Reducción del monóxido de carbono en el sector de la fundición y la metalurgia

En este estudio de caso, describimos una solución técnica que Brofind aplicó en una importante empresa europea dedicada a la recuperación y reutilización de zinc, una materia prima noble que se encuentra en diversos residuos de producción de la industria metalúrgica.

En concreto, esta oportunidad de recuperación está vinculada a los procesos de producción de acero, que generan grandes cantidades de material de desecho, más conocido por las siglas EAFD (Electric Arc Furnace Dust), un residuo clasificado como peligroso. 

Dentro de los polvos de EAFD, la presencia de zinc es especialmente elevada, lo que, a la vista de los crecientes costes de eliminación de residuos, constituye un factor de motivación para la introducción de soluciones de reutilización. 

Sin embargo, el proceso industrial de separación, limpieza y recuperación del zinc a partir de materias primas residuales (EAFD) produce grandes cantidades de monóxido de carbono (CO).

El elemento a recuperar, es decir, el zinc, puede estar presente en los residuos de producción en forma de diferentes compuestos, como, por ejemplo: 

• óxido de zinc
• silicato de cinc
• ferrita de zinc
• sulfuro de cinc
• otros

El proceso de recuperación consiste en tratar los residuos de producción con un agente reductor/combustible que contiene carbono en un horno rotatorio a temperaturas comprendidas entre 1000 °C y 1500 °C.  

Esto desencadena un proceso químico conocido como proceso WAELZ, que implica la reducción de los compuestos de zinc a zinc elemental que, al tener un punto de ebullición de 907 °C, cambia de estado y se oxida en fase gaseosa a óxido de zinc. El óxido de zinc se recoge a la salida del horno mediante filtros de mangas que, al ser filtros mecánicos, son útiles para desempolvar pero no son capaces de reducir el exceso de monóxido de carbono generado en el proceso de oxidación. 

Por lo tanto, sin un proceso de reducción adicional, se liberaría a la atmósfera una gran cantidad de CO, que es un gas extremadamente venenoso. Baste decir que un varón adulto moriría en 30 minutos en un entorno que contuviera un 0,1% de CO. 

Las emisiones atmosféricas de los procesos de recuperación de zinc mediante hornos waelz presentan las siguientes características:

El objetivo de la depuración es reducir al máximo la emisión de monóxido de carbono (CO) a la atmósfera, lo que permite respetar los límites reglamentarios de cada uno de los contaminantes presentes. 

En vista de que, durante el análisis, los datos indicaban claramente emisiones con características de flujo de aire casi constantes e incluso flujos de masas contaminantes considerables, se instaló una planta de oxidación térmica regenerativa de 5 cámaras. 

En esta solución, cada cámara regenerativa contiene un lecho cerámico que funciona como acumulador de calor y se calienta -o enfría- en función de la dirección del flujo de emisión que la atraviesa.

La emisión a purificar llega a las cámaras 1 y 2 y atraviesa el lecho cerámico, calentado durante la etapa anterior, hasta una temperatura lo más próxima posible a la temperatura de reacción (que es de unos 900 °C). 

Esta temperatura se mantiene mediante la autocombustión de los contaminantes de la emisión, pero también puede controlarse mediante la inyección de combustible auxiliar en los transitorios de calentamiento. La emisión a tratar permanece a la temperatura de combustión durante un tiempo de residencia suficiente. 

Tras salir de la cámara de combustión, la emisión depurada fluye verticalmente de arriba abajo a través de las cámaras 3 y 4. La duración media de estos intervalos es variable y se ajusta automáticamente según un proceso lógico que forma parte de los conocimientos técnicos de Brofind. 

La quinta cámara permite el tratamiento posterior de la parte de la emisión no totalmente tratada, que podría, durante la inversión del flujo, transportarse directamente a la chimenea sin ella. 

La aplicación específica, llevada a cabo en una empresa líder en la industria metalúrgica del zinc, implicaba necesariamente la identificación y aplicación de soluciones de planta personalizadas para alcanzar los siguientes objetivos: 

• Optimización de los costes operativos y energéticos 

• • Minimización del consumo adicional de combustible auxiliar, conseguido mediante el precalentamiento regenerativo del aire de escape a una temperatura próxima a la de reacción.
  • elección de materiales cerámicos que garantizan un consumo energético mínimo gracias a su elevada resistencia a la compresión y a su 
  • alta inercia térmica
  • recuperación del exceso de energía térmica cuando el efluente de la chimenea tiene una buena temperatura y, por tanto, permite recuperar calor indirectamente instalando un intercambiador para calentar, por ejemplo, el aire de combustión de los quemadores, o utilizar el aire de los secadores o secadoras

• Seguridad y operatividad

• • Diseño para limitar los riesgos de obstrucción debidos a la presencia de polvo
  • Diseño de la planta para facilitar las operaciones de mantenimiento

• Rendimiento y cumplimiento

• • Solución técnica con oxidante regenerativo de 5 cámaras, que garantiza un alto grado de purificación del aire
  • Gestión del proceso orientada a una generación extremadamente baja de contaminantes secundarios (COT ⥶ 20 mg C/Nm3, CO ⥶ 50 mg/Nm3, NOx ⥶ 50 mg/Nm3).

La aplicación de la tecnología descrita, personalizada para ajustarse mejor a los requisitos técnicos del encargo, permitió alcanzar plenamente todos los objetivos. En particular:

• Consecución de valores de concentración de monóxido de carbono muy por debajo de los límites reglamentarios
•  Minimización del consumo de energía gracias a la recuperación de energía de alta eficiencia,
• Ninguna interferencia con las condiciones térmicas y fluidodinámicas del horno rotatorio anterior a la depuradora.
•  Acceso fácil y seguro para la inspección interna y las operaciones de mantenimiento programado