la Costa Sur:

Resumen:

En el informe, se identifica un sistema de ozono (que utiliza inyección de ozono antes de un depurador) como una tecnología de control de adaptación disponible comercialmente y considerada la mejor tecnología disponible para el control de NOₓ. Entre las principales ventajas descritas en el informe se incluyen:

• El proceso oxida el NO (relativamente insoluble y difícil de eliminar) y lo convierte en óxidos superiores (NO₂/NO₃/N₂O₅), solubles en agua, lo que permite eliminarlos mediante un depurador húmedo o semihúmedo en lugar de depender únicamente de la reducción catalítica convencional. A

• Funciona a baja temperatura, por lo que no es necesario recalentar los gases de combustión; así se conserva la recuperación de calor y se reduce la penalización térmica en comparación con otros sistemas de control de NOₓ.

• Puede integrarse con depuradores que ya se utilizan para otros contaminantes (SOₓ, partículas), ofreciendo así una solución de control de múltiples contaminantes en un solo sistema, en lugar de instalar equipos separados para NOₓ y SOₓ. 

• Evita la necesidad de inyectar amoníaco (como se hace en la reducción catalítica selectiva, SCR) y los riesgos asociados de fuga de amoníaco y ensuciamiento del catalizador, lo que la convierte en una solución potencialmente más sencilla y robusta para determinadas aplicaciones. 

• Las instalaciones industriales reales citadas en el informe demuestran una alta eficiencia de eliminación: muchas instalaciones LoTOx (con ozono + depurador) alcanzaron concentraciones de NOₓ a la salida de un solo dígito en ppmv (p. ej., 8-10 ppmv de NOₓ en aplicaciones FCCU de refinerías) y eficiencias de control de hasta el 90% en diversas aplicaciones. 

El informe presenta el proceso LoTOx™ basado en ozono como una opción técnicamente viable y rentable para reducir significativamente las emisiones de NOₓ, especialmente cuando ya existen sistemas de depuración y se desea integrar la eliminación de múltiples contaminantes.

Enlace:

https://www.aqmd.gov/docs/default-source/rule-book/Proposed-Rules/regxx/pdsr-072115.pdf

Reducción de la contaminación por emisiones marinas mediante oxidación con ozono y un método de depuración húmeda

Autores:

• Song Zhou
• Jinxi Zhou
• Yongming Feng^*
• Yuanqing Zhu

Resumen:

Los motores diésel marinos producen gases de escape que contienen grandes cantidades de SO₂ y NOx. Este artículo propone un proceso capaz de eliminar simultáneamente NOx y SO₂; el proceso utiliza oxidación con ozono y un depurador de lecho empacado de flujo en contracorriente con solución alcalina. Se investigaron la descomposición del ozono, las propiedades de oxidación del NOx y la eficiencia de eliminación de NOx y SO₂, y se determinaron los factores óptimos. Se dedujeron el mecanismo de reacción y los productos de la desulfuración y desnitrificación simultáneas. Los resultados muestran que la velocidad de descomposición del ozono depende de la temperatura de los gases de escape y de la concentración inicial de ozono. La eficiencia de oxidación del NOx disminuye al aumentar la temperatura y reducirse la concentración inicial de ozono. La presencia de SO₂ tiene poca influencia en el proceso de conversión del NO. La CO(NH₂)₂ es el mejor aditivo reductor para reducir el consumo de ozono. Se obtuvieron los factores óptimos para la reducción de SO₂ y NOx, como una temperatura de 150 °C, una proporción estequiométrica de ozono a NO de 0.6 y un pH de aproximadamente 8 mediante absorción alcalina. Con este método, se puede eliminar aproximadamente el 93% del NOx y casi el 100% del SO₂ al mismo tiempo, cumpliendo las normativas de la Organización Marítima Internacional (IMO).

Enlace:

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.iecr.6b01038

Un método novedoso para eliminar simultáneamente NO y SO₂ de los gases de escape marinos mediante la combinación in situ de oxidación con ozono y absorción por depuración húmeda

Autores:

• Zhitao Han
• Tianyu Zou
• Junming Wang
• Jingming Dong
• Yangbo Deng
• Xinxiang Pan

Resumen:

Las estrictas normativas internacionales para reducir las emisiones marinas han impulsado enormemente el desarrollo de tecnologías de desulfuración y desnitrificación marinas. Sin embargo, para los buques tradicionales propulsados por grandes motores diésel de dos tiempos, la eliminación simultánea de NO_x y SO₂ sigue siendo un gran desafío. En este trabajo se propone una oxidación con ozono en una sola etapa, combinada con depuración húmeda in situ, para eliminar simultáneamente NO y SO₂. Se realizaron una serie de experimentos en un sistema de reacción a escala de laboratorio. Los resultados mostraron que la depuración húmeda in situ podía reducir eficazmente la temperatura de los gases de combustión y, con ello, inhibir la descomposición térmica del ozono, lo que favorece un mayor aprovechamiento del oxidante. Al mismo tiempo, la combinación in situ de la inyección de ozono y la depuración húmeda favorecía la oxidación selectiva del NO frente al SO₂ por parte del ozono, posiblemente debido a la alta solubilidad acuosa del SO₂. Para reducir el consumo de energía eléctrica del sistema generador de ozono, la proporción molar O₃/NO se mantuvo lo más baja posible. Se pudo lograr la eliminación completa del SO₂ y una alta eficiencia de eliminación de NO_x mediante la incorporación de otros aditivos oxidantes en la solución de depuración. Este sistema integrado diseñado para aplicaciones marinas reviste gran importancia.

Enlace:

https://www.mdpi.com/2077-1312/8/11/943

Estudio de depuración húmeda a escala de laboratorio y piloto sobre la eliminación simultánea de NO_x y SO₂ mediada por reacciones redox, mediante una suspensión a base de CaCO₃ con KI como catalizador redox

Autores:

Resumen:

Este estudio presenta un enfoque novedoso que integra la oxidación química impulsada por ozono para convertir el NO en NO₂ soluble, seguida de la absorción simultánea de NO₂ y SO₂ en una suspensión a base de CaCO₃ mediante yoduro de potasio (KI) como catalizador redox. Mediante voltametría cíclica, demostramos las propiedades redox del par I₂/2I^-, que facilita la reducción de NO₂ a NO₂^- soluble y la regeneración del catalizador mediante la reducción impulsada por sulfito (SO₃^2-), estableciendo así un ciclo catalítico cerrado entre los componentes de los gases de combustión. En pruebas de depuración húmeda a escala de laboratorio, exploramos los efectos de varios parámetros operativos (es decir, la concentración de KI, el pH y la concentración de SO₂); una prueba de estabilidad de 15 h demostró una eficiencia de eliminación de >60% de NO_x y >99% de SO₂ cuando el pH se controla entre 7.5 y 8.5. Una implementación satisfactoria a escala piloto, realizada con un caudal de entrada de 1000 m³ h^-1, confirmó además la reproducibilidad del ciclo catalítico redox propuesto. Nuestro estudio ofrece una solución rentable, sostenible y escalable para mitigar eficazmente las emisiones de NO_x y SO₂ a bajas temperaturas. 

Enlace:

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38548080/

Eliminación simultánea de SO 2 y NOx de los gases de combustión de biomasa
mediante oxidación con ozono + depuración húmeda

Autores:

Resumen:

En este trabajo se investigaron sistemáticamente los factores que afectan a la eliminación de NO y SO 2, incluidos la proporción O 3 /NO (V/V), los distintos tipos de oxidantes y las concentraciones de NaOH y KMnO 4. Los resultados indican que no se debe buscar un grado de oxidación excesivamente alto y que la proporción óptima de O 3 / NO (V/V) es 0.5. El aumento de las cantidades de KMnO 4 y NaOH mejoró la eficiencia de eliminación de NOx. La clave para eliminar NOx con KMnO4 fue principalmente que, cuando la concentración de KMnO 4 era de 0.013 mol / L, las eficiencias de eliminación de SO 2 y NOx alcanzaban el 100% y el 93.75%, respectivamente. Esto indica que la tecnología no solo puede eliminar eficazmente NO y SO 2, sino que también ofrece grandes perspectivas de aplicación.

Enlace:

https://www.oxidationtech.com/downloads/Applications/Scrubbers/Simultaneous_removal_of_SO_2_and_NOx_from_biomass_-1.pdf