ITMI20082310A1 - Processo per depurare una corrente di fumi di combustione proveniente da un impianto di produzione di clinker e relativo apparato - Google Patents

Description

“Processo per depurare una corrente di fumi di combustione proveniente da un impianto di produzione di clinker e relativo apparatoâ€

La presente invenzione concerne un processo per depurare una corrente di fumi di combustione proveniente da un impianto di produzione di clinker ed il relativo apparato.

Il cemento à ̈ un legante idraulico utilizzato per legare materiali solidi inerti, come la sabbia e la ghiaia, formando così il calcestruzzo e le malte, ossia componenti di base per la realizzazione di costruzioni.

Su scala industriale il cemento à ̈ realizzato attraverso la miscelazione e la macinazione di clinker e gesso con correttivi come calcare, loppa e pozzolana.

Nel processo di produzione del cemento secondo la tecnologia denominata “per via secca†il clinker à ̈ ottenuto per cottura ad elevata temperatura di una miscela di materie prime costituite principalmente da calcare (carbonato di calcio) ed argilla (silice, allumina, ossidi di ferro, oltre ad acqua di cristallizzazione). Le materie prime sono miscelate allo stato solido nelle proporzioni desiderate e quindi macinate finemente sino ad ottenere una polvere omogenea denominata “farina cruda†(o “miscela cruda†). Nella presente descrizione, per “farina cruda†o “miscela cruda†à ̈ quindi da intendersi la polvere omogenea così ottenuta utilizzata come materiale di partenza per la produzione di clinker.

La farina cruda à ̈ trasformata in clinker mediante cottura ad una temperatura di circa 1450°C in un forno rotante (in inglese “rotary kiln†) costituito essenzialmente da un cilindro rotante inclinato.

Durante il suo transito nel forno rotante, la farina cruda à ̈ riscaldata sino a temperature di circa 1450°C. Durante il riscaldamento la farina subisce dapprima una calcinazione completa e, successivamente, reagisce formando i silicati ed alluminati di calcio (reazione di clinkerizzazione) che rappresentano i principali costituenti del clinker. Più precisamente, durante la reazione di clinkerizzazione ha luogo una serie di reazioni chimiche tra ossidi di calcio, di silicio, di alluminio e di ferro, reazioni promosse dalla fusione di una parte delle stesse materie prime (ossidi di alluminio e di ferro).

L’energia necessaria per fare avvenire la reazione di clinkerizzazione à ̈ prodotta per mezzo di un bruciatore posto sulla testata del forno rotante, all’estremità opposta rispetto a quella in cui viene caricata la farina. I combustibili generalmente utilizzati sono il carbon fossile, il pet-coke, l’olio combustibile, il metano, oltre a combustibili alternativi come, ad esempio, le farine animali.

L’energia termica à ̈ trasmessa alla farina cruda sottoposta a trattamento per irraggiamento nella zona di cottura in corrispondenza del bruciatore (temperatura di circa 2000°C) e per convezione e conduzione per mezzo dei gas di combustione nella restante parte del forno.

Al termine del trattamento di cottura, il clinker così ottenuto à ̈ scaricato dal forno rotante ed à ̈ rapidamente raffreddato in un raffreddatore ad aria al fine di stabilizzarlo.

I procedimenti secondo lo stato dell’arte sono rappresentati e discussi con riferimento alle seguenti figure:

- Figura 1A, in cui à ̈ mostrata una rappresentazione schematica di un impianto di produzione di clinker secondo lo stato della tecnica comprendente un forno rotante dotato di preriscaldatore a sospensione a 4 stadi;

- Figura 1B, in cui à ̈ mostrata una rappresentazione schematica di un impianto di produzione di clinker secondo lo stato della tecnica comprendente un forno rotante dotato di preriscaldatore a sospensione a 5 stadi e di precalcinatore.

Nelle suddette figure le linee a tratto pieno indicano i flussi di materiale solido, le linee tratteggiate i flussi di correnti gassose, mentre i numeri romani indicano gli stadi dei preriscaldatori a sospensione.

Negli impianti di produzione di clinker noti dallo stato della tecnica, la farina cruda, prima di essere alimentata al forno rotante, Ã ̈ sottoposta ad un trattamento di preriscaldamento e, eventualmente, di precalcinazione.

Una delle tecniche di preriscaldamento attualmente più impiegate si basa sull’impiego del cosiddetto “preriscaldatore a sospensione†o “preriscaldatore multistadio a cicloni†(di seguito anche solo “preriscaldatore†), costituito da una torre di cicloni in cui ciascuno stadio di preriscaldamento avviene in uno o più cicloni.

In un tale tipo di preriscaldatore per primo ciclone, si intende il ciclone in cui avviene il primo stadio di preriscaldamento e la prima separazione tra farina preriscaldata e fumi di combustione, per secondo ciclone si intende il ciclone in cui avviene il secondo stadio di preriscaldamento e la seconda separazione tra farina preriscaldata e fumi di combustione e analogamente sono definiti i successivi cicloni del preriscaldatore a cicloni multistadio. Nella presente descrizione, il primo ciclone del preriscaldatore, così come i successivi cicloni, sono sempre da intendersi secondo la precedente definizione.

Il primo stadio, diversamente dai successivi, à ̈ configurato per minimizzare il trascinamento di polveri da parte dei fumi di combustione provenienti dal forno. Nonostante ciò la concentrazione delle polveri nei fumi di combustione uscenti dal preriscaldatore rimane elevata (all’incirca 50-100 g/Nm<3>).

Le fasi di preriscaldamento e precalcinazione sono condotte, rispettivamente, nel preriscaldatore 1 e nel precalcinatore 2 (Figure 1A e 1B). La presenza di queste fasi permette di alimentare al forno rotante 3 la farina parzialmente calcinata (30-40%) e preriscaldata ad una temperatura di circa 950°C, con un notevole risparmio di energia nella successiva reazione di clinkerizzazione.

La presenza della fase di preriscaldamento, eventualmente accompagnata dalla fase di precalcinazione, permette inoltre di utilizzare forni rotanti di dimensioni ridotte, riducendo così le perdite di calore che si verificano in tali forni ed aumentando l’efficienza energetica complessiva del processo di produzione del clinker.

Nel preriscaldatore, la farina cruda di partenza à ̈ portata gradualmente dalla temperatura di 40°C a circa 950°C. Il riscaldamento à ̈ realizzato mantenendo la farina in sospensione in una corrente di gas caldi, costituita dai fumi di combustione del forno rotante ed eventualmente dai fumi di combustione del precalcinatore, sfruttando l’elevata superficie di scambio del calore tra la farina e la fase gassosa.

Nella fase di preriscaldamento à ̈ di fondamentale importanza la durata del contatto fra la fase solida (farina) e la fase gassosa (fumi di combustione del forno rotante). Per garantire un ottimale tempo di contatto fra la fase solida e quella gassosa, il preriscaldatore a sospensione à ̈ costituito da una serie di cicloni (da 4 a 6) disposti uno sull’altro a formare una torre di altezza variabile sino anche a 130-150 m. Tale preriscaldatore può essere definito un preriscaldatore a cicloni multistadio. Il primo stadio di preriscaldamento, che avviene alla sommità della torre, può essere realizzato in due cicloni in parallelo per garantire una migliore efficienza di separazione della farina dalla corrente gassosa prima dell’uscita di quest’ultima dal preriscaldatore.

Con riferimento alla Figura 1A, nel preriscaldatore a cicloni multistadio 1 i fumi di combustione provenienti dal forno rotante 3 ed aventi una temperatura di circa 900-1000°C attraversano i cicloni dal basso verso l’alto (dal IV al I). La farina cruda di partenza à ̈ miscelata ai fumi di combustione nel preriscaldatore 1, all’interno del quale à ̈ immessa attraverso un ingresso 4, posto alla sommità del preriscaldatore, tra il primo (I) ciclone e il secondo (II) ciclone. La farina cruda attraversa il preriscaldatore sino all’uscita nella parte inferiore, trasportata da un ciclone al successivo dal flusso dei fumi di combustione. In ciascun ciclone circa l’80% della fase solida (farina) à ̈ separata dalla fase gassosa (fumi di combustione) per poi essere immessa nuovamente nella fase gassosa entrante nel ciclone sottostante. La fase gassosa contenente la rimanente frazione solida (circa 20% della farina) fluisce, invece, al ciclone successivo soprastante.

Al fondo del preriscaldatore 1, si ottiene una farina preriscaldata avente una temperatura di circa 950°C. Dall’ultimo stadio di preriscaldamento nel preriscaldatore a cicloni multistadio, la farina à ̈ scaricata direttamente nel forno rotante 3 per la successiva reazione di clinkerizzazione.

Negli impianti dotati di precalcinatore 2 (Figura 1B), la farina preriscaldata à ̈ alimentata dal preriscaldatore 1 ad un apposita camera di combustione 5, dotata di un bruciatore 6, all’interno della quale subisce un parziale processo di calcinazione. La farina precalcinata lascia il precalcinatore 2 ed à ̈ alimentata, insieme con i fumi di combustione del precalcinatore 2, all’ultimo stadio (V) del preriscaldatore 1 per poi proseguire verso il forno rotante 3. I fumi di combustione del precalcinatore 2 confluiscono con quelli del forno rotante 3 e risalgono il preriscaldatore 1 sino all’uscita di testa 7, dopo il primo ciclone.

La corrente gassosa uscente attraverso l’uscita 7 del preriscaldatore, comprendente i fumi di combustione del forno rotante 3 ed, eventualmente, quelli del precalcinatore 2, ha una temperatura di circa 270-360°C.

Negli impianti di produzione di clinker secondo lo stato della tecnica, prima di essere rilasciata in atmosfera, questa corrente à ̈ generalmente utilizzata in altre fasi del processo di produzione del cemento (ad esempio, per la macinazione ed essiccamento delle materie prime oppure come aria di combustione nel forno rotante o nel precalcinatore) per recuperarne il contenuto calorico.

La preparazione del clinker in un impianto di produzione di cemento come quello sopra descritto genera enormi volumi di emissioni gassose, potenzialmente inquinanti per l’ambiente.

La corrente gassosa uscente dal preriscaldatore à ̈ caratterizzata da un’elevata concentrazione di sostanze inquinanti, in particolare ossidi di azoto (NOx) e polveri.

Gli NOxderivano principalmente dai processi di combustione che hanno luogo nel forno rotante e, eventualmente, nel precalcinatore. Le principali tecniche attualmente impiegate per l’abbattimento degli NOxnella corrente gassosa uscente dal preriscaldatore sono due:

- la riduzione selettiva non catalitica (Selective Non-Catalytic Reduction - SNCR) che prevede la reazione degli NOxcon un agente riducente (ad esempio, ammoniaca o urea) nella zona ad alta temperatura del preriscaldatore;

- la riduzione catalitica selettiva (Selective Catalytic Reduction - SCR) che prevede la reazione degli NOxcon NH3come agente riducente in presenza di un catalizzatore.

La tecnica SNCR Ã ̈ efficace se impiegata su una corrente gassosa avente una temperatura di 800-900°C e permette di abbattere la maggior parte degli NOxpresenti.

L’applicazione della tecnica SCR, di recente impiego nel settore della produzione di energia elettrica ed in fase di sviluppo nel settore del cemento, permette di raggiungere rese di abbattimento molto elevate (superiori al 90%). La tecnica SCR à ̈ efficace se impiegata su una corrente gassosa avente una temperatura compresa tra 300 e 400°C circa.

In considerazione di questo intervallo di temperatura ottimale per l’abbattimento degli NOx, il dispositivo SCR à ̈ installato negli impianti di produzione del clinker immediatamente a valle del preriscaldatore rispetto alla direzione di flusso dei fumi di combustione.

All’uscita del preriscaldatore, dopo il primo stadio di cicloni, i fumi di combustione sono ad una temperatura di circa 270-360°C e contengono elevate quantità di NOx(> 1 g/Nm )e di polveri 50-100 g/Nm<3>.

Tale tecnica di abbattimento degli NOxapplicata agli impianti di produzione di clinker à ̈ generalmente indicata in letteratura con il termine inglese “high dust-SCR†, in quanto l’abbattimento degli NOxà ̈ condotto su un effluente gassoso non depolverato.

L’applicazione di questa tecnica presenta diversi inconvenienti legati innanzitutto alla presenza di elevate quantità di polveri nei fumi di combustione uscenti dal preriscaldatore. Le polveri, depositandosi sulla superficie del catalizzatore, riducono l’efficienza del sistema di abbattimento SCR, aumentando nel contempo la resistenza al passaggio della corrente gassosa e quindi i consumi energetici legati alla sua movimentazione.

La presenza delle polveri nell’effluente gassoso trattato, inoltre, comporta elevati consumi energetici associati alla necessità di pulire il catalizzatore con aria compressa, oltre a ridurre la vita utile del catalizzatore a causa dell’azione abrasiva che le polveri esercitano sulla superficie del letto catalitico. L’elevata presenza di polveri à ̈ legata essenzialmente alla limitata efficienza di depolverazione dei cicloni che costituiscono il preriscaldatore. Nonostante siano progettati per massimizzare l’efficienza di separazione, i cicloni sono in grado di operare separare efficacemente solo le polveri più pesanti.

Un secondo svantaggio della tecnica high dust-SCR à ̈ rappresentato dal fatto che nei fumi di combustione uscenti dal preriscaldatore possono essere presenti anche ceneri, generate dalla combustione nei bruciatori del forno rotante e del precalcinatore di combustibili alternativi, quali ad esempio, le farine animali. La presenza delle ceneri, (contenenti fosfati) provoca l’avvelenamento del catalizzatore e la conseguente diminuzione della sua efficacia nell’abbattimento degli NOx.

Talvolta nei fumi sono presenti ossidi di zolfo, principalmente in forma di SO2, in dipendenza del contenuto di zolfo delle materie prime utilizzate.

L’abbattimento della SO2in questi casi può essere realizzato mediante iniezione di composti a base di ossidi e/o idrossidi di calcio nei fumi di combustione, con conseguente formazione di solfato di calcio, solfato di calcio che può essere convenientemente riciclato nel processo di produzione del clinker. Anche l’efficacia dell’abbattimento degli ossidi di zolfo in fase gassosa secondo la suddetta tecnica à ̈ limitata dalla presenza nei fumi di elevate concentrazioni di polveri, che rendono pressoché impossibile il riciclo della calce non reagita.

Un’alternativa alla tecnica di depurazione high dust-SCR sopra descritta à ̈ la tecnica “low dust-SCR†. Questa tecnica prevede l’abbattimento degli NOxmediante SCR su fumi di combustione che sono stati preventivamente depolverati mediante filtrazione. La filtrazione dei fumi di combustione riduce sostanzialmente il contenuto delle polveri, all’incirca sino a valori di 5-10 g/Nm<3>, evitando l’intasamento del catalizzatore ed i conseguenti problemi di gestione del processo di riduzione catalitica selettiva degli NOx.

Negli impianti che adottano la tecnica low dust-SCR, l’abbattimento degli NOxà ̈ realizzato come tecnica “end of pipe†, ossia come ultimo stadio di trattamento dei fumi di combustione, prima del loro rilascio in atmosfera.

L’applicazione di tipo end-of-pipe à ̈ considerata attualmente l’unica modalità possibile di utilizzo della tecnica low dust-SCR negli impianti di produzione di clinker. Nella quasi totalità di questi impianti, infatti, la tecnica di depolverazione dei fumi di combustione che viene usata à ̈ la filtrazione su filtri a tessuto, essendo questi gli unici dispositivi in grado di garantire i bassi livelli di emissione di polveri imposti dalle attuali normative ambientali.

I filtri a tessuto, tuttavia, possono operare solo in un intervallo di temperatura limitato. Pur variando in funzione della tipologia di tessuto impiegato, la temperatura di esercizio non supera mai i 250°C. L’uso della tecnica low dust-SCR, pertanto, obbliga all’installazione di adeguati sistemi di riduzione della temperatura degli effluenti gassosi da filtrare (ad esempio, torri di condizionamento, scambiatori di calore, immissione di aria di diluizione) con conseguente aumento dei costi di investimento per gli impianti e dei consumi energetici complessivi del processo di depurazione dei fumi di combustione.

Inoltre, poiché lo stadio di riduzione catalitica selettiva, che segue la filtrazione delle polveri, richiede per realizzare un’efficace abbattimento degli NOxche la temperatura dell’effluente gassoso trattato sia compresa nell’intervallo 300–400°C, occorre riscaldare i fumi di combustione depolverati, prima di alimentarli all’abbattitore SCR. Ciò comporta, evidentemente, un ulteriore incremento dei consumi energetici del processo di depurazione.

Tutti questi inconvenienti hanno sinora impedito l’applicazione di una tecnica promettente come la low dust-SCR nel settore della depurazione dei fumi di combustione provenienti dagli impianti di produzione di clinker.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di superare gli inconvenienti evidenziati dallo stato della tecnica.

E’ pertanto un primo oggetto della presente invenzione un processo per depurare una corrente di fumi di combustione proveniente da un impianto di produzione di clinker comprendente le seguenti fasi operative:

a) depolverare ad una temperatura compresa tra 250 e 400°C una corrente di fumi di combustione uscente da un preriscaldatore a sospensione con formazione di una corrente di fumi di combustione depolverata;

b) eseguire su detta corrente di fumi di combustione depolverata un trattamento di riduzione catalitica selettiva degli NOxcon un agente riducente, con formazione di una corrente di fumi di combustione depurata.

È un secondo oggetto della presente invenzione un apparato per realizzare un processo di depurazione di una corrente di fumi di combustione proveniente da un impianto di produzione di clinker comprendente:

i) mezzi per depolverare ad una temperatura compresa tra 300 e 400°C una corrente di fumi di combustione uscente da un preriscaldatore a sospensione con formazione di una corrente di fumi di combustione depolverata;

ii) mezzi per eseguire un trattamento di riduzione catalitica selettiva degli NOxcon un agente riducente su una corrente di fumi di combustione depolverata con formazione di una corrente di fumi di combustione depurata, detti mezzi per eseguire detto trattamento essendo connessi ai mezzi per depolverare da cui ricevono una corrente di fumi di combustione depolverata.

Ai fini della presente invenzione con il termine “fumi di combustione†si intende la corrente gassosa utilizzata all’interno di un preriscaldatore a sospensione per preriscaldare la farina cruda, detta corrente gassosa comprendendo i fumi di combustione uscenti da un forno di cottura del clinker e, eventualmente, i fumi di combustione uscenti da un precalcinatore, se presente.

Una forma di realizzazione preferita del processo e dell’apparato secondo la presente invenzione à ̈ rappresentata schematicamente nell’allegata Figura 2.

Anche in figura 2 le linee a tratto pieno indicano i flussi di materiale solido, le linee tratteggiate i flussi di correnti gassose, mentre i numeri romani indicano i cicloni del preriscaldatore a sospensione.

Nella forma di realizzazione del processo illustrata in figura 2 una corrente di fumi di combustione 11, provenienti da un forno rotante 8, fluisce dal basso verso l’alto in un preriscaldatore a cicloni multistadio 9 sino ad un’uscita 12 posta alla sommità del preriscaldatore 9.

La farina cruda 13 di partenza à ̈ immessa nel preriscaldatore 9 attraverso un ingresso 18 posto tra il primo (I) ciclone e il secondo (II) ciclone. Nel preriscaldatore 9 la farina cruda 13 si miscela con i fumi di combustione 11 rimanendo in sospensione nella fase gassosa e, contemporaneamente, riscaldandosi. La farina cruda 13 percorre il preriscaldatore 9 dall’alto verso il basso, in direzione opposta rispetto al flusso ascendente della corrente di fumi di combustione 11. Al termine del preriscaldamento, la farina cruda preriscaldata 14, che si trova ad una temperatura di circa 950°C, à ̈ scaricata dal fondo del preriscaldatore 9 nel forno rotante 8 dove à ̈ sottoposta alla successiva reazione di clinkerizzazione.

La corrente di fumi di combustione 11 uscente dall’uscita 12 del preriscaldatore 9 à ̈ alimentata alla fase a) del processo secondo la presente invenzione. Nella fase a) la corrente 11 à ̈ sottoposta a depolverazione ad una temperatura compresa tra 250 e 400°C, preferibilmente tra 270 e 360°C. Questi intervalli di temperatura sono quelli generalmente riscontrati per una corrente di fumi di combustione uscente dalla testa di un preriscaldatore a sospensione a 4-6 stadi di cicloni.

Nella forma di realizzazione illustrata in figura 2 la depolverazione della corrente di fumi di combustione 11 uscente dal preriscaldatore 9 à ̈ realizzata con la tecnica della precipitazione elettrostatica. A tal fine l’apparato secondo la presente invenzione comprende un elettrofiltro 10. L’elettrofiltro 10 permette di depolverare la corrente di fumi di combustione 11 ad elevata temperatura (250-400°C), evitando così le operazioni di raffreddamento della corrente gassosa che sono, invece, indispensabili nel caso della filtrazione su filtri a tessuto.

Ai fini della presente invenzione, in sostituzione della precipitazione elettrostatica, Ã ̈ possibile utilizzare qualunque altra tecnica di filtrazione che sia idonea a depolverare i fumi di combustione uscenti dal preriscaldatore alle medesime temperature di esercizio di un elettrofiltro.

Nella fase a) del processo secondo la presente invenzione si formano una corrente di fumi di combustione depolverata 15 ed un residuo di polveri 16 comprendente essenzialmente farina cruda parzialmente preriscaldata. La farina cruda così recuperata può essere riciclata all’interno del processo di produzione di clinker, ad esempio, immettendola nuovamente nel preriscaldatore 9 attraverso l’ingresso 18.

Indipendentemente dai mezzi utilizzati per realizzare la fase a), la depolverazione della corrente di fumi di combustione 11 nella fase a) riduce la concentrazione di polveri nella corrente di fumi di combustione depolverata 15 ad un valore inferiore a 15 g/Nm<3>, più preferibilmente inferiore a 10 g/Nm<3>, ancor più preferibilmente inferiore a 5 g/Nm<3>.

Nella successiva fase b) del processo secondo la presente invenzione sulla corrente di fumi di combustione depolverata 15 à ̈ eseguito un trattamento di riduzione catalitica selettiva (SCR) per mezzo di agenti riducenti (ad esempio, ammoniaca). Il trattamento SCR può essere realizzato mediante un apposito dispositivo di riduzione catalitica selettiva (dispositivo SCR 20 in Figura 2), secondo le modalità note dallo stato della tecnica. L’agente riducente può essere alimentato nella corrente gassosa all’interno del dispositivo SCR. Alternativamente, come agente riducente può essere utilizzata anche l’ammoniaca eventualmente presente nelle stessa corrente di fumi di combustione sottoposta al trattamento SCR. Questa ammoniaca deriva dal trattamento termico delle materie prime alimentate al preriscaldatore ed à ̈ trasportata dai fumi di combustione attraverso l’elettrofiltro sino al catalizzatore del dispositivo SCR. Se la quantità di ammoniaca derivante dalle materie prime non à ̈ sufficiente, à ̈ possibile alimentare nella corrente gassosa una quantità aggiuntiva di ammoniaca o altro agente riducente.

Nel corso del trattamento SCR della fase b), gli NOxsono convertiti in N2e vapore acqueo.

Dall’abbattitore 20 al termine della fase b) esce, quindi, una corrente di fumi di combustione depurata 17, sostanzialmente priva di polveri e di NOx.

In una forma di realizzazione preferita, il processo secondo la presente invenzione comprende, inoltre, un’ulteriore fase c) consistente nel sottoporre la corrente di fumi di combustione depurata 17 uscente dall’abbattitore SCR 20 ad uno o più trattamenti di rimozione di ulteriori inquinanti e/o ad un recupero del calore.

A tal fine l’apparato oggetto della presente invenzione prevede la presenza di opportuni mezzi di trattamento di depurazione degli inquinanti e/o mezzi di recupero del calore.

Un primo trattamento di depurazione cui à ̈ possibile sottoporre la corrente di fumi di combustione depurata 17 à ̈ un processo di abbattimento degli ossidi di zolfo (desolforazione), in particolare di abbattimento della SO2. Preferibilmente, questo processo prevede l’iniezione di composti a base di ossidi e/o idrossidi di calcio nella corrente di fumi di combustione depurati 17, mediante un opportuno dispositivo di iniezione. Il suddetto processo di desolforazione (non mostrato in Figura 2) può essere realizzato indifferentemente prima o dopo avere sottoposto la corrente di fumi di combustione depurata 17 ad una fase di recupero del calore.

Per recuperare il calore della corrente di fumi di combustione uscente dall’abbattitore SCR 20, la corrente 17 può essere alimentata ad altre fasi del processo di produzione del clinker o, più in generale, ad altre fasi del processo di produzione del cemento (ad esempio, nella macinazione ed essiccamento delle materie prime oppure come aria di combustione nel forno rotante e/o nel precalcinatore).

In alternativa, il calore residuo dei fumi di combustione depurati 17 può essere recuperato utilizzando opportuni mezzi di recupero del calore. A tal fine, l’apparato secondo la presente invenzione può comprendere, ad esempio, uno scambiatore di calore di tipo aria/aria, aria/olio diatermico, aria/acqua-vapore oppure una torre di condizionamento ad acqua (torre di condizionamento 18 in Figura 2).

Il processo secondo la presente invenzione à ̈ applicabile anche in impianti di produzione di clinker dotati di precalcinatore. In tal caso, i fumi di combustione del forno rotante sono alimentati al precalcinatore e da esso, insieme con i fumi di combustione del precalcinatore, al preriscldatore a sospensione 9.

Il processo e l’apparato secondo la presente invenzione sono applicabili sia ad impianti di produzione di clinker esistenti sia a nuovi impianti.

Il processo secondo la presente invenzione ed il relativo apparato presentano diversi vantaggi rispetto ai processi e agli apparati noti dallo stato della tecnica.

Innanzitutto, il processo secondo la presente invenzione consente di applicare in modo efficace la tecnica low dust-SCR per la depurazione dei fumi di combustione di un processo di produzione del clinker, evitando gli inconvenienti evidenziati dallo stato della tecnica.

L’impianto e il processo secondo la presente invenzione, operando la depolverazione ad alta temperatura dei fumi di combustione uscenti dal preriscaldatore, consentono di sottoporre al successivo trattamento di depurazione degli NOxe, eventualmente di altri inquinanti, un effluente gassoso privo di polveri con una serie di importanti vantaggi.

Il ridotto contenuto di polveri nei fumi di combustione sottoposti al trattamento di riduzione selettiva catalitica degli NOxpermette di:

- ottenere elevate efficienze di abbattimento degli NOx, migliorando al contempo l’affidabilità e la continuità di funzionamento dell’abbattitore SCR;

- diminuire gli interventi di manutenzione del sistema SCR per intasamento del catalizzatore, avvelenamento, ecc.;

- ridurre il verificarsi di perdite di carico della corrente di fumi di combustione che attraversa il catalizzatore e, quindi, dei consumi energetici legati alla sua movimentazione;

- ridurre notevolmente i consumi di aria compressa necessaria alla pulizia del catalizzatore;

- allungare la vita utile del catalizzatore a seguito della ridotta azione abrasiva delle polveri;

- utilizzare un catalizzatore di dimensioni contenute, con conseguente diminuzione dell’ingombro e dei costi del sistema SCR;

- ridurre sostanzialmente i tipici problemi di sporcamento degli scambiatori di calore, nel caso in cui si utilizzino questi dispositivi per il recupero dell’energia termica residua dei fumi di combustione uscenti dal trattamento SCR.

Inoltre, nel caso si utilizzino combustibili alternativi nel processo di produzione del clinker, l’elettrofiltro garantisce l’abbattimento delle eventuali ceneri prodotte (tipicamente contenenti fosfati) che possono causare l’avvelenamento del catalizzatore. Un ulteriore vantaggio della presente invenzione à ̈, quindi, quello di rendere compatibile l’impiego della tecnologia SCR con l’utilizzo di qualsiasi tipologia di combustibili alternativi.

Il seguente esempio di realizzazione à ̈ fornito a mero scopo illustrativo della presente invenzione e non deve essere inteso in senso limitativo dell’ambito di protezione definito dalle accluse rivendicazioni.

ESEMPIO 1

È stato sperimentato un apparato secondo la presente invenzione comprendente un preriscaldatore a sospensione a 4 stadi di cicloni, un elettrofiltro ed un sistema di abbattimento degli NOx.

Una corrente di fumi di combustione proveniente da un preriscaldatore a sospensione ed avente una temperatura di 350°C ed una concentrazione di polveri di circa 70 g/Nm<3>à ̈ stata sottoposta a depolverazione in un elettrofiltro operante alla medesima temperatura. La corrente di fumi di combustione depolverata all’uscita dell’elettrofiltro aveva una concentrazione di polveri di circa 5 g/Nm<3>.

I fumi di combustione depolverati uscenti dall’elettrofiltro sono stati sottoposti ad un trattamento di riduzione catalitica selettiva in un dispositivo SCR. La riduzione catalitica selettiva à ̈ stata condotta ad una temperatura di circa 320°C, in presenza di NH3come agente riducente (100-150 mg/Nm<3>, valore riferito ai fumi anidri e al 10% in volume di O2). L’ammoniaca era presente nei fumi di combustione, in quanto derivante dalle materie prime.

I fumi di combustione depolverati uscenti dall’elettrofiltro ed alimentati al dispositivo SCR avevano una concentrazione di polveri (farina) di circa 5 g/Nm<3>ed una temperatura di circa 350°C. Nei fumi di combustione era inoltre presente un’elevata concentrazione di SO2(100-200 mg/Nm<3>, valore riferito ai fumi anidri e al 10% in volume di O2).

Nella sperimentazione sono stati valutati l’efficienza di abbattimento degli NOx, il consumo di energia elettrica per la pulizia con aria compressa del catalizzatore, le perdite di carico causate dall’intasamento del catalizzatore, la durata del catalizzatore, il verificarsi di problemi di marcia del forno rotante.

I risultati ottenuti nella sperimentazione del suddetto apparato (indicato in tabella 1 come “Apparato presente invenzione†) sono riportati nella successiva tabella 1 insieme con i dati relativi ad un trattamento SCR di fumi di combustione provenienti da un impianto di produzione di clinker di tipo convenzionale (indicato in tabella 1 come “Apparato convenzionale†). Nell’apparato convenzionale i fumi di combustione sottoposti a trattamento SCR provenivano da un preriscaldatore a sospensione a 5 stadi di cicloni ed avevano una temperatura di circa 310°C. La concentrazione delle polveri nei fumi trattati nel sistema SCR era superiore a 70 g/Nm<3>. Nei fumi di combustione dell’apparato convenzionale erano inoltre presenti modeste concentrazioni di NH3e SO2derivanti dalla materie prime. Dell’ulteriore NH3à ̈ stata quindi aggiunta alla corrente gassosa trattata per condurre il processo SCR in condizioni il più possibile prossime a quelle dell’apparato secondo la presente invenzione.

Tabella 1

Parametro Unità Apparato Apparato presente convenzionale invenzione

Temperatura °C 320 310 Efficienza % 99 >90 abbattimento

NOx

Sistema di kWh/tclinker0,2 2

pulizia (discontinuo) (continuo) Vita del --- >5 anni 3-5 anni catalizzatore

Interruzioni --- Nessuna Frequenti della marcia

del forno

rotante

Perdite di --- Come da Progressivamente carico progetto crescenti a causa dell’intasamento del letto catalitico

I risultati della tabella 1 dimostrano come l’apparato ed il processo oggetto della presente invenzione permettono di migliorare anche l’efficacia del sistema di trattamento SCR rispetto ad un analogo trattamento inserito in un impianto di produzione di clinker convenzionale.

I risultati mostrano, inoltre, come l’apparato della presente invenzione sia caratterizzato da un’eccellente regolarità di funzionamento e dai bassi consumi energetici associati alla pulizia del catalizzatore.

È, infine, rilevante il fatto che à ̈ sufficiente una modesta depolverazione dei fumi di combustione per mezzo dell’elettrofiltro (sino a concentrazioni dell’ordine del grammo) per ottenere un notevole incremento di efficienza del dispositivo SCR.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1) Processo per depurare una corrente di fumi di combustione provenienti da un impianto di produzione di clinker comprendente le seguenti fasi operative: a) depolverare ad una temperatura compresa tra 250 e 400°C una corrente di fumi di combustione uscente da un preriscaldatore a sospensione con formazione di una corrente di fumi di combustione depolverata; b) eseguire su detta corrente di fumi di combustione depolverata un trattamento di riduzione catalitica selettiva degli NOxcon un agente riducente, con formazione di una corrente di fumi di combustione depurata.
2. 2) Processo secondo la rivendicazione 1 in cui la fase a) à ̈ condotta ad una temperatura compresa nell’intervallo 270-360°C.
3. 3) Processo secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui la depolverazione della fase a) riduce la concentrazione di polveri nella corrente di fumi di combustione depolverata ad un valore inferiore a 15 g/Nm<3>, preferibilmente inferiore a 10 g/Nm<3>, ancor più preferibilmente inferiore a 5 g/Nm<3>.
4. 4) Processo secondo la rivendicazione 1 comprendente, inoltre, la seguente fase operativa: c) sottoporre la corrente di fumi di combustione depurata ad ulteriori trattamenti di rimozione di inquinanti e/o ad un recupero del calore.
5. 5) Processo secondo la rivendicazione 4 in cui la fase c) comprende un trattamento di abbattimento degli ossidi di zolfo presenti nella corrente di fumi di combustione depurata, in particolare di SO2, preferibilmente mediante iniezione in detta corrente di fumi di combustione depurata di composti a base di ossidi e/o idrossidi di calcio.
6. 6) Processo secondo la rivendicazione 4 o 5 in cui la fase c) comprende un recupero del calore della corrente di fumi di combustione depurata per mezzo di almeno uno scambiatore di calore e/o una torre di condizionamento.
7. 7) Processo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni in cui la depolverazione della fase a) Ã ̈ realizzata mediante precipitazione elettrostatica.
8. 8) Processo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni in cui l’agente riducente nel trattamento di riduzione catalitica selettiva à ̈ ammoniaca.
9. 9) Apparato per realizzare un processo di depurazione di una corrente di fumi di combustione provenienti da un impianto di produzione di clinker comprendente: i) mezzi per depolverare ad una temperatura compresa tra 250 e 400°C una corrente di fumi di combustione uscente da un preriscaldatore a sospensione con formazione di una corrente di fumi di combustione depolverata; ii) mezzi per eseguire un trattamento di riduzione catalitica selettiva degli NOxcon un agente riducente su una corrente di fumi di combustione depolverata con formazione di una corrente di fumi di combustione depurata, detti mezzi per eseguire detto trattamento essendo connessi ai mezzi per depolverare da cui ricevono una corrente di fumi di combustione depolverata.
10. 10) Apparato secondo la rivendicazione 9 in cui i mezzi per depolverare comprendono un precipitatore elettrostatico.
11. 11) Apparato secondo la rivendicazione 9 o 10 comprendente, inoltre, mezzi per rimuovere ulteriori inquinanti da una corrente di fumi di combustione depurata e/o mezzi per recuperarne il calore.
12. 12) Apparato secondo la rivendicazione 11 in cui i mezzi per rimuovere ulteriori inquinanti da una corrente di fumi di combustione depurata comprendono un dispositivo per l’abbattimento degli ossidi di zolfo, in particolare di SO2, preferibilmente un dispositivo per l’iniezione in detti fumi di composti a base di ossidi e/o idrossidi di calcio.
13. 13) Apparato secondo la rivendicazione 10 o 11 in cui i mezzi per recuperare il calore contenuto in una corrente di fumi di combustione depurata comprendono uno scambiatore di calore e/o una torre di condizionamento.