Tratamiento de gas (IMQ310) – Certamen II – 2008

Tratamiento de gas (IMQ310) – Certamen II – 2011 – Parte A (50 ptos)
(20 ptos) Responde Verdadera o Falsa a las declaraciones. Se debe justificar las
respuestas falsas, se descuenta 1.25 puntos por cada respuesta mala. Cada respuesta
buena vale 2.5 puntos.
a) Las etapas del proceso de reburning se pueden resumir así:
Combustible + aire (combustión principal)  adición de aire  adición de combustible
adicional  Recuperación de energía del gas caliente
b) En el proceso de SNCR la temperatura de operación normalmente es entre 600 – 800
C.
c) La combustión de combustibles fósiles y la fundición de minerales de cobre son
importantes fuentes de emisión de SOx y NOx en Chile.
d) La producción de NO por razones de Fuel-NOx es mayor a 2000 C que a 1500 C.
e) NO se oxida fácilmente a NO2 a temperaturas mayores que 2000 C.
f) En la remoción de SO2 de gases de combustión por absorción, las reacciones con
Ca(OH)2 son muy diferentes a las reacciones con CaCO3.
g) En una planta de ácido sulfúrico, el SO2 es oxidado con ayuda de catalizadores a SO3.
Este proceso es endotérmico.
h) Durante una combustión un aumento en el tiempo de residencia del gas en la llama de
la combustión disminuye la concentración de NOx en el gas.
(15 ptos) Explique los 4 pasos en la absorción de SO2 con carbonato cálcico. Mencione
para cada paso un parámetro clave.
(15 ptos) Describe los pasos importantes del proceso Wellman-Lord incluyendo las
operaciones unitarias y reacciones químicas. ¿Cuáles son los objetivos de este método?
Tratamiento de gas (IMQ310) – Certamen II – 2011 – Parte B (50ptos)
Una planta de generación de energía eléctrica tiene una generación de 2500MW continuamente
durante el día con una eficiencia térmica de 40%. El combustible utilizado es una mezcla de
carbón y petróleo con un 30% y 70% en peso, respectivamente. El carbón contiene 3 % S y 0,48
% N en peso y un valor calorífico de 26500 [KJ/Kg], mientras que el petróleo posee un 0,8% S
y 0% N en peso y un valor calorífico de 44200[KJ/Kg]. El aire durante la combustión contiene
77% N2 y 3% O2 en moles, la temperatura de la llama alcanza 2080°C durante un tiempo de 0,8
segundos. Además se sabe que por cada tonelada de mezcla de combustible quemada se
producen 55 [m3] de gas de combustión. Se considera que 97% del S se oxida a SO2.
a.-) Calcule la cantidad de toneladas por hora que se queman de mezcla de combustible en la
planta de generación de energía eléctrica. (5ptos.)
b.-) Calcule la generación de SO2 durante el proceso (t/h). Luego se elimina el SO2 con un
proceso de lime stone scrubbing. Calcule la cantidad de CaCO3 requerido si se necesita un 25%
de exceso en el total del proceso. (10ptos.)
c.-) Si el proceso de lime stone scrubbing tiene una eficiencia de 95%, calcule la emisión final
de SO2 en [mg/m3] a la atmósfera. (10ptos.)
d.-) Calcule la cantidad de NO producido según las vías de fuel-NOx y thermal-NOx en [kg
NO/h] y determine su importancia en cuanto a cantidad de generación entre estas dos formas de
generación de NOx y la forma Prompt-NOx, explique. La conversión del N a NO vía fuel-NOx
es de un 30%. (15ptos.)
e.-) Las emisiones de NOx se tratan mediante un proceso de SCR, calcule cuántos l/h de una
solución de 25% en peso de NH3 se necesita si se debe utilizar en un 20% de exceso de NH3.
Además calcule la masa de catalizador requerida para reducir las emisiones de NO en un 92%.
(10 ptos.)
Datos:
Pesos moleculares: H : 1 g/mol, N : 14 g/mol, O : 16 g/mol, S : 32 g/mol, Ca : 40 g/mol
Formula de Mackinnon: CNO = 5.2·1017· (exp (-72300/T)· yN2 ·yO21/2 ·t
yi = fracción moral del compuesto i
T = temperatura en la llama [K]
t = tiempo de residencia en la llama [s]
R = constante universal de los gases = 8,314 [J/mol K]
P proceso = 101325 [Pa]
Es válido PV = nRT
Densidad solución 25% NH3 =1 [g/cm3] y densidad del catalizador (SCR): 1.7 [g/cm3]
Definición space velocity: Flujo/volumen catalizador. Eficiencia del proceso de SCR:
Space velocity (h-1)
Eliminación de NO
500 1000 2000 3000 4000
98 % 95 % 90 % 85 % 79 %
6000
71 %