IT9067707A1 - Procedimento per la produzione di aerosol a base di ossido di metallo per il controllo delle emissioni di combustione - Google Patents
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Description
Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titola: PROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE DI AEROSOL A BASE DI OSSIDO DI METALLO PER IL CONTROLLO DELLE EMISSIONI DI COMBUSTIONE.
RIASSUNTO
La presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione di aerosol a base di ossido di metallo ed un procedimento per l'utilizzazione dell'aerosol a base di ossido di metallo come assorbente dell' effluente. Il procedimento per produrre l'aerosol a base di ossido di metallo comprende la vaporizzazione del metallo elementare in un ambiente privo di ossidanti in condizioni controllate e la successiva ossidazione di detto metallo vaporizzato in condizioni controllate onde formare un aerosol di detto ossido di metallo in un flusso di gas portante. In un seconda tempo, l'aerosol può' essere alimentato nel flusso gassoso contenente effluenti per la rimozione di effluenti in condizioni di temperatura controllata.
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione di aerosol a base di ossido di metallo ed un procedimento per l'utilizzazione dell'aerosol a base di ossido di metallo come assorbente dell'effluente.
Come e' ben noto, gli effluenti dei gas acidi quali SO2, SO3, NO, NO2, H2S e HCl, che sono presenti nei gas di scarico e derivano da numerose reazioni chimiche, costituiscono i principali elementi inquinanti atmosferici. Finora, la riduzione di effluenti di gas acidi in questi flussi gassosi, a livelli accettabili dal punto di vista ambientale, si e' dimostrata estremamente costosa.
Ad esempio, uno dei procedimenti commerciali utilizzati per controllare le emissioni di SO2 adottato dalle centrali elettriche commerciali e' rappresentato dall'iniezione di calcare nella camera di combustione. Con questa procedimento commerciale, il calcare viene iniettato nella camera di combustione commerciale ove reagisce agli ossidi di zolfo onde formare un solfato di calcio solido. Le particelle di solfato di calcio solido vengono poi separate dai gas di combustione mediante dispositivi di controllo particellari convenzionali. Il principale inconveniente derivante dal procedimento ad iniezione di calcare per la cattura dell'SO2 nella camera di combustione risiede nella sua bassa utilizzazione di calcio. Mentre la quantità' di zolfo rimossa dai prodotti della combustione mediante l'iniezione di calcare nella camera di combustione e' nell’ordine del 50%, l'utilizzazione di calcio va dal 15 al 25% soltanto. Di conseguenza, per ogni massa unitaria di zolfo contenuta nel combustibile devono essere iniettati quantitativi di calcare estremamente elevati. Tutto ciò' e' risultato essere piuttosto costoso.
Naturaimente, sarebbe molto auspicabile poter disporre di un meccanismo per rimuovere, in modo economico, gli effluenti dai flussi industriali di combustione.
Pertanto, lo scopo principale relativo alla presente invenzione e' quello di fornire un procedimento per la produzione di un materiale aerosol assorbente l'effluente.
Un ulteriore scopo relativo alla presente invenzione e'quello di realizzare un procedimento per la produzione di un aerosol a base di ossido assorbente un effluente per la rimozione di effluenti di gas acidi dal flusso gassoso che sia altamente efficace.
Ulteriori scopi e vantaggi riguardanti la presente invenzione verranno descritti piu' avanti.
Secondo la presente invenzione, i summenzionati obiettivi e vantaggi sono prontamente conseguibili.
La presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione di un aerosol a base di ossido di metallo da un corrispondente metallo ed un procedimento per l'utilizzazione dell'aerosol a base di ossido di metallo come assorbente l'effluente. Il procedimento relativo alla presente invenzione comprende la vaporizzazione di un metallo di un assorbente desiderato in un ambiente privo di ossidanti e, preferibilmente, in un flusso gassoso di un gas inerte in condizioni di temperatura di vaporizzazione ad una temperatura in una prima zona. Successivamente, il flusso gassosa di metallo vaporizzato viene fatto passare dalla prima zona alla seconda zona ove il flusso di vapore di metallo viene a contatto con un ossidante in modo da ossidare il vapore di metallo dando origine in tal maniera ad un aerosol consistente in particelle di ossido di metallo solido in un flusso gassoso portante. Regolando i vari parametri del procedimento, si può' regolare la dimensione delle particelle di ossido di metallo in modo da produrre un aerosol a base di ossido di metallo ottimizzato. L'aerosol a base di ossido di metallo viene poi alimentato in un flusso gassoso contenente effluenti di gas acidi con i quali viene a contatto ad una temperatura adatta alla reazione tra l'aerosol a base di ossido di metallo e l'effluente da catturare in modo da formare un composto di metallo solido dell'effluente.
La Figura 1 e' un'illustrazione schematica del procedimento relativa alla presente invenzione per la produzione di un aerosol a base di ossido di metallo e per la rimozione di effluenti da un flusso gassoso utilizzando l'aerosol a base di ossido di metallo.
La Figura 2 e' un grafico che illustra le capacita' di assorbimento dell'effluente del procedimento relativo alla presente invenzione impiegando del calcio quale metallo assorbente e dello zolfo quale effluente.
La Figura 3 e' un grafico che illustra le capacita' di assorbimento dell'effluente del procedimento relativa alla presente invenzione impiegando del magnesio quale metallo assorbente e dello zolfo quale effluente.
La presente invenzione riguarda un procedimento per la produzione di un aerosol a base di ossido di metallo ed un procedimento per l'utilizzazione dell'aerosol a base di ossido di metallo cosi' prodotto quale assorbente l' effluente. Il procedimento risulta essere di particolare utilità' per quanto concerne la rimozione di effluenti di gas acidi quali: SO2, SO3, NO, NO2, H2S e HCl che sono sottoprodotti derivanti dalle varie reazioni chimiche prodotte dai gas di scarico delle reazioni chimiche.
Il procedimento relativa alla presente invenzione verrà' descritto in dettaglio con riferimento alla Figura 1 ed alle illustrazioni schei-natiche in essa mostrate.
Il procedimento relativo alla presente .invenzione comprende la produzione di un aerosol a base di ossido di metallo e la sua successiva conversione in un composto di metallo solido dell'effluente da catturare. Anche se il procedimento verrà' descritto ed illustrato impiegando dello zolfo quale effluente in un flusso gassoso di combustione, il procedimento risulta utile nella cattura di tutti gli effluenti di gas acidi summenzionati che sono sottoprodotti di numerose reazioni chimiche.
Facendo riferimento alla Figura 1, l'aerosol a base di ossido di metallo viene prodotto vaporizzando un metallo dell'assorbente desiderato in condizioni di temperatura di vaporizzazione in una zona di vaporizzazione costituita da un ambiente privo di ossidanti e successivamente trasferendo il vapore di metallo cosi' prodotto in una zona ossidante in cui il vapore di metallo viene a contatto con un ossidante in modo da produrre un aerosol a base di ossido di metallo.
Secondo il procedimento relativo alla presente invenzione, i metalli assorbenti idonei ad essere impiegati nel procedimento relativo alla presente invenzione sono rappresentati dai metalli scelti nel gruppo comprendente metalli alcalini, metalli alcalino—terrosi, metalli aventi una valenza maggiore o pari ai metalli alcalino-terrosi e miscele dei medesimi. Metalli particolarmente idonei sono risultati essere il magnesio ed il calcio, con una preferenza per quest'ultimo. Nel procedimento relativa alla presente invenzione e' preferibile vaporizzare 1<* >assorbente di metallo desiderato nella zona di vaporizzaziéne in un flusso gassoso. E' necessario che il flusso gassoso sia un flusso gassoso inerte composto da uno dei gas qui di seguito elencati: argo, elio, azoto, metano, ecc. La preferenza va data all'argo ed all'azoto. Sono necessari gas inerti poiché' la fase di vaporizzazione deve aver luogo in un ambiente sostanzialmente privo di ossidanti al fine di assicurare una vaporizzazione completa dell'assorbente del metallo. L 'impiego di un flusso gassoso inerte si rende utile in quanto aumenta la quantità' di vapore di metallo nel flusso gassoso, ossia il carico di vapore di metallo che ha un effetto positivo sulla dimensione della particella sull'ossido di metallo prodotto. La velocita' di scorrimento del flusso gassoso dovrebbe essere regolata in modo da produrre la caratteristica desiderata dell'aerosol per un'adeguata dimensione della particella dell'aerosol a base di ossido di metallo (inferiore a Q,1 micron). Il flusso di gas inerte necessario dovrebbe essere regolato in modo da produrre un carico di vapore di metallo da 5 g/Nm<"' >a 250 g/Nm<3>, preferibilmente da 50 a 150 g/Nm<'J>.
La velocita' di scorrimento del gas inerte dipende da vari fattori quali, tra gli altri, la temperatura di vaporizzazione del metallo , il tipo di metallo da vaporizzare, la velocita' di raffreddamento utilizzata nella fase di formazione dell'aerosol, la dimensione desiderata della particella primaria dell'aerosol. La velocita' di scorrimento del gas inerte utilizzata nel procedimento relativo alla presente invenzione e' da scegliersi, preferibilmiente, in modo tale da fornire un adeguato carico, di vapore di metallo che, successivamente, produrrà' un'adeguata dimensione della particella primaria dell'aerosol corrispondente ad un diametro medio di circa 0,05 micron che, idealmente, e' idoneo ad ottenere un<’>elevata utilizzazione del metallo nella fase di assorbimento dell'effluente.
Secondo la presente invenzione, per la vaporizzazione del metallo nel flusso gassoso nella prima zona della camera di combustione, e' necessario che il tutto avvenga in condizioni di temperatura controllata Tj e con pressione Ρ^. La temperatura T , rappresenta la temperatura necessaria al fine di ottenere una completa vaporizzazione del metallo, ossia, il punto di fusione del metallo, e varierà' a seconda dell'assorbente di metallo da vaporizzare, Inoltre, al fine di ottenere una completa vaporizzazione del metallo, la zona di vaporizzazione deve essere sostanzialmente priva di ossidanti. Per di piu', la temperatura adottata per la vaporizzazione deve essere preferibilmente e significativamente maggiore del punto di fusione dell'assorbente di metallo impiegato. Questo e' auspicabile in guanto un aumento della temperatura T]_ comporta un aumento del carico di vapore nel flusso alimentato nella zona di ossidazione che, come detto in precedenza, ha un effetto positivo sulla dimensione della particella di ossido di metallo. Per ragioni di costo, la temperatura di.vaporizzazione dovrebbe essere inferiore a 2000°C. Secondo la presente invenzione, la temperatura di vaporizzazione si trova tra 650°C e 1200°C circa, preferibilmente da 1000° a 1300°C per il calcio e tra 450° e 1150°C, preferibilmente da 750° a 950°C per il magnesio con pressione atmosferica.
Una volta che il vapore di metallo viene prodotto nella zona di vaporizzazione, il vapore di metallo nel flusso gassosa, con a senza il <■>flusso gassoso inerte, viene trasferito dalla prima zona della camera di combustione ad una seconda zona. Il vapore di metallo nel flusso gassoso viene a contatto nella seconda zona della camera di combustione con un ossidante quale ossigeno, aria, CO2 e similari in modo da ossidare il vapore di metallo per formare l'aerosol relativa alla presente invenzione che comprende particelle di ossida di metallo nel flusso gassoso del gas portante. Secondo la presente invenzione, la formazione del flusso di aerosol nella seconda zona dovrebbe essere controllata in modo da produrre la dimensione di particella richiesta. E' stato scoperto che le particelle di ossido di metallo di dimensione su.bmicron sono necessarie al fine di ottenere un'efficace utilizzazione dell'assorbente e di conseguenza, una buona cattura dell'effluente. E' preferibile una dimensione media di particella inferiore a 0,1 micron, dimensioni di particella inferiori a 0,05 sono l'ideale.
Come? fatto rilevare in precedenza, il flusso di aerosol alimentato dalla seconda zona entra in contatto con un flusso gassoso portante un effluente in una terza zona in condizioni di temperatura controllata. La temperatura alla quale l'aerosol a base di ossido di metallo entra in contatto con il flusso gassoso portante l'effluente deve essere compresa entro la gamma di temperature idonea alla reazione tra l'aereosol a base di ossido di metallo e l'effluente da catturare in modo da formare un composto di metallo solido dell'effluente. Ad esempio, nel caso dello zolfo, la fase di assorbimento dell'effluente viene svolta nelle condizioni qui di seguito riportate: da 650° a 1250°C e, preferibilmente tra 950°C e 1200°C circa per l'aerosol a base di ossido di calcio e da 350° a 850°C circa, preferibilmente tra 700° e 800°C circa per il magnesio. Queste gamme di temperatura rappresentano i limiti pratici e/o termodinamici per la solfstazione di ossidi di calcio e di magnesio.
Secondo il procedimento relativo alla presente invenzione, l'utilizzazione dell'assorbente e' maggiore a pari a circa il 90% ed al 50% per, rispettivamente, l'aerosol di CaCle l'aerosol di Mg0 per un flusso gassoso contenente circa 2000 ppm di SO2.
Gli esempi qui d.i seguito riportati illustrano le caratteristiche specifiche del procedimento relativo alla presente invenzione ma in nessun modo sono da intendersi come limitativi.
ESEMPIO I
Con riferimento alle Figure 1 e 2, nella sona di vaporizzazione sono stati alimentati 3,5 g di metallo di calcio. Il gas argo e' stato alimeritato nella sona ad una velocita' di scorrimento di 16,5 ml/sec., ad una temperatura di 25°C e ad una pressione di 1 atm. La sona e' stata riscaldata ad una temperatura di 1000°C. In queste condizioni e' stata misurata una costante produzione di aerosol di circa 5 mg/min. Il flusso di aerosol e<’ >entrato in contatto con un flusso di 54 l/min. di aria secca riscaldata ad una temperatura di 950°C in una zona di ossidazione in modo da produrre un aerosol a base di ossido di metallo di CaO. L'aerosol e' stato iniettato in un flusso gassosa con una determinata quantità' di S0-2 ed e' entrato in contatto con il flusso di aerosol in una zona di assorbimento dell'effluente. Sono state effettuate cinque prove separate con concentrazioni di SO2 misurate in parti di volume per milione nell'aria di 250, 500, 750, 2000 e 3500. Una sonda di campionatura del precipitatare elettrostatico e' stata ubicata nella parte terminale della zona di assorbimento per catturare i campioni di aerosol. 1 campioni di aerosol sono stati rilevati al fine di determinare la quantità' di calcio utilizzata nell‘assorbimento dello zolfo. I risultati sono riportati nella Figura 2. E' importante notare che il tempo di permanenza impiegato in questo esperimento, circa 0,5 secondi, si trova entro l'intervallo di tempo impiegato dai gas di combustione all'interno delle caldaie industriali per passare da 1200° a 950°C. F'ertanto, i risultati presentati si trovano entro il campo dei tempi industriali richiesti. Come e" possibile notare nella Figura 2, l'utilizzazione di calcio e' maggiore dell'80"/.con concentrazioni di S02 di oltre 1500 ppm ed e' lungamente superiore all'utilizzazione attenuta nei procedimenti ad iniezione di calcare nella camera di combustione. In aggiunta a quanto detto, le temperature alle quali ha luogo l'assorbimento dell'effluente , ossia 950°C per il calcio e 800°C per il magnesio, sono d:i molto inferiori a quelle utilizzate nei procedimenti ad iniezione di calcare nella camera di combustione rendendo cosi' il procedimento relativa alla presente invenzione ancor piu' interessante. Infine, il diametro medio della particella di ossido di calcio e' stato misurato e rilevato nell'ordine di 0,015 μm
ESEMPIO II
Il procredimento relativo all'Esempio II e' similare a quello riportato nell'Esempio I ma e' stato impiegato del magnesio anziché' del calcio. L'aerosol a base di ossida di magnesio e' stato generato e poi alimentato nei cinque flussi d'aria summenzionati contenenti SO2 con riferimento all Esempio I. Al fine di vaporizzare il magnesio, la temperatura nella prima zona e' stata regolata a 850°C. I risultati sono riportati nella Figura 3. E' possibile notare che un aerosol contenente particelle di ossido di magnesio non e' cosi' efficace come un aerosol contenente particelle di ossido di calcio a basse concentrazioni di SO2; tuttavia, l'aerosol a base di ossido di magnesio e' superiore ai già' noti procedimenti ad iniezione di calcare nella camera di combustione. La dimensione della particella di ossido di magnesio attenuta nell'aerosol secondo questo esempio e' stata di 0,020 pm.
Quest'invenzione può' essere realizzata in altre forme od essere eseguita in altri modi senza scostarsi dalla sua essenza o dalle sue caratteristiche. La presente realizzazione deve, pertanto, essere considerata sotto tutti gli aspetti illustrativa e non restrittiva; lo scopo dell'invenzione e' indicato nelle rivendicazioni allegate e qualsiasi variazione entro tale ambita deve essere considerata facente parte dell'invenzione
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI Un procedimento per la produzione di un aerosol a base di ossido di metallo ottenuto da un corrispondente metallo, comprendente la vaporizzaziane di detto metallo in condizioni di temperatura di ■vaporizzazione in una prima zona ad una temperatura maggiore o pari a T^, il passaggio di detto vapore di metallo in un flusso gassoso dallexsuddetta prima zona ad una seconda zona e la messa in contatto di detto vapore di metallo con un ossidante in detta seconda zona in modo da ossidare detto vapore di metallo onde formare un aerosol comprendente particelle solide di ossido di metallo in detto flusso gassoso. Un procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui detto metallo viene scelto nel gruppo composto da metalli alcalini, da metalli alcalino-terrosi, da metalli aventi Lina valenza maggiore o pari ai metalli alcalino-terrosi e miscele dei medesimi. Un procedimentci secondo la rivendicazione 2 in cui detta metallo viene scelta nel gruppo comprendente magnesio e calcio. 4. Un procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui un flusso gassoso di gas inerte viene alimentato in detta prima sona durante la vaporizzazione di detto metallo. 5. Un procedimento secondo la rivendicazione 4 in cui il carico di vapore di metallo su detto flusso gassoso si trova tra 3 g/Nm<"-' >e 250 g/Nm<”' >circa. 6. Un procedimento secondo la rivendica::ione ί in cui la temperatura T rappresenta la temperatura di fusione del metallo che viene vaporizzato. 7. Un procedimento secondo la rivendicazione i in cui il metallo e' rappresentato da del magnesio e la temperatura di vaporizzazione si trova tra 450° e 1150°C circa con pressione atmosferica. 3. Un procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui il metallo e' rappresentato da del calcio e la temperatura di vaporizzazione si trova tra 650° e 1300°C circa.con pressione atmosferica. 9. Un procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui detto aerosol e' caratterizzato da una dimensione della particella di ossido di metallo tra 0,001 e 1,0 micron circa. 10. Un procedimento secondo la rivendicazione 1 che comprende, in aggiunta, la fase di messa in contatto di detto aerosol con un flusso gassoso contenente un effluente in condizioni di temperatura controllata, in cui dette particelle di ossido di metallo reagiscono a detto effluente assorbendo!o.
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