ITMI20110319A1

ITMI20110319A1 - Dispositivo e metodo a letto fluido per l'abbattimento di polveri fini in scarichi gassosi"

Info

Publication number: ITMI20110319A1
Application number: IT000319A
Authority: IT
Inventors: Pier Paolo Costa
Original assignee: Ecir Eco Iniziativa E Realizzazio Ni S R L
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-09-02
Also published as: WO2012117359A2; WO2012117359A3

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:

“DISPOSITIVO E METODO A LETTO FLUIDO PER L’ABBATTIMENTO DI POLVERI FINI IN SCARICHI GASSOSI”

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo a letto fluido, opportunamente configurato, per la rimozione di polveri fini, in modo particolare polveri fini delle classi PM-io e PM2.5, da scarichi gassosi a valle di processi di combustione, sia di carattere industriale (ciminiere) che civico (camini). L’invenzione riguarda anche il metodo di funzionamento del dispositivo.

È noto che gli scarichi gassosi, per esempio di caldaie domestiche (in particolare quelle a carbone o a gasolio) o di inceneritori di rifiuti urbani, sono tra i principali responsabili dell’inquinamento atmosferico. Questi scarichi sono costituiti da una componente esclusivamente gassosa, di seguito definita anche come “gas portante”; e da particelle microscopiche di materiale solido o misto solido/liquido, trasportate in sospensione dal gas portante; l’insieme di queste particelle è definito "particolato".

Le frazioni di particelle di dimensioni inferiori a 10 micrometri (pm) o inferiori a 2,5 pm, definite nel settore rispettivamente con le sigle PM10e PM2.5, sono particolarmente dannose per la salute dell’uomo e degli animali per la loro capacità di rimanere a lungo sospese neN’aria, formare centri di condensazione di sostanze tossiche sospese nell’atmosfera e di essere inalate tramite la respirazione. In tal modo, queste particelle danno luogo a problemi diretti di tossicità e a condizioni di alto rischio, che comprendono, fra gli altri, il rischio di processi carcinogenici, taratogenici e mutagenici. È quindi estremamente importante riuscire ad abbattere la maggior quantità possibile di particolato dagli scarichi gassosi prima dell'immissione di questi ultimi in atmosfera.

Il problema della rimozione del particolato dagli scarichi gassosi è stato affrontato negli ultimi decenni soprattutto nei paesi più industrializzati, facendo ricorso a varie tecniche note.

Un primo metodo studiato è stato l’impiego di sistemi filtranti, sia del tipo cosiddetto “a manica”, in cui la sezione filtrante è costituita da una enorme manica di tela mantenuta gonfia dalla pressione del gas portante; sia del tipo “a filtrazione ceramica”, in cui la sezione filtrante è una parte rigida in materiale ceramico poroso. Questi sistemi presentano però alcuni problemi. In primo luogo, per poter trattenere PM10(o peggio PIV^.s), questi sistemi devono avere porosità di dimensioni estremamente ridotte; ciò causa perdite di carico considerevoli nel flusso gassoso dello scarico. Il problema peggiora col progredire della filtrazione, perché il particolato già bloccato dai filtri tende ad ostruirne le porosità, aumentando ulteriormente le perdite di carico e influenzando negativamente i processi a monte dello scarico (per esempio, peggiorando sensibilmente le caratteristiche di combustione dei bruciatori). Il problema è particolarmente grave nei filtri ceramici. I filtri “a manica” sono meno critici da questo punto di vista, ma poiché questi sono generalmente realizzati con materiali organici, spesso la loro applicazione è impossibile a causa delle elevate temperature dello scarico gassoso da trattare o per la presenza di componenti corrosivi nello scarico.

Un altro metodo per rimuovere il particolato è tramite l’impiego dei precipitatori elettrostatici, che opportunamente inseriti sul flusso gassoso, lo sottopongono a campi elettrici con valori tipicamente di 25.000 Volt o superiori; in questo modo si genera un “effetto corona” nel gas che carica elettrostaticamente il particolato consentendo la sua rimozione tramite un adeguato campo elettrico. Questi precipitatori sono molto efficaci, potendo arrivare a rimozioni di particolato dell’ordine del 90%, ma II loro costo di esercizio per grammo di particolato rimosso è estremamente elevato, e risulta proibitivo per l’uso in flussi gassosi ad alto carico di particolato (per esempio, carichi superiori a 5 g di particolato per metro cubo di scarico gassoso).

Un altro metodo ancora è tramite i sistemi di abbattimento a umido, comunemente noti con il nome inglese di “scrubbers”. Si tratta tipicamente di torri verticali nelle quali il flusso dello scarico gassoso sale dal basso verso l'alto e incontra in controflusso una pioggia di un liquido, comunemente acqua; le goccioline di liquido intrappolano il particolato e lo trasportano verso il basso della torre per gravità. Una variante di sistemi a umido è il sistema Venturi, in cui la velocità di flusso dello scarico viene aumentata facendolo passare attraverso una strozzatura e nebulizzando nel contempo un liquido (il più comune è l’acqua) che trattiene il particolato analogamente a quanto avviene negli scrubbers; questo sistema necessita però di una camera di sedimentazione del particolato, che ne limita l’applicabilità a scarichi di portata relativamente bassa. I sistemi a umido risentono poi di altri due problemi generali, cioè la necessità di impiego di elevate quantità di acqua e la produzione di fanghi reflui tossici, difficili da smaltire.

Altri sistemi si basano sul principio deH’abbattimento di polveri più o meno fini in sospensione in fluidi gassosi per impatto delle medesime contro ostacoli solidi relativamente immobili rispetto al fluido. Il fenomeno si veridica anche in natura, per esempio nel caso di accumulo di materiale eolico, sotto circostanze favorevoli, in corrispondenza di particolari ostacoli naturali, quali rocce, o anche di artefatti. Sistemi di abbattimento di polveri da scarichi gassosi basati sul principio dell'impatto sono stati studiati e riportati da diversi autori. Il libro “Separation of Particles from Air and Gases”, autore A. Ogawa, pubblicato da CRC Press (1984), descrive sistemi di abbattimento ad impatto, ma i risultati riportati sono tipicamente negativi, sia per la difficoltà pratica di generare sistemi di impatto adatti alla tipologia dello scarico e, allo stesso tempo, efficienti nell’abbattimento delle polveri fini, sia per la conseguente difficoltà di evitare che le polveri fini, una volta sedimentate, vengano nuovamente sollevate in sospensione dal fluido gassoso. Alcuni documenti brevettali descrivono sistemi non convenzionali di abbattimento del particolato, sistemi potenzialmente innovativi, che richiedono una valutazione particolare.

Il brevetto US 5,198,002 descrive un sistema meccanico di filtraggio di un flusso gassoso contaminato da materiale solido fine trasportato in sospensione. Il sistema descritto è basato su un filtro che si forma "in loco” all’interno di un apposito recipiente contenente un letto fluidizzabile di materiale granulare di dimensioni relativamente grandi rispetto al materiale trasportato (polvere fina) in sospensione nel flusso gassoso. Il filtro, che è all’interno del contenitore, è costituito da un dispositivo composito, formato da un supporto rigido (tubo), che comunica, da una estremità, con l’esterno del contenitore. Il tubo è opportunamente perforato e coperto da una membrana porosa, sulla quale si forma uno strato di materiale granulare del letto fluido. L’azione filtrante sulla polvere fina è operata da questo strato di materiale granulare, mantenuto in posizione sopra gli altri componenti filtranti del dispositivo (la membrana porosa e il tubo di supporto perforato) dalla caduta di pressione che awiene attraverso il filtro stesso. Il materiale trasportato (polvere fina), separato per filtrazione dal flusso gassoso, rimane nello strato filtrante, da dove deve essere rimosso. Nel sistema descritto, l’operazione di pulitura del filtro adottata è costituita dall’interruzione temporanea del flusso gassoso, che provoca il distacco del materiale granulare dalla membrana porosa e la sua ricaduta nel contenitore del letto fluido. Lo strato si riforma prontamente con la riattivazione della pressione del flusso gassoso. L’elemento attivo del sistema di US 5.198.002 è quindi uno strato filtrante reversibile, composto in loco da materiale granulare di appropriata granulometria. Pur rappresentando un miglioramento rispetto a sistemi a filtro precedentemente noti, il sistema di US 5.198.002 è comunque basato sull'azione di un filtro, con tutti i pregi e i difetti intrinseci di questi dispositivi, in questo caso la necessità dell’interruzione operativa del sistema per la rigenerazione del filtro. Il letto fluido non contribuisce direttamente alla separazione del particolato dal gas portante, il suo ruolo essendo solo quello di fornire periodicamente parte del suo materiale granulare per formare il filtro. Il processo e le apparecchiature descritte in US 5.198.002 rappresentano un allargamento delle potenzialità tecnologiche per la decontaminazione di flussi gassosi da polveri fini, tossiche, eventualmente radioattive, utilizzabili in applicazioni speciali, che ne giustifichino i costi e il tipo di prestazione a interruzioni programmate e frequenti, ma nel caso di applicazioni comuni, quali l'abbattimento di polveri fini da tipiche ciminiere e camini, non appare, al momento, poter competere con le soluzioni presenti nell’arte nota.

La domanda di brevetto Giapponese JP 2001-259329 descrive un metodo di raccolta di polvere trasportata da un flusso gassoso basato sull’uso di un letto fluido disegnato al proposito. Nel documento viene definito il meccanismo di pulitura del flusso gassoso generato da gasificazione di carbone impiegato come combustibile di turbine. Il meccanismo di rimozione di particolato dal gas impiega materiale granulare (disposto in un contenitore relativamente ampio) di dimensioni preferibilmente tra 200 e 1000 micrometri e preferibilmente monodisperso, che viene attivato a effettivo letto fluido dal flusso gassoso stesso. Il particolato presente nel flusso gassoso viene trattenuto sulla superficie del materiale granulare per adesione; detto materiale granulare viene gradualmente saturato dal particolato. Per consentire un funzionamento continuo del sistema, la domanda di brevetto insegna la rimozione periodica di una frazione costante di materiale granulare contaminato (usato) dal letto fluido e il suo rimpiazzo con un’uguale quantità di materiale granulare fresco, attraverso appositi canali. Il metodo illustrato in questa domanda di brevetto rappresenta un notevole progresso sull’arte nota della pulitura da polveri fini di flussi gassosi ad alta temperatura, per esempio da 400 a 1000 °C, che quindi ne giustifica l’applicazione. Nel caso di applicazioni più generali, per esempio per l’abbattimento di polveri fini da camini e ciminiere, in cui i gas hanno tipicamente temperature tra 50 e 250 °C, il sistema di JP 2001-259329 non è conveniente per il costo e l’ingombro dell’equipaggiamento, e per il costo del rinnovo continuo del materiale granulare del letto fluido, che implica, oltre a un notevole consumo dello stesso, un suo uso non-ottimale, perché il materiale viene prelevato statisticamente e scaricato dal letto fluido quando è ancora efficientemente operativo.

Il brevetto US 2.548.875 descrive un metodo di impiego di un letto fluido in reazioni solido/gas, nelle quali il componente solido è tipicamente un catalizzatore, e rappresenta un miglioramento rispetto ad analoghi sistemi precedenti che necessitavano di sistemi di separazione finale e recupero del solido in sospensione, costituito in genere dal catalizzatore nella sua morfologia più fina. Secondo questo brevetto, viene usata una superficie filtrante relativamente ampia, generalmente una membrana filtrante ceramica o preferibilmente metallica, per buona parte immersa nella zona del letto fluido in cui questo ha densità maggiore. La membrana è mantenuta relativamente libera da stratificazioni solide dall’azione meccanica del letto-fluido stesso attraverso la collisione del materiale particolato di dimensioni maggiori; il materiale rimosso in continuo dalla membrana rientra nel letto fluido; vista la particolare applicazione, non è prevista nessuna rimozione di particolato fine dal sistema. L’invenzione descritta in questo brevetto combina quindi un filtro di tipo tradizionale ad un sistema a letto fluido, e consente che il letto fluido rimanga in condizioni di equilibrio dinamico, cioè che non perda materiale. Questo sistema è però limitato a questo tipo di applicazioni, in cui il gas originale non trasporta un particolato in sospensione: l’unico particolato in sospensione è costituito dal componente più fino del letto fluido medesimo. In sistemi in cui il gas trasporta un particolato (come capita nei fumi di combustione), questo sistema non è applicabile perché verrebbe velocemente intasato dallaccumulo di materiale.

Nessuno dei sistemi noti e valutati finora si è dimostrato realmente efficace in pratica per la rimozione di particolato da scarichi gassosi, in particolare in presenza di polveri fini e di elevati carichi di particolato.

Scopo della presente invenzione è di fornire un dispositivo ed un metodo per l’abbattimento di particolato da scarichi gassosi in grado di funzionare efficacemente, ed ad un costo compatibile con l’applicazione, nelle comuni condizioni che si realizzano negli scarichi gassosi di tipo industriale o civile.

Questo scopo viene ottenuto con la presente invenzione, che in un suo primo aspetto riguarda un dispositivo a letto fluido per l’abbattimento di particolato di ogni tipo da scarichi gassosi, anche ad alti carichi di particolato, che comprende:

una camera di contenimento del letto fluido, collegata nella sua parte inferiore alla conduttura di arrivo del gas di scarico da trattare e nella sua parte superiore ad una apertura o conduttura di uscita del gas purificato, detta camera fornita di fori laterali idonei a scaricare all’esterno il particolato abbattuto e avente una sezione di ampiezza superiore a quella della conduttura di arrivo del gas di scarico da trattare;

a monte di detti fori laterali nella direzione del flusso dello scarico gassoso, un supporto poroso o microperforato per il materiale che costituisce il letto fluido, i cui i pori o microfori hanno dimensioni superiori a quelle delle particelle del particolato presente nel gas di scarico ma inferiori a quelle del materiale granulare del letto fluido; e

un materiale per la formazione del letto fluido;

caratterizzato dal fatto che il materiale per la formazione del letto fluido è costituito da granuli di forma essenzialmente sferica di un aerogelo realizzato con ossido di silicio e/o germanio o con ossidi misti a base di ossidi di silicio o germanio.

L’invenzione verrà illustrata con riferimento alle Figure, in cui:

la Fig. 1 rappresenta, in una vista schematica in sezione, il contenitore in cui sono alloggiati gli elementi attivi del dispositivo dell’invenzione;

la Fig. 2 rappresenta in una vista dall’alto il supporto per il materiale del letto fluido;

la Fig. 3 rappresenta schematicamente il materiale del letto fluido;

la Fig. 4 rappresenta, in una vista analoga a quella della Fig. 1 , un dispositivo dell’invenzione assemblato in una sua prima forma di realizzazione;

la Fig. 5 rappresenta, in una vista analoga a quella della Fig. 1 , un dispositivo dell’invenzione in una sua seconda forma di realizzazione;

la Fig. 6 rappresenta un elemento di ritenzione per il materiale del letto fluido, in una vista dall’alto e in una vista laterale;

la Fig. 7 rappresenta, in una vista analoga a quella della Fig. 1, un dispositivo dell’invenzione in una sua terza forma di realizzazione;

la Fig. 8 rappresenta un dispositivo dell’invenzione in un’ulteriore forma di realizzazione;

la Fig. 9 rappresenta schematicamente un sistema di misura per valutare il costo in termini di perdita di carico dei risultati di abbattimento di particolato ottenuti dal dispositivo dell’invenzione;

la Fig. 10 rappresenta schematicamente, in una vista analoga a quella della Fig. 1 , una realizzazione particolarmente semplice dell’invenzione.

Nel resto del testo, con il termine “dispositivo” si intenderà l’elemento innovativo dell’invenzione, costituito dal supporto del letto fluido, dalla parte a sezione allargata immediatamente a monte di questo supporto e dalle parti immediatamente a valle dello stesso, prima dell’eventuale raccordo con altre condotte di scarico del gas purificato, oltre naturalmente al materiale che forma il letto fluido; con il termine “sistema” si intenderà invece un assemblato di parti comprendente il dispositivo ed altri elementi, come le tubature che portano il gas al dispositivo e a valle di questo.

La Figura 1 mostra schematicamente, in sezione verticale, una possibile camera di contenimento del letto fluido, in una sua versione base. Le frecce verticali indicano la direzione di movimento del gas nella camera. La camera, 10, ha geometria generalmente cilindrica e comprende una conduttura, 11, di entrata del portante gassoso originale; questa conduttura avrà generalmente sezione cilindrica e un diametro appropriato al raccordo con una condotta di scarico in arrivo dall’apparato che genera lo scarico gassoso. Nella zona identificata con 12, alla conduttura 11 è collegata una parte, 13, avente geometria generalmente conica, che si allarga dalla zona 12 verso l’alto. La parte 13 presenta una seria di fori, 14, per lo scarico nella tramoggia 15 del particolato fine intercettato dal letto fluido; i fori 14 devono avere dimensioni inferiori a quelle del materiale granulare che forma il letto fluido. La tramoggia presenta nella sua parte più bassa un elemento, 16, per la sua chiusura ermetica, che può essere rimosso per lo scarico periodico del particolato intercettato. Nella sua parte superiore, la camera è collegata ad una tubatura, 17, di uscita del gas trattato; il collegamento può avvenire per esempio attraverso un elemento di raccordo conico, 18, tra il bordo superiore della parte cilindrica della camera 10 e la conduttura 17. La figura 1 è stata descritta con riferimento e parti cilindriche e coniche, che rappresentano la geometria preferita, ma potrebbe essere costituita da parti con sezioni di altre geometrie, per esempio la camera può essere prismatica con parti di raccordo 13 e 18 piramidali.

La Figura 2 rappresenta, in una vista dall’alto, una possibile forma di realizzazione del supporto del materiale granulare che, quando il dispositivo è operativo, forma il letto fluido. Il supporto, 20, ha un bordo rigido 21, per esempio realizzato in acciaio inossidabile, per il collegamento all’interno della parte 13 della camera di Fig. 1. Il bordo 21 sostiene la parte porosa o forata 22, rappresentata in figura come una maglia; le aperture della parte 22 (nel caso rappresentato in figura le luci della maglia) devono avere dimensioni inferiori a quelle del materiale granulare che, attivato, forma il letto fluido, per evitare che questo materiale cada verso la zona 12 della camera 10; queste dimensioni devono però essere sostanzialmente superiori a quelle delle particelle di particolato da abbattere, per evitare che la parte 22 svolga un effetto di filtro e possa dare luogo ad intasamenti e conseguenti severe perdite di carico nel sistema.

La Figura 3 è una rappresentazione schematica del materiale granulare che, in condizioni operative, forma il letto fluido. In figura il materiale granulare, 30, è mostrato in forma di sferette. La morfologia del materiale granulare preferita per l’invenzione è quella sferica, monodispersa, che è raccomandata per tutte le applicazioni più stringenti; per materiale “monodisperso’’ si intende tale che tutti i granuli hanno essenzialmente le stesse dimensioni.

La funzione del materiale 30 è di provvedere l’effetto massa per bloccare le polveri fini mediante impatto. Tale obbiettivo è assicurato dalla massa stessa del granulo, che deve essere insensibile all’urto della singola particella da abbattere: in pratica, allo scopo è sufficiente che la massa del granulo sia qualche ordine di grandezza superiore alla massa delle singole particelle del particolato da abbattere.

Il materiale granulare 30 è un aerogelo in forma particolata. Gli aerogeli possono essere costituiti da ossido di silicio, ossido di germanio, una miscela di questi due in qualunque rapporto molare tra loro, oppure da un ossido misto comprendente ossido di silicio o germanio come componente principale e fino a circa il 10% molare (rispetto alla somma dei metalli o metalloidi) di elementi tri- o tetravalenti, come per esempio alluminio o titanio.

Per ragioni di costo e semplicità produttiva, preferibilmente gli aerogeli usati nell’invenzione sono costituiti da un solo ossido, e ancor più preferibilmente sono di pura silice. Questi aerogeli ottenuti tramite la ben nota tecnica sol-gel; per una descrizione della tecnica sol-gel per la produzione di aerogeli, si rimanda al libro “Sol-gel Science: thè physics and chemistry of sol-gel processing", di C. J. Brinker e G. W. Scherer, Academic Press, 1990.

Gli inventori hanno verificato che i risultati migliori in termini di abbattimento di particolato in uno scarico gassoso si ottengono con l’uso di aerogeli prodotti impiegando come precursori esclusivamente alcossidi, come il tetrametilortosilicato o il tetraetilortosilicato (noti come TMOS o TEOS), senza aggiunta di precursori in polvere (come la polvere micrometrica di silice nota nel settore come silice colloidale, o anche come silice pirogenica o "fumed silica”). Letti fluidi formati con questi aerogeli hanno una densità apparente molto bassa, per esempio inferiore a 1/15, rispetto al materiale denso corrispondente (in questo caso vetro di silice) e mostrano una resistenza all’erosione eolica adeguata ai requisiti dell’applicazione su letto fluido secondo la presente invenzione. I granuli del materiale 30 possono avere dimensioni comprese tra 0,1 mm e 20 mm.

Il controllo delle dimensioni e della densità (quest’ultima determinata dalla composizione chimica, dall’impiego o meno di “fumed silica”, e dal grado di densificazione, come noto agli esperti del settore) dei granuli di aerogelo consente di variare la velocità di attivazione del letto fluido a seconda del tipo di particolato da abbattere, e quindi di adattare il dispositivo alle specifiche esigenze applicative, come spiegato più in dettaglio nel seguito con riferimento al metodo dell'invenzione.

Le Figure 4, 5, 7 e 8 rappresentano, in viste analoghe a quella della Figura 1, varie forme di realizzazione di un dispositivo completo per l'abbattimento del particolato secondo la presente invenzione. Queste figure esemplificano il ruolo essenziale che la geometria della camera di contenimento esercita nello scarico all'esterno del letto fluido delle polveri fini abbattute.

Il dispositivo 40, illustrato in Figura 4, è ottenuto dall'unione delle tre parti mostrate nelle Figure da 1 a 3, e costituisce una forma di realizzazione semplice del dispositivo. Nel dispositivo 40, il supporto 20 può essere appoggiato su apposite lingue o su un anello continuo, ma potrebbe anche essere sostenuto semplicemente dal restringimento di sezione della parte 13; in ogni caso il collegamento tra il supporto e la parete interna del dispositivo deve essere sicuro, per garantire la stabilità del letto fluido. La zona di contatto tra il perimetro esterno del bordo 21 del supporto e la parte 13 deve essere in un punto sufficientemente a monte, lungo la direzione del flusso, dei fori 14 per impedire al portante gassoso vie alternative all’attraversamento del letto fluido; se così non fosse, e l’insieme dei fori 14 si estendesse anche a cavallo del letto fluido, si avrebbe un possibile cammino fluido tra i fori 14 a monte e quelli a valle del letto fluido, attraverso la tramoggia 15; almeno parte del flusso di gas in entrata nel dispositivo potrebbe quindi aggirare il letto fluido per questa via, ed emergere aN’uscita del dispositivo stesso senza essere stata trattata, contenendo quindi ancora parte del particolato che si intendeva abbattere.

La Figura 5 mostra una forma di realizzazione alternativa del dispositivo dell'invenzione. Il dispositivo per l’abbattimento del particolato, 50, comprende, oltre al supporto 20, un elemento di contenimento, 60, a forma di calotta, posto superiormente al materiale granulare del letto fluido con la funzione di modificarne la distribuzione nella sua superficie superiore da piana a convessa; l’elemento 60 è mostrato più in dettaglio in Figura 6, rispettivamente in una vista dall’alto (parte superiore della figura) e di lato (parte inferiore della figura). L’elemento 60 è formato da un bordo 61, analogo e avente la stessa funzione del bordo 21 del supporto 20; al bordo 61 è fissata una parte porosa o microforata 62, che può essere una maglia metallica. Al centro della calotta è presente un foro 63 adeguato al caricamento dall’alto del materiale granulare 30; il foro 63 può essere chiuso con parte (non mostrata in figura) di diametro superiore a quello del foro e realizzata con lo stesso materiale della parte 62. Durante il funzionamento del dispositivo 50, il materiale granulare 30 si distribuisce nello spazio compreso tra il supporto 20 e l’elemento 60, che implica un percorso di attraversamento del letto fluido lungo il suo asse centrale notevolmente maggiorato rispetto alla forma di realizzazione illustrata in Figura 4. Questa configurazione porta ad un più rapido scarico all’esterno del particolato intercettato nel dispositivo in particolari condizioni, per esempio quando le dimensioni del particolato, la sua densità, o comunque la sua scorrevolezza all’interno del letto fluido fossero tali da causare il suo accumulo nelle sezioni del letto fluido meno attivate dal flusso gassoso.

La Figura 7 rappresenta, in una vista analoga a quelle precedenti, un dispositivo completo in una sua terza forma di realizzazione. Questo dispositivo, 70, è analogo a quello della Figura 4, ma differisce da quest’ultimo per la presenza di un elemento addizionale 71, realizzato con un materiale ermetico al passaggio di gas (per esempio, acciaio), che ha la duplice funzione di definire insieme alla tramoggia la geometria del letto fluido, limitandone il volume a quello vicinale alla tramoggia, e di convogliarvi tutto il portante gassoso durante le operazioni di abbattimento del particolato. A operazione finita l’elemento 71 è rimovibile per consentire la ordinaria manutenzione del dispositivo. Anche il dispositivo 70 può comprendere nella sua parte più alta un elemento di ritenzione (non mostrato in figura) analogo all’elemento 60, e di geometria tale da adattarsi alla presenza dell’elemento 71.

La Figura 8 rappresenta un dispositivo completo per l’abbattimento di particolato, di geometria non assiale e adatto in particolare in applicazioni industriali di notevoli dimensioni. Il dispositivo, 80, adotta come parete 81 su cui sono presenti i fori 82 per lo scarico del particolato intercettato, un piano inclinato collegato alla tramoggia (non mostrata in figura) per la raccolta delle polveri fini abbattute. La parete 81 è fissata ad un’altra parete, 83, che può avere la geometria di una sezione di cono o di piramide, in modo da formare, insieme alla parete 81, una camera 84 avente sezione crescente verso l’alto. Il gas portante entra nel dispositivo 80 attraverso la conduttura 85 ed è forzato ad attraversare il supporto 86, che sostiene inferiormente il materiale del letto fluido (non mostrato); il supporto 86 è di costruzione analoga al supporto 20, analogamente a questo il suo bordo esterno deve fare tenuta sicura contro la parete interna del dispositivo, e la linea di fissaggio tra detto bordo esterno e parete interna deve essere tutta a monte, lungo la direzione di flusso del gas, dei fori 82. Nella parte superiore della camera 84 è presente un elemento di ritenzione, 87, avente costruzione e funzione analoga a quelle dell’elemento 60 prima descritto; in particolare, la forma curva dell’elemento 87 determina una distribuzione del materiale del letto fluido tale da allungare appropriatamente i possibili percorsi del gas a partire dalla parete 81 alle parti della parete 83 più lontane da questa, adeguando così la lunghezza di tali percorsi al livello di attività richiesta nel letto fluido. Lo scopo di questa modulazione è che, in fase operativa, l’accumulo di polveri fini all'interno del letto fluido sarà tanto maggiore quanto più ci si avvicina alla parete 81; la resistenza del letto fluido al passaggio del gas portante sarà quindi maggiore nelle aree di accumulo delle polveri fini, cioè in prossimità della parete 81, e minore quanto maggiore è la distanza da questa. La curvatura dell’elemento 87 consente di allungare selettivamente i percorsi allontanandosi dalla parete 81, ed è un’efficace risposta alla necessità di mantenere tutto il letto ugualmente attivo. Dopo aver attraversato il letto fluido nella camera 84 e l’elemento 87, il gas portante arriva in una camera 88, raccordata in alto tramite una parte generalmente conica o piramidale, con la conduttura di uscita del gas dal dispositivo, 89.

Le dimensioni di componenti ed elementi dei dispositivi fin qui descritti sono importanti per la realizzazione del metodo di abbattimento di particolato dell’invenzione.

Una prima dimensione importante è la sezione della camera in cui viene formato il letto fluido. L’inserimento di un letto fluido in uno scarico gassoso costituisce sempre un ostacolo al flusso per il quale il dispositivo è stato originalmente programmato; nel contesto dell’invenzione, l’inconveniente è compensato con un allargamento dell’area della sezione del dispositivo, in coincidenza con il letto fluido e proporzionale alla diminuzione del flusso (misurato per esempio in m<3>/ora); per esempio, se si osserva che l'inserimento di un certo letto fluido comporta una perdita di flusso pari al 50%, per mantenere inalterato il flusso del gas portante è necessario aumentare di un fattore due l'area di sezione del dispositivo nella zona del letto fluido: con questo accorgimento la velocità lineare del gas portante sarà diminuita al 50% del valore originale, ma il valore del flusso rimane costante; più in generale, un allargamento dell’area di sezione di un fattore x, comporta per la velocità lineare del gas portante un valore di 1/x rispetto al valore iniziale. Per esempio, gii inventori hanno osservato che un dispositivo antiparticolato programmato per una data velocità di attivazione causa nello scarico gassoso di una stufa per riscaldamento civico tipicamente una riduzione del flusso a circa 1/3 del suo valore; il flusso può essere reintegrato al suo valore iniziale mediante un allargamento della sezione del dispositivo, nella zona del letto fluido, di un fattore di 3, che nel caso di una sezione circolare risulterà in un aumento di raggio pari a un fattore di 1 ,732. Con questo aumento dell’area di sezione, che nel contesto di questo documento è identificato come "compensazione”, l’inserimento del dispositivo non avrà procurato alcuna perdita di carico al sistema dello scarico gassoso, ma avrà ridotto la velocità del portante gassoso attraverso la sezione allargata a un terzo del suo valore. Questo allargamento della sezione porta anche ad un parziale raffreddamento del gas portante, con una diminuzione del numero di urti nell’unità di tempo tra le molecole di gas e le particelle del particolato, il che causa la diminuita capacità del gas portante di trascinare il particolato. Esaurita la fase di intercettazione, oltre il dispositivo antiparticolato, l’area di sezione può ritornare, senza perdita di carico, al valore originale dello scarico gassoso di prima deH’abbattimento, con conseguente reintegro della velocità al valore iniziale, come illustrato per esempio in Fig. 4.

La seconda dimensione importante è quella dei granuli di aerogelo che forma il letto fluido; questa viene determinata note la densità dello specifico materiale impiegato, e in particolare del tipo di particolato che si intende abbattere. Infatti, le dimensioni del particolato da abbattere determinano la velocità di sedimentazione dello stesso (cioè la velocità massima che può avere il portante gassoso per consentire la caduta per gravità delle particelle di particolato); questa velocità massima deve essere almeno pari alla velocità di attivazione del letto fluido, che dipende dalle dimensioni dei granuli di aerogelo, come spiegato più in dettaglio nel seguito con riferimento al metodo dell'invenzione.

Infine, le dimensioni dei granuli di aerogelo determinano le dimensioni delle aperture dei supporti 20 e 86, così come le dimensioni dei fori 14 e 82; queste dimensioni devono essere ovviamente inferiori a quelle dei granuli di aerogelo, per consentirne il contenimento nella zona del dispositivo destinata alla formazione del letto fluido; d’altra parte, queste dimensioni devono essere le massime possibili, per minimizzare le perdite di carico nel caso delle aperture dei supporti 20 e 86, e per favorire al massimo lo scarico del particolato nel caso dei fori 14 e 82.

A valle o a monte del letto fluido (sia all'interno di un dispositivo dell’invenzione, sia esteriormente ad esso), lungo la direzione di flusso dello scarico gassoso, possono essere presenti altri elementi di rimozione del particolato, anche di tipo diverso, o anche elementi di conversione di gas, per esempio setti porosi con pareti delle porosità ricoperte da un catalizzatore per la completa ossidazione di specie presenti nel gas portante, come la conversione di CO a C02,o agenti attivi per la desulfurazione e/o la dinitrificazione del portante gassoso. Allo scopo è anche possibile prevedere la funzionalizzazione chimica (per esempio con appropriati catalizzatori ed agenti chimici) del materiale dello stesso letto fluido. Tutti i materiali che costituiscono il dispositivo dell’invenzione devono ovviamente avere la caratteristica di essere inerti ai gas di scarico a tutte le possibili temperature di esercizio; per la costruzione dei diversi componenti di un dispositivo dell’invenzione si impiegano quindi preferibilmente materiali metallici, ceramici o ossidi.

In un suo secondo aspetto, l’invenzione riguarda un metodo per l’abbattimento di particolato che impiega un dispositivo prima descritto, e che comprende, nel caso di polveri fini, le operazioni di:

rallentare, tramite allargamento della sezione delia conduttura di passaggio dello scarico gassoso, la velocità lineare del portante di detto scarico gassoso ad un valore compreso tra 1/25 ed 1/10 della velocità iniziale, in modo da ridurne la differenza con la velocità di sedimentazione delle polveri fini da abbattere;

far passare il flusso di scarico gassoso così rallentato attraverso un letto fluido costituito da granuli di aerogelo di ossido di silicio e/o germanio, o di ossidi misti a base di ossido di silicio o germanio.

Per le valutazioni alla base del metodo dell’invenzione, sono importanti quattro velocità caratteristiche:

- la velocità del gas portante a monte dell’allargamento di sezione nel dispositivo in corrispondenza del letto fluido o subito prima; questa velocità verrà indicata nel resto del testo come Vi;

- la velocità del gas portante dopo tale allargamento di sezione, indicata nel resto del testo come VP;

- la velocità di sedimentazione del particolato da abbattere, cioè la velocità al di sotto della quale il particolato non viene più trasportato dal gas portante, indicata nel resto del testo come Vs;

- e la velocità minima di attivazione del letto fluido, indicata nel resto del testo come VA.

Nel dispositivo e nelle condizioni dell’invenzione, alcune di queste velocità sono legate tra loro da relazioni necessarie. In primo luogo, come descritto in precedenza, in un dispositivo dell’invenzione vale sempre la relazione Vi > VP. Inoltre, con polveri fini, è sempre VP> Vs, perché in caso contrario si ricadrebbe in abbattimento per sedimentazione, che nel caso di polveri fini implica per definizione tempi proibitivi; naturalmente, scarichi gassosi contengono sempre anche particolati di dimensioni maggiori, per i quali sarà di norma possibile che sia VP< Vs, per cui nella progettazione e nell’impiego del dispositivo dell’invenzione il valore di Vs di cui tenere conto (per soddisfare la condizione VP> Vs) è quello relativo alle frazioni più fini del particolato da abbattere. Infine, anche se sarebbe teoricamente possibile operare con VP= VA(cioè, con velocità del gas nella zona del letto fluido pari alla velocità minima di attivazione dello stesso), questa condizione risulta non applicabile in pratica per gli scopi dell’invenzione, perché con questa condizione il letto fluido risulta ancora eccessivamente compatto; di conseguenza, risulta necessario che sia VP> VA.

Si ha quindi VP> Vs, VA.

Come detto in precedenza, per l’invenzione è richiesto che la massa dei granuli di aerogelo sia di almeno qualche ordine di grandezza superiore a quella delle singole particelle del particolato. Data però la densità bassissima degli aerogeli, è possibile in alcuni casi (particolato grosso e denso), che sia Vs> VA. La condizione operativa più comune del metodo dell’invenzione è comunque quella in cui VA> Vs.

La prima operazione del metodo dell’invenzione consiste nel rallentamento della velocità lineare dello scarico gassoso da Vi a VP; questa operazione di rallentamento della velocità del portante gassoso, verrà definita nel resto del testo “condizionamento". Secondo l’invenzione, il condizionamento deve essere tale che sia 1/10 V, > VP> 1/25 V; se VPfosse pari ad una frazione troppo alta di Vi, per esempio pari ad 1/5 Vi, il rallentamento del flusso sarebbe troppo scarso e non risulterebbe utile per l’invenzione. Lo scopo del condizionamento è di minimizzare la differenza VP- Vs; con particolato del tipo PM10la differenza VP- Vsrimane tipicamente notevole anche dopo il condizionamento di VP; è però importante prendere atto che il sistema di abbattimento può operare correttamente anche in condizioni VPuguale a 50 volte Vs; minore è la differenza VP- Vs, minore sarà l’estensione in spessore del letto fluido necessario per lo scarico all’esterno del particolato che si vuole abbattere. La velocità VPdeve comunque essere superiore alla velocità di attivazione del letto fluido, che altrimenti agirebbe come un normale filtro statico, con tutte le perdite di carico inerenti ai filtri e con il problema della sedimentazione delle polveri all’interno del filtro stesso; questa velocità, inoltre, non deve essere talmente elevata da causare il trasporto dei granuli di aerogelo (situazione nota nel settore come "trasporto pneumatico”) e quindi la distruzione del letto fluido; di norma, comunque, nelle condizioni operative del metodo a cui è rivolta la presente invenzione, le velocità di flusso del portante gassoso nella zona del letto fluido sono significativamente inferiori a quelle che causano il trasporto pneumatico.

Per particolati di dimensioni relativamente elevate (oppure per le frazioni di dimensioni maggiori di un particolato ad ampia distribuzione granulometrica), che abbiano valori di Vssuperiori a circa 5 cm/s, è di norma relativamente semplice produrre un aerogelo in forma di granuli che dia luogo ad un letto fluido con un valore di VA< Vs. In questo caso, è sufficiente rallentare il flusso dello scarico gassoso nella zona del letto fluido o subito prima ad un valore VPdi poco superiore a Vs; il fatto che VPsia solo di poco superiore a Vs facilita il blocco del particolato, ed evita che si arrivi a condizioni di trasporto pneumatico del letto fluido. In queste condizioni, si riesce a consentire lo scarico del particolato di dimensioni maggiori direttamente dal fondo del letto fluido, attraverso le maglie della rete di supporto, in controcorrente al flusso del portante gassoso; le particelle di particolato di dimensioni più piccole vengono invece scaricate attraverso i fori laterali della camera di contenimento del letto fluido, verso la tramoggia.

La condizione di lavoro più caratteristica dei dispositivi e del metodo dell'invenzione è però quella in cui VA> Vs. Ciò vuol dire che, per arrivare ad attivare il letto fluido, bisogna condizionare la velocità del portante di gas ad un valore che rimanga superiore a VA.

Con particolati di tipo PM10 e PM2.5, si ha tipicamente che la velocità di sedimentazione è molto inferiore a 5 cm/s ed è anche sostanzialmente inferiore alla velocità di attivazione di un letto fluido realizzabile su scala industriale. In queste condizioni sembrerebbe quindi impossibile, a priori, raggiungere una condizione di velocità dello scarico gassoso (da ottenere sempre attraverso allargamento della sezione della condutture, come detto sopra) tale da consentire l’abbattimento del particolato.

Gli inventori hanno invece osservato che, sorprendentemente, con i sistemi della presente invenzione è possibile abbattere particolato operando con valori di VPsostanzialmente maggiori di Vs, per esempio con valori di VPuguali a 50 volte Vs. La caratteristica più innovativa del metodo dell’invenzione è che l’abbattimento del particolato è operativo anche a velocità del portante gassoso nella zona del letto fluido, Vp, significativamente superiori alla velocità di sedimentazione del particolato, Vs. Questo risultato, apparentemente paradossale, è reso possibile dalle caratteristiche peculiari del dispositivo dell’invenzione. Una possibile spiegazione può essere basata sulle proprietà dell’aerogelo che è un materiale a bassissima densità, che quindi consente di produrre letti fluidi con velocità di attivazione estremamente basse (rispetto a letti fluidi prodotti con materiali convenzionali); la leggerezza dei granuli di aerogelo può essere controllata in sede di produzione degli stessi, come descritto sopra. Operando con valori massimi di VPche siano compresi tra 1/25 e 1/10 di Vi, si ottiene la progressiva riduzione della velocità delle particelle di particolato all’interno del letto fluido, a causa degli urti tra queste e i granuli di aerogelo, fino ad avere velocità istantanee nette (nella direzione del flusso), pari a zero. Un’altra possibile spiegazione potrebbe essere che sotto queste condizioni una geometria a flusso non-verticale del portante gassoso (" flusso inclinato”), consegua risultati inaspettati: per esempio di avvicinare sistematicamente il particolato abbattuto, polvere fina inclusa, ai fori laterali del contenitore del letto fluido per lo scarico esterno in tramoggia.

Poiché il valore di VPdeve soddisfare anche la condizione VP> VA, nel caso di polveri fini il materiale granulare 30 deve essere scelto per consentire il valore di VApiù basso possibile. VPnon deve però essere eccessivamente superiore a VA, per mantenere la differenza VP- Vs praticamente al minimo, perché, come vedremo in ciò che segue, il costo dello scarico all’esterno del letto fluido del particolato abbattuto è proporzionale alla differenza fra queste due velocità. Gli inventori hanno osservato sperimentalmente come nell’abbattimento di polveri fini da scarichi gassosi lo scarico esterno della polvere abbattuta avvenga in funzione dello spessore del letto fluido: più è grande la differenza VP- Vs, tanto maggiore deve essere lo spessore del letto fluido, con le conseguenti implicazioni su costi e su disponibilità dimensionale. Gli inventori hanno osservato che uno spessore di letto fluido uguale a 4 mm (a riposo), del tipo descritto nella presente invenzione è sufficiente ad abbattere particolato tipo PM10in sospensione. Per scaricare all'esterno, nell’apposita tramoggia, il medesimo particolato, attraverso gli appositi fori laterali, è necessario uno spessore di letto fluido di circa 100 mm (a riposo). Nella pratica, una volta stabilita sulla base del particolato da abbattere il valore di VPa cui operare (che per ragioni di dimensioni e di costi difficilmente può superare per più di un paio di ordini di grandezza quella del Vs), è possibile determinare, tramite formule di calcolo note e/o con poche prove orientative, le caratteristiche di un aerogelo granulare in grado di formare un letto fluido in quelle condizioni. Per esempio, gli inventori hanno osservato sperimentalmente che è possibile abbattere efficacemente un particolato di tipo PIV^.s (Aerosil OX 50 Degussa, la cui distribuzione granulometrica presenta il valore massimo per un diametro di 0,28 micrometri), che ha una velocità di sedimentazione teorica inferiore a 0,1 cm/s, con una velocità lineare di gas portante pari a 2,5 cm/s, che è in grado di attivare un letto di granuli di aerogelo di sola silice di densità 0,2 g/cm<3>e diametro 0,1 mm, ottenuti a partire da soli aicossidi di silicio; questo letto fluido può essere sostenuto da un supporto di tipo 20 in cui la parte 22 è una rete metallica le cui "luci" hanno dimensioni comprese tra 0,07 e 0,08 mm, che fanno sì che il supporto 20 non contribuisca significativamente a perdite di carico nel dispositivo.

In tutti i casi critici (particolati tipo PM10 o più fini), per la messa in pratica del metodo dell'Invenzione è essenziale l’effetto caratteristico del flusso non-verticale del portante gassoso particolarmente attivo in abbattitori con geometria a flusso inclinato come quello descritto con riferimento alle Figure 7 e 8. Gli inventori hanno osservato che questa particolare geometria di letto fluido, a “flusso inclinato’’, consente un ulteriore miglioramento delle caratteristiche del dispositivo. E’ possibile che la cinetica del particolato in sospensione dipenda dal bilancio dell’effetto di trasporto del gas portante e dalla caduta verticale dovuta alla gravità; il trasporto avrebbe una componente verticale ed una laterale, mentre la gravità ha sempre solo una componente verticale. Se le condizioni all'interno del letto fluido non sono quelle di flusso verticale, ma di flusso inclinato, la componente verticale del trasporto diminuirebbe di intensità fino a non bilanciare efficacemente la gravità; con un opportuno disegno del contenitore del letto fluido la risultante avvicinerebbe le particelle in sospensione ai fori della tramoggia posizionata sulla parete inclinata del dispositivo rivolta verso il basso. Si verificherebbe così un movimento netto delle particelle in senso essenzialmente trasversale rispetto alla direzione di flusso del portante gassoso, che porterebbe in conclusione le particelle a cadere dai fori di comunicazione del letto fluido con le tramogge di raccolta del particolato.

L’invenzione verrà ulteriormente illustrata con alcuni esempi ottenuti su un modello particolarmente semplice del dispositivo come illustrato in Fig. 10. Esso comprende: una parte ad imbuto, 110, a cui è collegata una tubatura 120 in arrivo dallo scarico gassoso; la parte 110 realizza la condizione di rallentamento della velocità di flusso dello scarico a causa dell’aumento di sezione. L’estremità a sezione più larga della parte 110 continua con una parte cilindrica 130, avente una sezione costante, con un’apertura 140 all’estremità opposta alla parte 110, che consente la scarico in aria del gas portante dopo che questo è stato depurato dal particolato. Nella zona di raccordo tra la parte 110 e la parete 130 è presente un supporto 150, ad elevata porosità, e su questo viene formato il letto fluido 160 con materiale granulare, 170. Il supporto 150 è appoggiato su un anello continuo, in modo tale che il collegamento tra il supporto e la parete interna del dispositivo assicuri un sostegno stabile al letto fluido. Inoltre, il supporto 150 è tenuto saldamente contro detto anello (da viti non mostrate in figura), per assicurare che il gas, per poter essere scaricato all’esterno, sia costretto ad attraversare il letto fluido.

Il dispositivo della Fig. 10 è realizzato in scala e con materiali di laboratorio, e non comprende le aperture di scarico del particolato verso una tramoggia esterna nel livello del letto fluido; questo dispositivo è comunque sufficiente a dimostrare l'effetto di abbattimento del particolato, che nelle prove viene osservato formare depositi nella zona a imbuto immediatamente a monte del supporto del letto fluido.

ESEMPIO 1

Questa prova è diretta a valutare la perdita di carico prodotta sul sistema dal dispositivo a letto fluido dell’invenzione.

Si predispone un sistema di alimentazione gassosa a flusso controllato come mostrato in figura 9. Il sistema, 90, è composto da una linea 91 di ingresso di un gas (es., azoto) in pressione; un riduttore di pressione 92 tarato da 0 a 10<5>Pascal (Pa) posto sulla linea 91; un asametro (cioè un misuratore di portata di un flusso gassoso) 93, tarato per misurare portate di flusso da 0 a 30 litri/minuto (l/min), a valle del riduttore di pressione 92; in uscita daN’asametro, un deviatore di flusso 94, che può scaricare il gas in arrivo dall'esametro verso l’ambiente esterno (linea di uscita 95) o verso una camera 96 in cui è possibile introdurre polveri fini, a sua volta collegata ad una linea di uscita 97 che può essere collegata ad un dispositivo antiparticolato dell’invenzione (in figura, nel deviatore 94, con le linee continue è mostrato il caso in cui il flusso viene inviato verso la camera 96; le linee tratteggiate indicano invece la condizione del deviatore 94 nel caso in cui il gas in arrivo venga scaricato verso l’esterno).

Questa prima prova viene svolta senza introdurre polveri fini nel sistema, ma semplicemente con azoto secco come gas di prova. La linea 97 del sistema di alimentazione della figura 9 viene collegata alla tubatura 120 di ingresso di un dispositivo 100 realizzato secondo la figura 10. Questo dispositivo ha un diametro interno della tubatura 120 pari a 4 mm, un diametro massimo della parte 110 (corrispondente al diametro della parete esterna del dispositivo) pari a 80 mm; un supporto 150, costituito da un setto poroso Schott di porosità n. 2 (corrispondente a dimensioni dei pori comprese tra circa 40 e 100 pm); sul supporto 150, un letto fluido di granuli di aerogelo 170 ottenuti per sintesi sol-gel a partire da solo TEOS, aventi una densità di circa 0,2 g/cm<3>, per un’altezza del letto fluido pari a circa 5 mm ed una densità media dello stesso pari a circa 0,1 g/cm<3>.

Con il deviatore 94 regolato per scaricare il gas lungo la linea 95 (verso l’esterno), operando sul regolatore di flusso 92 si regola la pressione in arrivo nell’asametro a 10<5>Pa, e la portata nell'asametro risulta pari a 15 l/min. In questo dispositivo, questo flusso di gas implica una velocità media del gas portante nella tubatura 11 pari a 71,66 Km/ora, mentre la velocità lineare media del gas portante nella zona del letto fluido è pari a 179,14 m/ora.

Mantenendo queste condizioni di gas in ingresso, operando sul deviatore 94 si invia il flusso nella camera 96 e di lì al sistema 40; la portata misurata dall'esametro rimane costante, pari a 15 l/min, indicando che in queste condizioni nel dispositivo 100 non si ha alcuna perdita di carico. La prova viene ripetuta regolando inizialmente il flusso di gas in ingresso a 25 l/min; in questo caso, quando il flusso viene deviato nel dispositivo 100, si osserva una diminuzione di flusso che si porta a 24,2 l/min, con una perdita inferiore al 5%. L’esempio mostra che il dispositivo dell’invenzione opera con perdite di carico nulle o irrilevanti; ad ogni modo, è possibile dimensionare il dispositivo stesso per ridurre eventuali perdite di carico; per esempio, gli inventori hanno verificato per estrapolazione su un modello di scala industriale, che operando ad un flusso di 15 m<3>/min, è possibile avere perdite di carico praticamente nulle se il diametro del condotto 120 di entrata nel dispositivo 100 è pari a 126,5 mm e il diametro del supporto 150 è pari a 2530 mm

ESEMPIO 2

Questo esempio si riferisce ad una prova di rimozione di particolato col dispositivo dell’invenzione.

Viene impiegato il set-up sperimentale dell’esempio 1, immettendo però questa volta nella camera 96 un particolato sintetico (Nerofumo CABOT, XC 72 R, N° 136). Il comportamento nel trattenimento delle particelle da parte del dispositivo viene osservato visivamente, illuminando le parti del dispositivo subito sotto il setto poroso 150 e subito sopra il letto fluido; l’illuminazione avviene secondo il principio della trans-illuminazione, irradiando cioè le zone d’interesse con luce ad alta intensità lungo un asse perpendicolare all’asse del dispositivo 100, e osservando il sistema lungo una direzione perpendicolare sia all’asse del dispositivo 100 che alla direzione di illuminazione. Per comodità, dalla parte opposta del dispositivo 100 rispetto alla direzione di osservazione, viene posto un cartoncino bianco che aiuta ad evidenziare le particelle di nerofumo (il dispositivo 100 è realizzato in vetro e quindi trasparente).

Inizialmente si regola la portata nel sistema, con il deviatore 94 in posizione tale da scaricare il gas in arrivo dall'esametro verso l’esterno lungo la linea 95; la portata viene regolata a 15 l/min. Il deviatore 94 viene poi portato nella posizione in cui il flusso in arrivo dall'esametro viene inviato nella camera 96, contenente il nerofumo, e da lì al dispositivo 100. Tramite l’osservazione in trans-illuminazione è stato possibile osservare il percorso del nerofumo, che arriva nella parte bassa del supporto 150 e del letto fluido, e da qui ricade verso la parte bassa del dispositivo lungo le pareti interne della parte 110.

Non si osserva nessuna traccia di particolato al di sopra del letto fluido, mentre la portata letta dall'esametro è rimasta pari a 15 l/min durante tutta la prova, evidenziando anche in questo caso una perdita di carico nulla.

ESEMPIO 3 (COMPARATIVO)

La prova dell’esempio 2 viene ripetuta, mantenendo inalterate tutte le condizioni ma eliminando il letto fluido, e lasciando il solo setto poroso 150. In questo caso, quando il gas proveniente dall'esametro viene inviato alla camera 96 e poi al dispositivo modificato, si osserva un flusso netto di nerofumo al di sopra del setto, confermando il ruolo essenziale del letto fluido.

ESEMPIO 4

La prova dell’esempio 2 viene ripetuta, impiegando però in questo caso come particolato una polvere di silice (Aerosil Degussa OX-50, con granulometria media di circa 280 nanometri e senza particelle superiori ad 1 pm); per evidenziare il percorso di questa polvere, di colore bianco, in questo caso si impiega un cartoncino nero dietro il dispositivo 100. I risultati sono identici a quelli dell'esempio 2, non si osservano tracce di particolato sopra il letto fluido.

ESEMPIO 5 (COMPARATIVO)

La prova dell’esempio 3 viene ripetuta con il particolato dell'esempio 4 e impiegando un cartoncino nero; dopo aver inviato il flusso daH’asametro alla camera 96 e al dispositivo modificato, si osserva un’ingente quantità di particolato che passa oltre il supporto 150 (in misura maggiore che nell’esempio 3), confermando anche in questo caso la necessità del letto fluido.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (10; 40; 50; 70; 80) a letto fluido per l'abbattimento di particolato da uno scarico gassoso che comprende: una camera di contenimento del letto fluido, collegata nella sua parte inferiore alla conduttura (11; 85) di arrivo del gas di scarico da trattare e nella sua parte superiore ad una apertura o conduttura (17; 89) di uscita del gas purificato, detta camera fornita di fori laterali (14; 82) idonei a scaricare all'esterno il particolato abbattuto e avente una sezione di ampiezza superiore a quella della conduttura di arrivo del gas di scarico da trattare; a monte di detti fori laterali nella direzione del flusso dello scarico gassoso, un supporto poroso (20; 86) o microperforato per il materiale che costituisce il letto fluido, i cui i pori o microfori hanno dimensioni superiori a quelle delle particelle del particolato presente nel gas di scarico ma inferiori a quelle del materiale granulare del letto fluido; e un materiale (30) per la formazione del letto fluido; caratterizzato dal fatto che il materiale per la formazione del letto fluido è costituito da granuli di forma essenzialmente sferica di un aerogelo realizzato con ossido di silicio e/o germanio o con ossidi misti a base di ossidi di silicio o germanio.
2. Dispositivo (70) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un elemento addizionale (71) realizzato con un materiale ermetico al passaggio di gas che limita il volume in cui viene formato il letto fluido alla zona vicinale a detti fori.
3. Dispositivo (80) secondo la rivendicazione 1, comprendente una prima parete (81) su cui sono presenti detti fori (82) e fissata ad una seconda parete (83) che può avere la geometria di una sezione di cono o di piramide, in modo da formare, insieme alla prima parete, una camera (84) avente sezione crescente verso l’alto, e tale che l’asse di detta camera non sia verticale.
4. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un elemento di contenimento (60; 87) posto superiormente a detto materiale per la formazione del letto fluido formato da una parte porosa o microforata (62) fissata ad un bordo (61) e al cui centro è presente un foro (63) per il caricamento dall’alto di detto materiale.
5. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale per la formazione del letto fluido è essenzialmente monodisperso.
6. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale per la formazione del letto fluido è costituito da granuli di dimensioni comprese tra 0,1 mm e 20 mm.
7. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale per la formazione del letto fluido è costituito da granuli di sola silice.
8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, in cui detta silice è ottenuta per via sol-gel impiegando come reagenti di partenza esclusivamente uno o più alcossidi di silicio.
9. Metodo per l’abbattimento di particolato che impiega un dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, che comprende le operazioni di: rallentare, tramite allargamento della sezione della conduttura di passaggio dello scarico gassoso, la velocità lineare V|del portante di detto scarico gassoso ad un valore compreso tra 1/25 ed 1/10 della velocità iniziale, in modo da ridurne la differenza con la velocità di sedimentazione Vs delle polveri fini da abbattere; far passare il flusso di scarico gassoso così rallentato attraverso un letto fluido costituito da granuli di aerogelo di ossido di silicio e/o germanio, o di ossidi misti a base di ossido di silicio o germanio. (MP/Pa)