ITNA980069A1 - Procedimento in piu' stati ed impianto per il trattamento e la depurazione di fumi prodotti dall'incenerimento dei rifiuti o di procedimenti simili per produzioni industriali. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

L' invenzione riguarda un procedimento in più stadi che ha lo scopo di ridurre ed in alcuni casi di annullare prevenendone la formazione, la presenza di ogni inquinante pericoloso contenuto nei filmi che, per una parte non trascurabile né tollerabile per Γ ambiente è immesso nell' atmosfera e nelle acque dagli inceneritori dei diversi tipi o da impianti industriali metallurgici, chimici e per la produzione termoelettrica, se alimentati in parte con rifiuti combustibili. La tecnologia ricade nel campo dei processi di combustione o die comunque producono gas esausti inquinati in quantità rilevanti. L'impiego degli impianti termid è impedito dal livello spesso inaccettabile della concentrazione di sostanze pericolose presenti negli scarichi ed immesse nell' atmosfera, nelle acque e nel suolo. Le emissioni pericolose comprendono inquinanti di origine organica ed inorganica (metalli tossici). Le correnti di fumi generate negli impianti termiti usuali, dopo la fase di postcombustione che è in genere una parte integrante dei procesti termiti, contengono incombusti (PIC) e varie specie di idrocarburi polinucleari aromatici Altri inquinanti aventi nella loro molecola il cloro, come il benzene clorurato e i fenoli policlorurati (PCB) ed altre sostanze estremamente tossiche. I bifenoli poiiclorurati (PCB) sono precursori degli inquinanti più pericolosi: dibenzofùrani policlorurati (PCDFs) e diossine (PCDDs). La più dannosa per gli effetti cancerogeni e mutageni è la tetracloro-dibenzo-p-diossina (TCDD); la condizione necessaria per la loro formazione è la presenza nei filmi del cloro che ri trova tra i componenti gassosi dei processi di tipo termico come HC1. Nei fumi degli inceneritori non depurati si rilevano in media 1.000-1.300 mg/Nm·*; esso permane in tutti gli stadi degli attuali astemi di trattamento e di depurazione dei fumi e ne modifica i risultati. Viene eliminato con trattamenti finali ad umido. Nel raffreddamento dei fumi, tra circa 300°C e 500°C, sulle superfici delle particelle metalliche (o dei loro composti che funzionano da catalizzatori) avviene, ancora in presenza di cloro, la formazione detta " de novo synthesis" delle diossine. I composti originari da cui originano queste sono gli idrocarburi aromatici a basso peso molecolare prodotti nelle fasi iniziali (devolatilizzazione) dei trattamenti termici. Nei firmi depurati sono presentì in quantità non trascurabile gli ossidi dello zolfo e dell' azoto. Nella fase solida trasportata dai gas ( polveri, o ceneri leggere) in una matrice inerte si trova una miscela di inquinanti organici e dei loro derivati sopra indicati e gli inquinanti inorganici ( metalli volatili tossici) presenti in forma libera o combinata a causa dell' accumulo che avviene negli stadi di trattamento dei rifiuti o dei procedimenti termici similari. I metalli tossici volatili, che evaporano nel corso della combustione, reagiscono con il cloro o con l ossigeno gassosi. I cloruri (o gli altri alogenuri) e gli ossidi si depositano sulla superficie delle ceneri leggere dove vengono adsorbiti e quindi trasportati dai flussi gassosi. Una parte dei composti volatili viene trasportata allo stato di vapore dai gas prodotti dalla combustione. E nota la difficolà di diminare i vapori dei metalli fino ad un valore trascurabile per gli effetti inquinanti (< 0,01 mg/Nm3) è perché è sufficiente la presenza delle frazioni con dimensioni inferiori a circa 1 nm (un nanometro) non s trattenute dai filtri, perchè si superi il limite indicato. I metalli che hanno effetti dannosi sono: Ag, Al, As, Be, Cd, Co; Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Se, Sb, Th, Zn. Generalmente una parte notevole dei composti metallici immessi negli inceneritone ritrova nelle acque di lavaggio dei firmi dove, con reagenti adatti ri formano sali insolubili. I procedimenti aggiuntivi sono complessi e comportano l uso dell'acqua. Una grande quantità di acqua è spesso impiegata per raffredare e depurare i lumi dalle polveri e da altri inquinanti, perciò dopo l'impiego delle acque formano un altro flusso inquinante che va considerato in aggiunta agli scarichi gassosi ed alle ceneri leggere trattenute dai filtri. Esse in media sono prodotte nella misura di 30 kg per tonnellata di rifiuti. Gli impianti termoelettrici alimentati con carbone polverizzato producono anch' essi firmi con molte specie metalliche in bassissime percentuali e con microinquinanti organici ma non contengono le diossine ed i dibenzofurani. Gli inceneritori di RSU (Rifiuti Solidi Urbani) producono firmi nei quali le specie metalliche sono sufficientemente ripetitive. Sono presenti i metalli nelle concentrazioni medie indicate in mg/Nm<3>. Zn [100]; Pb [30]; Cu [7], Cr[3]; Cd [2];Ni[l,2]; Hg [0.8]; As[0,6]. Nel corso delTincenerimento alcuni metalli ( Cu, Cr, Ni) rimangono nelle ceneri pesanti, o scorie, per il 90%, lo zinco ed il piombo per circa il 70% . Per i metalli più volatili la quota si riduce a meno del 10%. Le quantità di metalli immesse negli inceneritori superano nel caso dello Zn e del Pb 1.000 g/Mg e nel caso del Cd e dell Hg sono circa 50 g/Mg e lOg/Mg rspettivamente. I valori medi dei gas acidi sono- in g/Mg>: HC1: [7.000-8.000]; [3.000-5.000]; HF :[100-220], Le azioni di depurazione compiute attualmente sui fumi prodotti dalla combustione hanno luogo in unità connesse direttamene con gli incenertori o con gli impianti termici similari. L' efficienza di distruzione/recupero (DRE) non è adeguata per alcuni inquinanti, e non è agevole raggiungere sempre i livelli richiesti dai limiti imposti dalle norme né, tanto meno, si può evitare completamente ogni danno all ambiente. Questi ultimi, infati, vanno valutati tenenendo conto delle portate dei filmi emesse dai numerosi impianti e del fato che le dosi degli inquinanti immesse ogni anno si sommano a quelle già accumulate nei suoli nel corso degli anni precedenti. Le azioni effcaci per rendere trascurabile Γ inquinamento dell'ambiente devono raggiungere un grado di Distruzione/Recupero uniforme su , tutti gli inquinanti e prossimo a 99,9999% , partendo dai valori di concentrazione indicati innanzi.

Stato dell arte

Alcune soluzioni dei problemi più critici dei àngoli procedimenti sono già note.

Ad esempio nella combustione in letti fluidizzati, che è una tecnologia per la produzione di energia elettrica nella quale prevale la necessità di eliminare le polveri che rendono difficoltoso l'impiego del gas prodotto nelle turbine, si sono sviluppati sistemi di depolverizzazione con filtri ceramici che operano fino a 1.250°C. Negli impianti termoelettrici alimentati con carbone in polvere si è affermata l iniezione di composti basici (idrossido o carbonato di calcio) denominati sorbenti che riducono lo zolfo presente nei firmi. L operazione è effettuata su firmi freddi oppure nelle caldaie insieme alla combustione alla temperatura di órca 1200°C. I sistemi di gassificazione del carbone che producono gas di sintesi ( 3⁄4 e CO ) permetono di effetuare la depurazione del gas combustibile prima della utilizzazione. D gas è usato po' generare energia elettrica con il sistema a ciclo combinato gas/vapore o mediante le celle a combustibile. Una depurazione più spinta è richiesta quando il gas di sintesi è usato per la produzione di sostanze per l lndutria chimica. Per questa applicazione la depurazione del gas è ottenuta con procedimenti di trattamento complessi che provvedono all'eliminazione dello zolfo, altri dell' NH3, alla conversione del CO (shift conversion) che aumenta il contenuto di idrogeno. Nel corso dei trattamenti il gas subisce stadi di compressione ed altri di espansione che eliminano anche le tracce dei composti volatili come gli idrocarburi. Finora la depurazione dei gas esausti effetuata a secco in ogni sua fase non è diffusa come procedimento alternativo a quelli in uso e capace di eliminare ogni tipo di inquinante. Alcuni dei processi menzionati si svolgono senza Γ uso dell'acqua e dimostrano Γ efficacia delle operazioni effettuate a secco. Altre importanti operazioni ad alta temperatura possono essere associate alla depurazione. Esse modificano la struttura molecolare dei composti tossici (pirofisi e più specifcamente la pirolisi in condizioni riducenti) ed eliminano la possibilità di 2 riformazione. Queste azioni prevengono la formazone dei molti inquinanti organici; 3 agiscono sulle ceneri liberandole da composti dannosi e rendono più semplici le fasi di “ depurazione sucessiva, garantendo risultati sullo stato finale dei gas trattati p notevolmente superiori. Le azioni più efficaci nel modificare la struttura molecolare 12 dà composti tossici inquinanti sono compiute dai getti di plasma anche per il fatto g che, quando si opera nel campo delle alte energie e si manifestano gli effetti delle 2 altre specie prodotte dall' arco elettrico ( atomi, ioni ed elettroni) si hanno velocità di 9 reazione elevate e si raggiungono praticamente le condizioni di equilibrio. Sono noti 2 dalle esperienze compiute in Russia (Thermal Plasma and New Materials Tehnology. Cambridge Interscience Publishing, 1995, Vol.2, 97-133) i risultati della completa dissociazione delle molecole complesse. E' anche noto che nei prodotti del trattamento sono assenti gli ossidi di azoto quando il plasma è formato dall' idrogeno che rende estremaente riducenti le condizioni delle reazioni. La produzione di gas di sintesi è basata sulla gassificazione con plasma alimentato con vapore. In questo caso il gas prodotto è estremamente puro. Nei paesi occidentali esistono sistemi adatti al trattamento dei rifiuti tossici di vario tipo che sono basati dall' impiego del plasma. In tutte le applicazioni elencate risulta utile l'analisi termodinamica dei processi. Sono state scelte alcune reazioni che interessano i processi sopra menzionati ed altri che verranno richiamati nel seguito ed è stata riportata in Fig.1 la finizione AG° = f(T) nel campo di temperatura dei processi termici esteso fino a 3.000°K_ Limitando Γ esame della termodnanrica delle reazioni fondamentali si ricavano le condizioni previste all' previste all’ equilibrio per alcuni processi quando sono noti i componenti dell' alimentazione. Sono noti i risultati di verifiche più complete effettuate con modelli di calcolo che considerano le numerose reazioni possibili.

Dall' esame dà procedimenti termici più comuni che viene riportato di seguito risulta che per rendere i fumi esenti da inquinanti tossici nei diversi settori industriali <ω >rimangono da affrontare diversi problemi . Per gli inceneritori dei rifiuti solidi urbani g (RSU) in "La rivista dei Combustibili Vol.XLV, fase.11-12, die.1991" il contenuto ° u di PCCD/F presente nei filmi espresso in TEQ (Toxicity Equivalents) sul gas secco E contenente 10% di CO2 è 8 ng/Nm^; nelle ceneri la concentrazione di PCDD è di I § 13mg/g, nella scoria è invece molto bassa: 8 ng/kg. Le ceneri contengono una 5 quantità totale pari a 8,75 volte quella dei fumi. H limite di immissione fissato dalle § norme tedesche è 0,12 ng/Nm^tl^ Federai Immission Control Ordinance). La percentuale di riduzione richiesta nei processi di trattamento dei gas è quindi pari al 98,5%. Un sistema di trattamento esposto che consiste nella ossidazione catalitica e nell’ adsorbimento con carboni attivi operanti sui fumi e nel trattamento di distruzione catalitica operante sulle ceneri consentono la riduzione prevista per la fase gassosa ed una percentuale di riduzione nelle ceneri pari al 99,2. Ancora per gli RSU in " Hnviron.Sci. Technol.1994,28, 107-118" vengono riportati i risultati delle indigini di laboratorio rivolte a valutare gli effetti dei parametri della combustione e della iniezione di sorbenti per la prevenzione della fonazione dei PCDFs e delle PCDDs. La maggiore influenza, determinataa con una metotologia statistica, va attribuita alla concentrazione del cloro e dell'ossigeno e per la riduzione dei composti tossici all'aggiunta del sorbente Ca(OH)2-Un importante approfondimento sulla termodinamica delle reazioni di riduzione dei PCDD/F nei fumi degli inceneritori si trova in "EnviroaSd. Technol.1992, 26, 797802". Rimanendo nell'ambito dell' incenerimento degli RSU in uso, e puntualizzata la necessità che negli inceneritori la produzione di PCDFs e di PCDDs sia ridotta a zero e sono ricercate le condizioni die favoriscono l eliminazione del doro dalle molecole di questi composti, L'autore mostra che oltre alle reazioni di ossidazione completa della TCDD sono da considerare le reazioni di decomposizione. Va cconsiderata la reazionne del triclorofenolo (TCP) che produce TCDD ed HC1 in un campo di temperatura molto ampio. Analogamene il TCP insieme al triclorobenzene (TCB) produce TCDF ed HCL Inoltre all aumentare della temperatura fino a 3.000°K ed in presenza di HC1 e 02 si produe TCDD a partire della dibenzop-diossina (DD) . Al confano . i per temperarne superiori a 1200K se sono presenta lidrocarburi del tipo del2nbutano le TCDD vengono decomposte; quindi viene suggeita l'aggiunta del 2n butano che fornisce idrogeno. Dalle termodinamica del sistema si ricava che quando la temperatura aumenta fino a T=3.000°K ricorrono due circostanze favorevoli, cioè la mancata riformazione a partire dalle DD e la decomposizione spontanea delle TCDD in triclorofenolo (TCP) . in presenza di n-butano in DCB 2,2,butene. Viene esaminata e proposta una serie di reazioni di declorurazione per mezzo di composti basici di metalli alcalini ed alcalino-terrosi.

Descrizione dell'invenzione

Nonostante che i recenti studi teorici abbiano reso evidente la necessità di modificare le pratiche di depurazione attuali prendendo in considerazione i più inportanti e sicuri fattori connessi con la composizione dei fumgCloro ed Ossigeno) tra le azioni di depurazione su cui si fondano i procedimenti in uso non ne è prevista alcuna che modificando la composizione della fase gassosa, attraverso l eliminazione del cloro e dell'ossigeno, possa avere effetti fondamentali sulla riduzione delle sostanze tossiche organiche dannose, cioè quelle organiche clorurate. Inoltre non verino utilizzate le condizioni raggiunte con l'azione del plasma per rendere efficaci le fasi successive di depurazione dei fumi.

La presente invenzione ha come primo oggetto l eliminazione del cloro dalla corrente di gas esausti inquinati ad una temperatura compresa tra 2.200°K e 3.000°K mediante la reazione del cloro liberato dalle precedenti reazioni di pirolisi prodotte dal plasma riducente sulle molecole clorurate o policlorurate con uoi metallo alcalino o alcalino terroso.

La reazione di depurazione che si svolge con il magnesio è

Un secondo oggetto che rende la precedente azione applicabile a numerosi sistemi di combustione consiste nella modifica della composizione dei fumi, limitatamente al loro contenuto di ossigeno e di acqua, ottenuta mediante l'aggiunta di metano o di sostanze contenenti in percentuale elevata il carbonio, partendo da condizioni inizali prossime a quelle che si ottengono con rapporto comburente/combustibile non molto superiore rispetto al valore stechiometrico richiesto per la combustione parziale del carbonio ad ossido di carbonio. Le reazioni relative sono note come rea^oni di gassificazione dei combustibili. Lo stadio di modfica della composizione precede V azione dei getti di plasma. L'alimentazione del plasma viene effettuata, secondo la presente invenzione, con una parte riciclata dei gas riducenti prodotti dal sistema che contengono CO H2 ed N2 nella misura del 27%, 37% e 36% e consentono di ottenere i prodotti voluti, cioè gas di sintesi ed azoto esente da NOx e S. Un terzo oggetto della presente invenzione consiste nell utilizzazione dell elevata temperatura che i firmi raggiungono alla fine del trattamento con plasma per realizzare delle espansioni adiabatiche, a temperature prefissate, in modo che il rapido raffredamento delle corrente di fumi che si fa avvenire in ugelli del tipo sonico o supersonico produce la fase di nucleazione dei metalli volatili. Questi, attraverso la condensazione successiva ottenuta per coagulazione vengono sottratti allo stato liquido o solido dai fumi che in tal modo vengono depurati. In fig.3 sono riportate le curve che rappresenano i valori della pressione del vapore saturo (Pv,s) funzione della temperatura per il Pb, il Cd ed il Hg. Sono indicati anche i valori della pressione parziale di vapore po' il piombo nelli condizioni alle quali avviene la nucleazione. Queste condizioni sono per il Pb: T=500°C e Ptot=6 atm. Un quarto oggetto dell' invenzione è di raccogliere gli inquinanti in modo separato o tale da facilitare il reimpiego di alcuni di essi o comunque di ottenere sottoprodotti o materiali non inquinanti. Per tale scopo sono previste delle unità di separazione (cicloni e filtri) dei composti liquidi o solidi eliminati. Un ulteriore oggetto è connesso con l alimentazione di combustibili ausiliari o aggiuntivi che ha effetti sulle utilizzazioni del gas. Le alimentazioni aggiuntive sono il gas naturale (CH4) e/o i materiali contenenti il carbonio in percentuale elevata, come il coke di petrolio ed i pneumatici scarti polverizzati. L alimentazione di ossigeno in sostituzione dell'aria e l aria preriscaldata riguardano i materiali comburenti. Almeno una delle due varianti è necessaria in tutti i processi per i quali l apporto di energia delle reazioni esotermiche e dei reagenti non è sufficiente allo svolgimento delle reazioni di gassificazione. Ciò dà origine ad una maggiore presenza di incombusti (PIC). La prima variante è necessaria quando il contenuto di H2O dei materiali in carica è superiore a circa il 10%. Gli effetti vantaggiosi dell' invenzione non possono essere considerati in modo separato per le singole innovazioni riguardanti i diversi stadi in cui Γ intero procedimento è costiuito. L'eliminazione del cloro che è effettuata in fase gassosa influenza gli stadi di depurazione che evolvono in modo differente rispetto ai corrispondenti stadi dà procedimenti in uso e secondo percorsi diversi e più semplici di eliminazione. La possibilità di effettuare gli stadi di depurazione alla pressione iniziale di 8-10 atm comporta il vantaggio di ridurre le dimensioni delle sezioni trasversali dà condotti e delle unità stesse. Tenendo conto della velocità della corrente gassosa le riduzione dà diametro equivalente è di circa 1/5. Infine la produzione di gas di sintesi che è resa possibile dal metano - per la condizione necessaria di operare in condizioni riducenti -diventa vantaggiosa per l'effidenza di conversione dell' energia

Descrizione delle figure

In Fig.1 e riportato il diagramma, secondo F.D.Richardson and J.H.E. Jeffes,(Joura of Iron and Steel Institute, Dee. 1949) del potenziale di ossigeno (Δμφο) per le reazioni di modifea della composizione del gas (scala di sinistra), le reazioni del Mg con il cloro e lo zolfo (scala di destra) e le altre reazioni che avvengono nella zona dì reazione tra 2.500°K e 3.000°K_ Nelle figure 2a e 2b è mosratto il lay-out del nuovo procedimene completo di trattamento e depurazione dà fumi inquinati che si svolge in più stadi. Nella Fig.2a sono onsiderate le unità iniziali dove sono indicati il tamburo rotante (1) , l' unità di transizione (2), Γ alimentazione dà metano (3), l apparecchiatura del plasma(4), la camera di miscelazione(5), il reattore a getti di plasma(6), l alimentazione del magnesio (7). Sono rappresentati con [10] la corrente di fumi non depurati, con [11] la corrente risultante dall'aggiunta di metano, con [12] io

il getto di plasma e con [13] la corremte nella zona di reazione a 2.500°K -3.000°K In Fig. 2b è riportato il lay-out delle sezioni che completano l impianto. Con (6) è indicata la zona di uscita del reattore a getto di plasma, con (20) l'eiettore a doppio effetto. L' unità (21) è un ciclone per la separazione dell' MgCl2, del CaCl2 e delle polveri. Le unità (22) e (23) fanno parte del sistema di recupero dell'eneigia e provvedono rispettivamente al preriscaldo dell'aria comburente e al recupero del calore sensibile. Le unità (24) e (25) servono al secondo stadio della desolforazione e svolgono la finizione di eliminazione mediante adsorbimento dei metalli presenti eventualmente in forma combinata. D CaS e gli eventuali prodotti risultanti dei composti dei metalli sono eliminati dai filtri in (25). e raccolti in (81). Con (50] è indicata la corrente di gas non depurati. .Le correnti di aria primaria e secondaria sono rappresentate rispettivamente con [51] e [52]. La corrente totale dei gas [60] che è sottoposta alla depurazione ha una portata di circa 7.400 Nm3 riferita a 1.000 kg di rifiuti. Essa è suddivisa nella corrente che corrisponde alla corrente [10] di Fig.2a ed è depurata ed utilizzata in (60) e nella parte riciclata [61] che viene ripartita per Γ alimentazione del plasma [66], per il raffreddamento (quenching) [63] e come fluido a pressione elevata in [65]e[65], Nel riquadro è mostralo il sistema a ciclo combinato per la produzione di energia. Con [61] è indicata l alimentazione del combutibile cioè il gas di sintesi, Con [52] è indicata l'aria per la combustione secondaria in (40). La turbina a gas è indicata in (41) mentre in (42) è indicata la sezione di recupero (caldaia) ed in (44) il condensatore del vapore. I gas combusti sono indicati in [53]. In Fig.3 è mostrato il diagramma della finizione p*s (T) dove p*s è la pressione del vapore saturo) per i metalli volatili Pb, Cd eHg. E' rappresenata la pressione parziale di vapore del Pb (py) all' inizio della condensarne quando la pressione totale è 5 atm e la temperatura è 500°C. Il grado di metastabilità è elevato.

Descrizione di un modo di applicazione dell invenzione

Gli inceneritori di RSU per i quali viene décifra l'applicazione del nuovo procedimento hanno capacità di trattamento che variano da meno di 10 ad oltre 70 tonellate/h di rifiuti. Nel seguito si prende a base della descrizione la produzione unitaria (1.000 kg/h). Dalla composizione dei rifiuti è possibile calcolare la composizione dei firmi, come per altri combustibili, in base ai dati riportati per due

tipo A, per ridurre la percentuale di H20 a meno del 5% e l ossigeno a PQ2 <10<’>^ vengono aggiunte 15 kgmoli di CH4 - come previsto dalle condizioni espresse in Fig. 1-. Con l'aggiunta anzidetta il rapporto è H2/ H20 » 4,2. Nella sezione di combustione primaria dell' incenerittore di cui in Fig.2a è riportata solo la sezione di transizione (2) viene alimentata una portata di aria [51 -Fig. 2b] preriscaldata in (22-Fig.2b) pari a circa 2.200 Nm3 . Il volume dei gas prodotti nella combustione primaria ([10]- Fig.2a ) è circa 3.340 Nm3. Dopo l'aggiunta di metano nella sezione indicata con ([12]-Fig,2a) la portata di gas è pari a 5.000 Nm3/h e la composizione è: C 0=25, 4% H2=35,7% - N2=35,4% - H2O=2,7%-C12=0,19% - S=0,14% -PIC=0,7%. La composizione del gas non viene modificata nel percorso lungo le unità succesive per il fatto che il gas di riciclo [62] ha la stessa composizione del gas trattato, a parte la %H20 che viene eliminata nel condensatore (29-Fig.2b) per mezzo raffreddamento con acqua che raggiunge nello scambiatore (32) la temperatura di 4°C-8°C. H getto di plasma è generato in (4) con Γ apporto dell' energia dell' arco di circa 3.000 kWh che è una parte dell'energia ricavata con il nuovo sistema. La portata di plasma è di circa 800 Nm3. La temperatura del getto di plasma è circa 5.000°K . Nella zona di reazione ([13]-Fig.2a) le due correnti sono miscelate nel reattore a plasma opportunamente disegnato. Attraverso il condotto (8) viene inietttalo il magnesio che compie la funzione di dealogenazione, già illustrata innanzi e di desolforazione. Con la corrente fredda di riciclo [63- Fig.2b] il gas viene rapidamente reSrddato a circa 2.300°K Nel tratto che fa parte della zona di reazione si svolgono le principali azioni del plasma sui composti organici contenenti cloro e sulle ceneri. F nota l efficacia del plasma nel compiere tali effetti ed è verificata per via sperimenale nei riferimenti già citati. Nella sezione indicata con 1 in Fig.2b sono da considerare completati gli stadi di trattamento del procedimento e nella stessa hanno inizio gli stadi di depurazione. F evidente la differenza con i procedimenti in uso. Nel nuovo procedimento le coleri risultamo libere da composti tossici e dal cloro, gli incombusti vengono gassificati, sono eliminate le condizioni per la riformazione delle diossine, tanto che la loro presenza a valle di [1] si annulla. I metalli sono presenti in fase gassosa in una forma non ossidata né clorurata. Allo scopo di incrementare la pressione la corrente di gas attraversa l'eiettore a doppio effetto (20) ed è ancora raffreddato fino a circa 1.750 °K prima dell'ingresso nel ciclone (21) in cui vengono depositati i prodotti della reazione di declorurazione e di desolforazione con Mg. In [22] ed in (23) avvengono due stadi di recuperò del calore sensibile del gas, la cui portata è incrementata fino a 7.400 Nm3/h, Il primo stadio riguarda il preriscaldo dell'aria comburente [51] ed il secondo quello del vapore [71] utilizzato nell' unità di produzione dell'energia che è riportata nel riquadro della Fig. 2b. Nelle unità (24) di iniezione del sorbente Ca(OH)2 e di filtraggio (25) vengono compiute a temperatura appropriata (600°C-800°C) due ulteriori ulteriori fasi di depurazione. La prima riguarda il secondo stadio di desolforazione che completa la riduzione compiuta dal magnesio ed il secondo è uno stadio di coagulazione di composti di metalli tossici che, come è noto, possono essere eliminati da solventi, quali l'idrossido di calcio. Nella resante parte dell'impianto, essendo molto elevato il grado di eliminazione (DRE> 99,999) richiesto per i metalli volatili tossici, dovendosi cioè abbassare la concentrazione dai valori iniziali riportati innanzi fino a meno di O.Olmg/Nm^ , vengono realizzati tre stadi di condensazione dei metalli presenti allo stato di vapore o come frazioni submicromeriche. Gli stadi di eliminazione per condensazione dei metalli sono condotti nelle unità (26), (28) e (31) con un procedimento noto in altri settori della scienza e della tecnologia per Γ efficacia e per la semplicità . L'effetto provocato da una rapida espansione in condotti è la condensazione in regime dinamico e il sistema per realizzarlo è denominato "supersonic nozzle reactor" o "turbolent jet particle generator" (TJPG). Esempi di utilizzazione si trovano nella produzione di materiali con granulometria fine (idrossidi di titanio e di alluminio) o materiali arricchiti di isotopi radioattivi. Altri esempi di condensazione che utilizzano il sistema anzidetto si verificano ad esempio nei fluidi che alimentano le turbine a vapore o in certi fenomeni atmoferici come la condensazione negli sarichi dei getti degli aerei. La corrente di gas [60) si espande da 9,5atm a 5 atm nel primo ugello e subisce un raffreddamento da 650°C a 500°C ; la velocità dei gas raggiunge Nj^fach <=>1· Π Pb che è il metallo più volatile tra quelli che subendo gli effetti del rapido raffreddamento raggiungono a 500°C un grado di metastabilità (o di sovrasaturazione) elevato, subisce la nucleazione e la coagulatone in (26) e si ritrova allo stato liquido in (82). In Fig.3 è riportato il valore della pressione di vapore del piombo all'inizio della nucleazione. Insieme al piombo vengono eliminati i melli meno volatili che sono. As, Be, Co, Cr, Cu,Mn, Ni. Per i 14 metalli più volatili, come Cd e Hg la temperatura raggiunta con il raffreddamento nel primo TJPG non è sufficiente po' produrre alcuna apprezzabile condensazione. Pertanto, tenendo conto dei valori della pressione di vapore nella corrente di gas (pv) e dei valori del vapore saturo (ps(T)) si adoperano altre due unità (28) e (31). Nella condensazione del piombo si raggiunge la concentrazione corrispondente a p*s=0, 00001 mmHg che corrisponde alla concentrazione di 0,024 mg/Nm3 che è almeno 10 volte inferiore al limite consenito dalle norme attuali. Va ancora considerato che un’ ulteriore riduzione avviene nelle unità successive. Analoghe considerazioni valeono per la condensatone del Cd insieme al quale vengono eliminati Zn, e Se. Nell'ultima unità la temperatura a fine espansione che è necessaria per l'eliminazione dell’ Hg è pari a -33,4°C. Il condensatore (29) serve per l eliminazione dell’ umidità ed a questo scopo viene usala l acqua portata a bassa temperatura mediante lo scambiatore (32) dalla corrente di gas in uscita dall ultimo TJPG (31). La condensazione del mercurio viene ottenuta con il reffraddamento provocato dall' espansione da 3 atm a 1,2 am. La temperatura finale è pari a -33 °. Anche in questo caso la pressione di vapore che si raggiunge è 0,00001 mmHg ed il valore residuo è prossimo a 0,025 mg/Nm3. La riduzione degli inqinanti avviene partendo dalle condizioni iniziali indicata con [1] che sono in media, in mg/Nm-*: MgCl2=1.500, MgS=700; Pb=30; Zn=100; Cd=2; Hg=0,8. Dopo la separazione nel ciclone (21-Fig2b) nella sezione [2] sono eliminate una gran parte delle ceneri, il MgS e il MgCl2- e gli altri metalli (Al,Cr,Ni,Be, Co,Mn) a valori rascurabili. Una successiva eliminazione degli stessi composti e delle ceneri insieme ai metalli adsorbiti dal sorbente avviene nell'apparecchiatura di filtraggio (25-Fi.2b) . Il gas che fluisce attraverso l impianto, a partire dalla sezione [2] ha la composizione (in %VoI) seguente: CO=25,6; H2=36,2; N2=35,4; H20=2,7.

In [4] fl gas è liberato dalfultiino metallo tossico che è il Hg . H valore residuo stimato è <0,001 mg/Nm^. Il gas è esente da NOx. Per quanto riguarda lo zolfo il grado di eliminazione totale risulta da due stadi! di eliminazione; pertanto se si indicano con (drj) e (drj) gli india di riduzione, si ha una riduzione totale: drtot=. drj+dr2 -drj.dr2

e perciò molto spinta.

Pur essendo l'obiettivo principale la riduzione degli inquinanti, il procedimento esposto che produce il gas di sintesi si dimostra vantaggioso nei riguardi della produzione di energia. Utilizzando i dati relativi agli RTN del Tipo A e del Tipo B già riportati per effettuare i bilanci dell' energia - riferiti a 1500°K - si ricava che portando in [13] per mezzo del plasma la temperatura a 2.500°K P energia totale immessa nel sistema con irifiuti e con il metano (15kgmol/h) che è pari a 6.690Mcal, considerate le perdite per irraggiamento, per il ricaldo dei prodotti solidi (inerti) e del presriscaldo dell' aria a 1.500°K ed inoltre tenendo conto dell'energia spesa per la compressione del gas, valutando l'efficienza della utilizzazione (0,85) del plasma, dalla restante parte di detta energia si ricava che la potenza con cui si alimenta il plasma è 2,98 MWe e che rimane una potenza utile pari a 2,248 MWe. Il rendimento toale dell' impianto risulta pari a 28,9%. Con irifiutidi tipo B , innalzando la temperatura in [13] a 2.800°K l energia entrante è 7.392 Mcal e l' aggiunta di metano è ridotta a 8 kgmol/h. La potenzautile risulta pari a 3,09 MWe ed il rendimento diventa pari a 36%. Si ricava che mentre il valore dell' heat rate riportato nella letteratura per gli incenritori che recuperano l'energia è all'incirca 4.000 kcal/kWh, nei due casi considerati, data l' utilizzazione del ciclo combinato ed il sistema di recupero del calore sensibile previtto per il nuovo procedimento i valori dell' heat rate sono ripettivamene 2.977kcal/kWh ( tipo A) e 2.390 kcal/kWh (tipo B).

Claims (1)

1. Rivendica 1)- Procedimento di trattamento e di depurazione dei fumi inquinati da sostanze organiche ed inorganiche pericolose e da polveri che singolarmente non possono essere immessi nell' ambiente dagli scarichi gassosi, liquidi e solidi che serve per rendere liberi dainquinanti fumi non sottoposti alla postcombustione e si svolge secondo più stadi di cui il primo è un trattamento dei fumi consistente nell' immissione di una corrente di plasma che, miscelandosi con i firmi inquinati, produce una corrente gassosa con temperatura comprsa tra 2.300°K e 3.000°K caratterizzato dal fatto che in detta corrente per mezzo dell' immissione di magnesio o di un altro metallo del tipo alcalino o alcalino terroso si fa avvenire la reazione in fase gassoa con il cloro e con altri elementi alogeni 0 dei loro idruri gasosi provenienti dalle azioni svolte dal plasma consistenti nella dissociazione delle molecole organiche complesse che li contengono come eteroelementi 0 essendo presenti detti alogeni in altre forme non esclusa quella di alogenuri volatili di metalli tossici 0 anche nella forma adsorbita dalle ceneri. 2)- Procedimento condotto secondo la rivendicaone 1 che agisce su firmi inquinati prodotti da inceneritori di rifiuti sia urbani che tossici e nocivi o da impianti per produzioni metallurgiche o di conversione magnetoidrodinamica dell'energia caratterizzato dal fato che, prima della fase di post-combustione i firmi stessi vengono miscelati con metano 0 con materiali contenenti carbonio in percentuale elevata in misura sufficiente a ridurre la pressione parziale dell'ossigeno a circa 10 atm ed il contenuto di H0 a meno di 3% circa, in modo che le atoni del plasma possano essere svolte in conditoni riducenti e che la reatone del magnesio sia almeno per il 99% di dealogenatone e che venga prodotto un gas composto da CO, 3⁄4 ed N2 in cui sono praticamente assenti sia la CO2 che l H2O. 4)- Procedimento di trattamento e di depuratone che opera manenendo in pressione le unià della fase di depurazione, realizzando l' incremento di pressione con eiettori a più effetti alimentati con gas compresso riciclato. 5)- Procedimento secondo la rivendiazione precedente e condotto secondo le fasi di cui alle rivendicazioni 1,2 e 3, caratterizzato dal fatto che per la eliminazione dei vapori di metalli volatili tossici viene adoperato l effetto realizzato per mezzo di reattori ad ugelli supersonici/sonici consistente nella nucleazione - a cui si fa seguire la fase di coagulazione - che ha origine dall' istantaneo abbassamento S della temperaura dovuta all' espansione adiabatica in ugelli di profilo adatto. 6)- Procedimento di eliminazione dei metalli tossici ottenuta da più stadi di riduzione della pressione della corrente di gas del tipo descritto nellap rivendicazione precedente. 7)- Procedimento secondo le rivendiazioni precedenti caratterizato dal fatto che il gas prodotto e depurato costitutisce l alimenazione di sistemi ad elevato rendimento e non inquinanti di produzione di energia elettrica, essendo tali sistemi delle celle a combustibile a carbonati fusi o ad elettrolita solido oppure un sistema a ciclo combinato gas/vapore. 8)- Procedimento come rivendicato in 7 caratterizzato dal fatto che, quando alimenato con ossigeno, il sistema produce gas di sintesi praticamene esente da inquinanti e con rapporto H2/CO> 1,5 che può essere vantaggiosamente usato per sintesi chimche, per produrre idrogeno, o metanolo e quindi anche idrocarburi liquidi a basso peso molecolare ( carburanti o benzine).