Tratamento de Emissões Gasosas por Oxidação Térmica

Tratamento de Emissões Gasosas por Oxidação Térmica
Regenerativa
A Oxidação Térmica Regenerativa trata-se da mais eficiente tecnologia de incineração de
gases actualmente disponível. Este tipo de termocombustores, capazes de um funcionamento
autotérmico, atingem temperaturas de 850ºC e permitem, com baixos custos de operação,
devido à diminuta queda de pressão e a uma eficiência de recuperação de calor de 98%, a
eliminação de 99,9% dos compostos orgânicos voláteis presentes em correntes gasosas ou
provenientes de emissões fugitivas do processo ou da aspiração de atmosferas poluídas com
solventes e odores.
António Barreto Archer* e Manuel Fernando Lima**
Archer Consulting***
1. Introdução
Os compostos orgânicos voláteis (COV’s) são milhares de espécies individuais de
hidrocarbonetos (alcanos, alcenos, alcinos e aromáticos), aldeídos e cetonas, que possuem uma
estrutura e reactividade bastante diversificada. Os COV’s estão entre as substâncias emitidas
para a atmosfera em resultado das actividades humanas que exercem uma acção mais nociva
sobre os seres humanos. Muitos dos compostos que os integram são cancerígenos e podem
causar graves danos aos recursos biológicos e aos ecossistemas, deteriorar bens materiais ou
prejudicar outras utilizações legítimas do ambiente. Por tudo isto, a legislação ambiental é cada
vez mais rigorosa no controlo das emissões destes poluentes atmosféricos, procurando assegurar
a protecção das pessoas e do ambiente através da imposição aos industriais da obrigatoriedade
de realização de medições fiáveis das suas emissões, cujos resultados exigirão em grande parte
dos casos a instalação de tecnologias de tratamento que garantam o respeito pelos limites de
emissão estabelecidos por lei, em constante evolução no sentido de restrições mais severas.
A tecnologia de tratamento que apresentamos neste artigo, a Oxidação Térmica Regenerativa,
é eficiente, económica e versátil no tratamento de emissões gasosas contendo COV’s. As
Estações de Tratamento baseadas nesta tecnologia podem estar equipadas com duas ou três
câmaras regenerativas. A solução de três câmaras é normalmente adoptada quando a remoção de
COV’s requer uma eficiência superior a 99%. Tratam-se de instalações do tipo autotérmico, que
1
permitem conciliar uma elevada recuperação térmica com uma elevada eficiência depurativa
(sempre superior a 95%). O princípio de funcionamento da instalação consiste em oxidar a uma
temperatura de cerca de 750 – 800 ºC, dentro de uma câmara de combustão, todos os compostos
orgânicos existentes na corrente gasosa, recuperando posteriormente o calor do gás oxidado,
fazendo-o passar através de um leito de recuperação de calor, de elevada eficiência, constituído
por corpos cerâmicos especiais, de grande área superficial.
A Oxidação Térmica Regenerativa utiliza um método único de reaproveitamento de energia,
reduzindo deste modo, substancialmente, a necessidade de utilização de combustível auxiliar.
Nesta linha de equipamentos existem uma série de opções, que permitem ir ao encontro das
necessidades de cada utilizador, em termo de espaço, tempo de montagem, instalação, custos e
das próprias características do efluente gasoso.
2. Descrição Geral da Instalação e do Processo de Tratamento
O efluente gasoso é impulsionado pelo ventilador principal da instalação, cuja velocidade de
rotação é regulada através de um inverter e de um sensor de pressão colocado no plenum de
entrada da Estação de Tratamento, e entra no termocombustor, onde é oxidado a alta
temperatura. A energia originada na reacção química da combustão das substâncias orgânicas,
que é altamente exotérmica, é captada através da utilização de elementos cerâmicos estruturados
em ninho de abelhas, material que tem uma elevada difusividade térmica e uma alta superfície
de transferência de calor (cerca de 850 m2/m3 contra os 250 m2/m3 de selas cerâmicas ou corpos
de enchimento semelhantes). Durante a fase de aquecimento inicial, estes elementos são levados
à temperatura de exercício (800 a 850 ºC) através da utilização de gás natural ou de outro
combustível, mas durante o funcionamento normal (condições de autotermicidade) é a própria
combustão das substâncias inquinantes que garante a estabilidade da temperatura.
O gás poluído entra no combustão, encontra um dos leitos cerâmicos aquecido e absorve o calor
deste, arrefecendo-o. Deste modo o gás atinge a temperatura de activação da autocombustão.
Depois de ser queimado, o gás quente passa através do outro leito frio, aquecendo-o através da
cedência de calor. Na câmara de oxidação, todos os compostos orgânicos são convertidos em
dióxido de carbono e água. A presença de um queimador auxiliar de gás natural ou de outro
2
combustível destina-se a garantir o funcionamento do sistema no caso da concentração de
substâncias inquinantes descer abaixo das condições de autotermicidade e na fase de
aquecimento inicial do termocombustor.
Por exemplo, um gás poluído a 20 - 30ºC de temperatura e com uma concentração máxima de 1
g/Nm3 de solventes não necessita de energia térmica extra para concentrações de COV’s entre
0,5 - 1 g/Nm3 – nesta gama de concentração a instalação funciona autotermicamente. Se a
concentração de COV’s for mais baixa, a energia térmica necessária é fornecida pelo queimador
instalado. Quando a concentração de COV’s excede os valores para a operação em regime
autotérmico, parte do gás quente da câmara de combustão sai directamente por um by-pass
instalado nessa câmara, permitindo um aproveitamento externo do calor em excesso através de
um permutador de calor de termo-fluido ou vapor de água (Figura 1).
Figura 1 – Diagrama ilustrativo do processo de Oxidação Térmica Regenerativa com três câmaras.
As condições de autotermicidade e a configuração peculiar dos corpos cerâmicos nesta
tecnologia permitem alcançar uma elevada eficiência de recuperação de calor a baixa pressão,
operando-se assim a custo mais baixo. Numa unidade de tratamento de 10.000 Nm3/h, por
exemplo, a potência térmica do queimador é inferior a 100 kW (dependendo da concentração
COV’s) e o ventilador absorverá um potência eléctrica de, aproximadamente, 15 kW. Na Figura
2 encontram-se explicitados os consumos de energia para uma instalação deste tipo com
diferentes capacidades de tratamento em termos de caudal de gás alimentado.
3
1200
A
Consumo de Energia (kW)
1000
B
800
C
600
400
200
0
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
Capacidade (Nm3/h)
Figura 2 – Consumos de energia e energia disponível para recuperação na tecnologia de Oxidação Térmica
Regenerativa, para diferentes capacidades de tratatamento:
A: Consumo de energia do ventilador do gás limpo em operação autotérmica;
B: Consumo de energia do queimador a operar com gás poluído sem COV’s;
C: “Energia contida” no gás poluído com 1 g/Nm3 de Benzol, Toluol e Xilol.
Assim sendo, as principais características técnicas do processo descrito, são as seguintes:

Na gama de autotermicidade é possível a recuperação total do calor proveniente da
combustão dos COV’s, garantindo-se assim a estabilidade da temperatura e de todo o
sistema.

A secção de regeneração é revestida por elementos cerâmicos estruturados em ninho
de abelhas, com uma elevada superfície de permuta térmica e uma perda de carga
irrelevante.

O isolamento interno do combustor é garantido por três estratos de material isolante:
lã de rocha, fibra cerâmica flexível e uma última camada formada por um painel em
fibra cerâmica, perfazendo uma espessura total de cerca de 225 mm.

O grupo combustor está equipado com um sistema simples e eficaz de controlo da
combustão, permitindo obter uma chama com um óptimo desenvolvimento
calorífico. Todo o sistema de alimentação, carburação, injecção e queimador é
controlado por intermédio de um PLC central, permitindo minimizar os custos de
operação.

A construção interna desta instalação permite, pelo controlo do tempo de combustão
4
e do fluxo de ar, minimizar a formação de subprodutos tais como óxidos de azoto
(NOx).
3. Campo da Aplicação
O tratamento das emissões gasosas por Oxidação Térmica Regenerativa pode ser aplicado em
sectores tão variados como a Indústria Química, Farmacêutica, dos Plásticos, Cerâmica, do
Papel, Têxtil, Metalúrgica, e da Energia, sendo possível destacar as seguintes situações e
processos industriais:

Fábricas de tintas, colas e adesivos;

Produção e extrusão de plásticos;

Produção de pasta e papel;

Processos de síntese química e farmacêutica;

Processos de produção de componentes electrónicos;

Processos de envernizamento, protecção e acabamento industrial;

Produção de polímeros;

Produção de telhas e tijolos;

Emissões fugitivas em unidades petroquímicas;

Processos de acabamento têxtil;

Processos de fundição refinação, tratamento e limpeza de metais.
4. Conclusão
Considerando os efeitos nocivos para a saúde humana e para o ambiente, aliados a uma
legislação ambiental cada vez restritiva, das emissões gasosas contaminadas com Compostos
Orgânicos Voláteis, impõe-se às empresas a instalação de soluções para o tratamento dos seus
efluentes gasosos que sejam tecnologicamente avançadas, eficazes, versáteis, duráveis e capazes
de cumprir os limites de emissão legais, em permanente evolução. Neste contexto, a tecnologia
de Oxidação Térmica Regenerativa é uma excelente solução, podendo ser aplicada em diversos
processos industriais, referidos no capítulo 3, e destacando-se das outras tecnologias de
tratamento e eliminação de COV’s nos seguintes pontos:
5

Recuperação de calor - a eficiência é de 97-98% e a recuperação do calor
proveniente da combustão dos COV’s é total na gama de autotermicidade, garantindo
assim baixos custos de operação.

Exigência de espaço – as unidades de tratamento são bastante compactas e podem ser
instaladas ao ar livre.

Fiabilidade - a secção de regeneração é revestida por elementos cerâmicos
estruturados em ninho de abelhas, o que torna este tipo de instalações insensível às
poeiras e outros abrasivos. O isolamento é feito para resistir a altas temperaturas e os
materiais cerâmicos garantem uma durabilidade e fiabilidade excepcionais.

Sistema de controlo - a unidade funciona automaticamente por meio de um PLC e as
condições de operação podem ser controladas por PC.

Desempenho - a concentração de COV’s à saída depende naturalmente da
concentração à entrada, mas as taxas de remoção são superiores a 99.9 %.
*
Eng.º Químico e do Ambiente, FEUP e OE
Advogado
**
Licenciado em Engenharia Química, FEUP
*** Representante em Portugal da tecnologia de Oxidação Térmica Regenerativa desenvolvida pelo consórcio
Italo-Austríaco ACTEA/KVT
E-mail: [email protected]
6
QuickTime™ and a
Photo - JPEG decompressor
are needed to see this picture.
Termocombustor Regenerativo de 2 câmaras
7
Termocombustor Regenerativo de 3 câmaras
8
Desenho esquemático de um Termocombustor Regenerativo de 3 câmaras.
9