ITCA940007U1 - Processo di desolforazione(99%) e denitrificazione (50%) dei gas che contengono anidride solforosa, ossidi di azoto, anidride carbonica e - Google Patents

Abstract

La combustione di carboni e olii combustibili e l'arrostimento di minerali solforati produce gas contenente anidride solforosa e ossidi di azoto che si disperdono nell'atmosfera a danno dell'ambiente;Il brevetto propone il processo ed il conseguente impianto per l'eliminazione dei composti dannosi.Il gas avviato in almeno due torri di assorbimento, in contro corrente incontra gas ammoniacale che, neutralizzando l'anidride solforosa, forma solfito e bisolfito ammonico.La soluzione ottenuta viene avviata in autoclave a pressione dove avviene la reazione tra solfito e bisolfito, in rapporto stabilito, ottenendosi solfato ammonico soluzione e zolfo fuso; i prodotti sono con purezza di almeno il 99% ed il gas avviato all'atmosfera soddisferà ampiamente alle vigenti leggi.Nel caso che l'autoclave dovesse essere manutenzionata e/o si volesse escludere, la soluzione di solfito-bisolfito viene avviata in bacino salante e ossidata con aria compressa calda ottenendo cristalli di ammonio solfato; la presenza di ossidi di azoto favorisce, con azione sinergica all'ossidazione ottenendosi anche parte della denitrificazione del gas.

Description

BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE AVENTE TITOLO: Processo di desolforazione e denitrificazione dei gas che contengono anidride solforosa, ossidi di azoto, ossigeno, anidride carbonica e azoto, producendo solfato ammonico cristalli e/o solfato ammonico cristalli e zolfo elementare eliminando i gas dannosi all’atmosfera ottenendo prodotti utili.

Il processo elimina l’anidride solforosa e gli ossidi di azoto dai fumi di combustione di centrali termiche e dai fumi di impianti di arrostimento minerali solforati, e quindi elimina i gas dannosi all’atmosfera ottenendo nel contempo prodotti utili all’agricoltura ed ad impianti che utilizzano zolfo elementare.

I gas della combustione del carbonfossile e dell’olio combustibile contengono anidride solforosa che nell’atmosfera si trasforma in anidride solforica e quindi in acido solforico, provocante le piogge acide, e ossidi di azoto anch’essi nocivi con azione sinergica con gli ossidi di zolfo. Impianti inquinanti sono quindi le centrali termoelettriche che bruciano carbone (a basso e/o alto tenore di zolfo) e olii combustibili ATZ e/o BTZ e gli impianti che arrostiscono minerali solforati. Spesso tali impianti sono a ridosso di centri abitati ed adottano sistemi di depurazione che trasferiscono gli inquinanti all’acqua o al terreno producendo materiali di interesse economico limitato.

Il processo (di cui si chiede il brevetto di invenzione) per reliminazione dell’ anidride solforosa dai gas che lo contengono si basa sulla reazione dell’ammoniaca NH3 gassosa e/o in soluzione NH..OH con la anidride solforosa in modo da ottenere alla fine del processo solfato ammonico (NH02SO* e zolfo e/o solo ammonio solfato. ;La reazione è condotta in modo che il rapporto solfito/bisolfito sia circa 1 : 2. ;;soluzione di solfato ammonico e zolfo fuso nascente. ;le reazioni sono: ;'•assorbimento ;(1) SO2 2NH, 3⁄40 = (NH4)2S03 ;(2) 2SO2 2NH3 H20 = 2NH4HSO3 ed in autoclave ;;(3) (NH,)2S03 2NH,HS03 = 2(NH,)2S04 S H20 ;Dall’autoclave esce la soluzione di ammonio solfato che viene evaporata per ottenere i cristalli e contemporaneamente esce zolfo fuso che solidifica in modelli appositi. ;T Tna importante rnn sì dprn zinne deve farsi ■ durante, la fase di reazione si nota che parte del solfito si ossida a solfato e ciò è dovuto sì alla presenza di ossigeno nel gas ma anche all’azione ossidante degli ossidi di azoto (NOx) con una azione sinergica; nel ciclo pertanto avviene la captazione e dell’SO2 e in parte degli NOx. Durante la fase di assorbimento dei gas, prelevati a valle di impianti di depolverizzazione (elettrofiltri), immessi nella fase di desolforazione e denitrificazione, la temperatura si abbassa cedendo vapor d’acqua in equilibrio con la temperatura in uscita dal processo. Il processo è valido sia per gas con alto e/o basso contenuto in S02 ed NOx. ;La presente invenzione ha per oggetto un processo con relativo impianto che permette di ottenere in continuo, da gas contenente anidride solforosa ed ossidi di azoto, solfato di ammonio cristalli e jzolfo nascente presentanti gradi di purezza del 99% minimo. Il vantaggio essenziale del processo secondo l’invenzione sta neljatto che i gas residui sono completamente sbarazzati dai loro composti solforosi e nitrosi e possono essere liberati, senza danno, nell’atmosfera anche con b^ssi camini; infatti le ventole che spingono i gas neirimpianto provvedono contemporaneamente allo scarico; tali gas, da circa 480 g/mc iniziali di vapor d’acqua, ai camini ne conterranno circa 65 g/mc. Le quantità residue di anidride solforosa e di ossidi di azoto sono inferiori a quelle permesse dalle leggi. ;Il processo secondo la presente invenzione può essere inserito anche negli impianti esistenti che abbiano o no gli elettrofiltri poiché, in tal caso, si inserirebbero degli scrubber. ;Il processo è sempre valido anche in assenza dell’ autoclave. ;Le soluzioni (1) e (2) reagirebbero con ossigeno per dare (NH4)2S04 avviandole in bacini salanti nei quali viene avviata aria compressa calda. ;Essenzialmente il processo è caratterizzato dal fatto che il gas contenente l’anidride solforosa e gli ossidi di azoto è messo a contatto con ammoniaca ed acqua fino ad ottenere una soluzione acquosa di solfito e _ bisolfito d’ammonio di densità controllata e pH corrispondente al giusto rapporto tra i prodotti delle reazioni (l)j2 (2). La soluzione che si ottiene viene avviata in continuo ad una autoclave costantemente a temperatura superiore a 110° C , in modo da far avvenire la reazione (3) e cioè ammonio solfato in soluzione quas satura e zolfo fuso. Evidentemente per poter avviare la reazione (NH4)2S03 2NH4HSO3 bisogna inserire nell’autoclave il catalizzatore che è : ZOLFO IN POLVERE nella quantità stechiometrica della reazione finale ;2(NH4)2S04 S H20 ;Senza fi catalizzatore la reazione non avverrà . ;Prima di descrivere rimpianto sarà bene far notare che la reazione una volta innescata, è esotermica ma non esplosiva e perfettamente controllabile. Sono ben conosciute ed esperimentate le temperature minime e massime della reazione come pure la pressione massima e minima che consentirà di gestire l’impianto con continuità e sicurezza. Il gas da trattare proveniente dagli elettrofiltri è messo a reagire con ammoniaca gassosa e/o in soluzione acquosa in almeno due torri di assorbimento consecutive; il gas solforoso 4 viene introdotto nella prima torre 5 e l’ammoniaca 15 nell’ultima torre 14. Secondo una particolarità del processo di invenzione si riporta nella prima torre d assorbimento 5 la soluzione 17 formata nell’ultima torre, e si manda in continuità la soluzione di solfito-bisolfito ammonico 25 dalla prima torre 5 all’autoclave 24 quando si ritiene dai tecnici che le condizioni d reattività siano raggiunte attraverso il riciclo 10÷12; ;(a) la soluzione nel rapporto ritenuto ottimo dai tecnici viene avviata a bacini salanti e fatta ossidare ad ammonio solfato con aria compressa calda; i cristalli che risultano devono venire allontanati ad intermittenza regolare onde evitare l’equilibrio della reazione ;|(b) la soluzione, nella proporzione voluta, di solfito e bisolfito entra !nell’autoclave 24 in corrispondenza della parte superiore in una zona anulare separata dalla zona centrale coassiale. Avvenuta la reazione secondo i canoni, la soluzione di solfato ammonico è scaricata nella parte superiore 27 della zona centrale , mentre lo zolfo fuso formatosi si allontana in corrispondenza della parte inferiore 28. ;L’INVENZIONE SI RIFERISCE QUINDI SIA AL PROCESSO CHIMICO CHE ALL’IMPIANTO PER L’ESECUZIONE. ;Tale impianto comprendendo essenzialmente almeno due torri di assorbimento del gas, una conduttura di riciclaggio (18÷6) della soluzione dall’ultima torre di assorbimento 14 alla prima 5, una conduttura di apporto del gas da depurare dalla prima 5 alla seconda torre di assorbimento 14 contenente anche il camino 16, una conduttura 25 per la soluzione dalla prima torre all’autoclave 24, e conduttura 29 da serbatoio (10) a bacini salanti (30). ;Gli schemi allegati, quello dell’impianto e quello dell’autoclave con relative "Legende" darà senso alla esposizione descrittiva. ;ESEMPIO 1 ;A mezzo del processo secondo l’invenzione è stato trattato, in un impianto come quello schematizzato, un gas di combustione di carbone liceo in zolfo, presentante la composizione seguente : ;CO, 12,5 % ;3, 4,5 % ;so2 0,45 % ;NOx * 0,005 %

Iale gas, che presentava una temperatura iniziale di 180 "C, è stato brattato, durante un’ora in ragione di 1000 me ora, nella torre di raffreddamento 2 e quindi successivamente nelle torri 5 e 14. Nella torre di assorbimento 5 il gas entrante era ad una temperatura di 45 ° C ed il gas uscente a 47 e C, mentre il gas evacuato in 16 dalla seconda 14 era a 35 ° C.

Nella prima torre di assorbimento 5 è stata ottenuta una soluzione acquosa contenente 116 g/1 di solfito ammonico e 297 g/1 di bisolfito ammonico; la densità della soluzione della torre 5 era 1,215 g’ml·1. Nella seconda torre di assorbimento 14 era stata ottenuta una soluzione contenente 290 g/1 di solfito ammonico e 35 g/1 di bisolfito. Nella torre 14 si iniettava ammoniaca gassosa in ragione di 4,250 kg/h. Dalla torre 14 sono stati rimessi in ciclo 140 litri di soluzione alla torre 5.

Nel reattore (autoclave) sono stati portati 50 litri di soluzione solfitobisolfito ammonico proveniente dalla torre 5. Nell’autoclave 24 la soluzione è stata riscaldata a 1450 C.

A reazione avvenuta, riscontrata dalle condizioni di temperatura e pressione, si è ottenuto

50 litri di soluzione di ammonio solfato al 27% e 1,315 kg di zolfo naturale con purezza del 99,8%

ESEMPIO 2

A mezzo del processo secondo l’invenzione è stato trattato, un gas iresiduo da calcinazione di pirite avente la composizione seguente : \CO> 0,3%

8,0%

so 0,9%

Tale gas ad una temperatura di 25 ° C è stato introdotto in ragione di 1000 nfc/h, durante un’ora, in una prima torre di assorbimento, poi in una seconda torre di assorbimento, nelle quali la temperatura ha variato da 25 °C a 27 °C, soltanto grazie ad accorgimenti delle apparecchiature 12 e 26. Nella torre 5 è stata ottenuta una soluzione con 116 g/1 di solfito ammonico e 297 g/1 di bisolfito ammonico, mentre nella torre 14 si aveva 290 g/1 di solfito e 35 g/1 di bisolfito. Nell’autoclave si è ottenuta una soluzione al 27% di solfato ammonico e raccolto il 26,5% dello zolfo totale allo stato nascente.

Il gas evacuato all’aria era praticamente esente da anidride solforosa, E’ evidente che l’invenzione non è esclusivamente limitata alla forma di esecuzione sopra descritta e che varie modifiche possono essere apportate tanto alle condizioni operative quanto agli apparecchi descritti, senza uscire dal quadro dell’invenzione come definito nelle seguenti rivendicazioni:

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1) Processo di produzione di solfato ammonico e zolfo o solo solfat ammonico partendo da gas contenente anidride solforosa, ossidi d azoto e ossigeno; nel processo si forma soluzione acquosa di solfito bisolfito ammonico che viene sottoposta a trattamento termico in modo tale che si formi solfato ammonico soluzione e zolfo liquido o solo solfato ammonico; ciò è possibile in quanto si opera con ammoniaca, gassosa o in soluzione, in condizioni controllate.
2. 2) Processo, secondo la rivendicazione 1), caratterizzato dal fatto che i gas contenente anidride solforosa, ossidi di azoto e ossigeno viene messo a contatto con ammoniaca, gassosa o soluzione, in almeno due torri deassorbimento consecutive, il gas essendo introdotto nella prima torre 5 e l’ammoniaca nella seconda torre 14.
3. 3) Processo, secondo la rivendicazione 2), caratterizzato dal fatto che nella prima torre di assorbimento 5 viene riportata la soluzione formata nell’ultima torre di assorbimento 14 e si invia in continuità la soluzione solfito-bisolfito ammonico della prima torre 5 al reattore 24 o al e/o ai bacini salanti.
4. 4) Processo, secondo l’una e l’altra delle rivendicazioni 2) e 3) caratterizzato dal fatto che vengono regolate le temperature delle soluzioni in ricircolo.
5. 5) Processo, secondo l’una e l’altra delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che viene scaricata in continuità una soluzione di solfato ammonico dal reattore su indicato e contemporaneamente dello zolfo allo stato liquido o.cristalli di solfato ammonico dai bacin salanti 6) Processo, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato da fatto che viene introdotta la soluzione di solfito-bisolfito nella parte superiore del reattore in una zona anulare separata dalla zona centrale coassiale del reattore e viene scaricata la soluzione del solfato dalla zona centrale del reattore alla parte superiore di questo. 7) Processo secondo la rivendicazione 6), caratterizzato dal fatto che la soluzione di solfato uscente dal reattore, quasi satura, arriva ad un espansore nel quale cristallizza. La soluzione satura sovrastante si • i *nvi ·a ad un essicatore sotto vuoto dal quale in continuo si preleva solfato ammonico cristalli. 8) Processo, secondo la rivendicazione 6), caratterizzato dal fatto che viene scaricato lo zolfo allo stato liquido dalla parte inferiore del reattore. 9) Processo caratterizzato dal fatto che viene realizzato uno scambio di calore tra la soluzione che entra nel reattore e la soluzione di solfato che esce da questa. 10) Impianto conveniente per l’esecuzione del processo caratterizzato dal fatto che esso comprende almeno due torri di assorbimento 5 e 14 di gas contenente anidride solforosa, ossidi di azoto e ossigeno; una conduttura 6 di riciclaggio della soluzione daH’ultima torre di assorbimento 14 alla prima torre di assorbimento 5; una conduttura di apporto del gas 4 da una torre 2 alla seguente 5; un reattore 24 ed una conduttura 25 che porta la soluzione della prima torre 5 al reattore stesso 24; come pure una entrata 15 di ammoniaca neH’ultima torre 14 nella quale si trova l’uscita del gas trattato 16. E’ presente anche un espansore per la soluzione uscente dal reattore 27 ed un essicatore continuo per solfato ammonico cristalli. Dal serbatoio (10) la soluzione ottimizzata si avvia al od ai bacini salanti per avere cristalli di solfato ammonico. ili) Processo e impianto per la produzione di solfato ammonico cristalli je di zolfo, sostanzialmente come sopra descritti, specialmente negli esempi e con riferimento ai disegni allegati anche solfato ammonico cristalli.