ITRM990780A1 - Procedimento ecologico di inertizzazione in continuo di materiali organici alogenati mediante termodistruzione in reattori siderurgici, con - Google Patents

Procedimento ecologico di inertizzazione in continuo di materiali organici alogenati mediante termodistruzione in reattori siderurgici, con Download PDF

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ITRM990780A1
ITRM990780A1 IT1999RM000780A ITRM990780A ITRM990780A1 IT RM990780 A1 ITRM990780 A1 IT RM990780A1 IT 1999RM000780 A IT1999RM000780 A IT 1999RM000780A IT RM990780 A ITRM990780 A IT RM990780A IT RM990780 A1 ITRM990780 A1 IT RM990780A1
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Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un procedimento ecologico per la termodistruzione in continuo, mediante reazioni chimico-fisiche all'interno di un reattore siderurgico, di materiali organici contenenti alogeni, in particolare cloro, dai quali recuperare energia e prodotti di composizione controllata non pericolosi .
Più precisamente, oggetto della presente invenzione è un procedimento ecologico per la trasformazione in continuo mediante reazioni chimico-fisiche all'interno di un reattore siderurgico di materiali organici contenenti alogeni, in particolare cloro, in forma solida, liquida e gassosa, al fine di ottenere in uscita dal reattore stesso prodotti di composizione controllata non pericolosi.
Il procedimento oggetto della presente invenzione è infatti un procedimento ecologico per 1'inertizzazione di materiali organici contenenti alogeni mediante loro termodistruzione in reattori siderurgici, comprendente le operazioni di:
introdurre lateralmente in una zona inferiore del reattore o dal fondo del detto reattore, attraverso un primo livello di iniezione, una miscela contenente detti materiali organici alogenati, eventuali additivi, combustibili e gas di trasporto della miscela, essendo la quantità di scoria presente nel reattore almeno stechiometrica rispetto alla quantità di materiale organico alogenato introdotto;
introdurre lateralmente in una zona inferiore del reattore o dal fondo del detto reattore, eventualmente attraverso un secondo livello di iniezione, comburente;
- estrarre, da una zona di evacuazione scoria siderurgica inerte in cui sono disciolti composti contenenti alogeni eventualmente da recuperare;
- recuperare energia termica per combustione di gas liberati nel corso della termodistruzione.
L'introduzione nella zona inferiore del reattore, di una miscela contenente materiali organici alogenati in particolare cloro, da termodistruggere, combustibile, eventualmente comburente almeno in parte, eventuali additivi e gas di trasporto della miscela, avviene lateralmente a livello delle tubiere in direzione radiale tramite una pluralità di punti di immissione, eventualmente su differenti livelli, o dal fondo.
In una forma di realizzazione della presente invenzione, la miscela di composti organici da trasformare, il combustibile, parte del comburente, eventuali correttivi e additivi e gas di trasporto della miscela, vengono introdotti all'interno del reattore verso il centro per iniezione orizzontale oppure inclinata rispetto ad un piano orizzontale e, contemporaneamente, la rimanente parte di comburente viene introdotta mediante iniettori o mediante un condotto coassiale a quello di iniezione della miscela.
Il materiale da termodistruggere può avere una granulometria inferiore a 8 mm.
La granulometria del combustibile e degli additivi può essere inferiore a 8 mm, preferibilmente a 3mm.
La velocità di iniezione del comburente nella zona inferiore del reattore è inferiore a 40 m/s, ed è eventualmente tale da consentire ai singoli getti di intersecarsi tra loro e comunque tale da permettere una efficiente cinetica di reazione.
La pressione interna del reattore può essere compresa tra 1 e 4 bar.
Nel reattore, nella zona dove è presente il bagno metallico o una colonna di coke, vengono immessi, tramite una molteplicità di ugelli, ed eventualmente veicolati da un gas di trasporto, i materiali organici alogenati da inertizzare mediante termodistruzione, contemporaneamente e congiuntamente ad additivi (quali, ad esempio, ossidi o carbonati di calcio e magnesio), al combustibile (quale polverino di carbone,olio combustibile, gas naturale o loro miscele binarie o ternarie) ed al comburente (quale aria, ossigeno o loro miscela).
Si tratta in particolare di materiali organici clorurati quali policlorurobifenile (noto anche con il nome di policlorobifenile; PCB), polietilencloruro, e polivinilcloruro (PVC). Soddisfacente è anche l'uso di FLUFF, miscuglio complesso di materiali, contenente materiale organico alogenato {per la presenza di atomi di cloro provenienti dalle frazioni plastomeriche ed elastomeriche , e di atomi di fluoro provenienti dalle frazioni elastomeriche) e risultante dal processo di rottamazione delle auto dopo rimozione delle frazioni metalliche e frantumazione.
Il materiale immesso nel reattore si viene a trovare in un ambiente ad elevata temperatura con ossido di carbonio prodotto della parziale combustione del combustibile con il gas comburente.
La presenza nella scoria di ossido di calcio e di carbonio, comporta che elementi nocivi {quali ad esempio alogeni) rimangano bloccati nella scoria essenzialmente come sali di calcio.
La gassificazione diretta in condizioni riducenti dei materiali organici, fornisce CO; il gas di processo così prodotto può servire per fornire energia tramite sua combustione per sostenere il regime termico del reattore.
I processi realizzabili in accordo con la presente invenzione, considerati gli obiettivi voluti, richiedono, in alcuni reattori siderurgici, elevate cinetiche chimiche, dipendenti anche da adeguata omogeneità del bagno (costituito da fase metallica e fase scoria), ed efficienti scambi termici, obiettivi da realizzare anche tramite agitazione del bagno.
L'agitazione del bagno, se necessaria, viene realizzata essenzialmente dai materiali iniettati ed eventualmente mediante insufflazione di gas dal fondo del reattore.
La presente invenzione ha anche per oggetto i prodotti inerti ottenibili dal procedimento descritto in precedenza.
Si è data finora della presente invenzione una descrizione di carattere generale. Con l'aiuto dei seguenti esempi e dell'unica figura annessa verrà ora fornita una descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione, finalizzate a farne meglio comprendere scopi, caratteristiche, vantaggi e modalità operative.
La figura 1 mostra la sezione laterale di un convertitore AOD (Argon Oxygen Decarburization) per la produzione di acciaio inossidabile, nel quale viene eseguita una forma di realizzazione del procedimento secondo l'invenzione.
ESEMPIO 1
Iniezione della miscela reattiva in altoforno In questo esempio l'impianto sopra identificato viene utilizzato, contemporaneamente alla produzione di ghisa, per il trattamento di materiali solidi o liquidi contenenti carbonio, idrogeno e cloro. Lo scopo è usare l'apparecchiatura per la termodistruzione di materiali contenenti PCB (policlorurobifenile, noto anche come policlorobifenile) , ottenendo CO, idrogeno e cloruri di metalli alcalino terrosi ed evitando contemporaneamente la formazione di gas clorurati dannosi quali per esempio fosgene, diossina e poiiclorofurani.
In Tabella 1.1 vengono indicati i materiali immessi e le loro portate (kg/h per i solidi, Nm<3>/h per i gas).
TABELLA 1.1
La miscela contenente PCB è iniettata mediante gas inerte nella zona delle tubiere, contemporaneamente e congiuntamente al polverino di carbone, all'ossigeno e all'ossido di calcio. Al limite di questa zona, nella sacca dell'altoforno, scorre verso il crogiolo l'emulsione scoria-metallo (ghisa) liquidi che contribuisce attivamente alla reazione tra additivi e sostanze contenenti cloro La zona in cui avviene 1'iniezione ha una temperatura superiore ai 1600°C.
La basicità binaria (%Ca0/%Si02) della scoria dell 'altoforno preferibilmente è compresa tra 1 e 1,5, valori ottimali per la marcia dell<1 >altoforno stesso .
La miscela di PCB, combustibile e additivi della scoria, quando iniettata nelle tubiere, viene a trovarsi in un ambiente ad alta temperatura e fortemente riducente per la presenza dei gas prodotti nella gassificazione del combustibile e del combustibile residuo ancora presente.
La presenza nella carica di ossido di calcio e l'ambiente fortemente riducente comporta che gli alogeni rimangono bloccati nella scoria come sali di calcio.
L'iniezione combinata di combustibile e comburente fornisce l'apporto energetico necessario allo svolgimento del processo e contribuisce al mantenimento dello stato termico del reattore.
Questo modo di operare consente di ottenere dai materiali iniettati (PCB, combustibile, comburente, additivi) una fase scoria ed una fase gassosa che, grazie all'assorbimento dei cloruri da parte della scoria, è costituita essenzialmente da gas permanenti (quali azoto, ossido di carbonio, anidride carbonica ed idrogeno) e da vapore d'acqua. Il miscuglio di aeriformi risultante è anche esente da composti pericolosi (quali SOx, NOx) in quanto lo zolfo rimane bloccato nella scoria come CaS e l'azoto non si ossida a NOx grazie all'ambiente fortemente riducente.
Il gas di processo che esce con continuità dal reattore viene inviato agli impianti di recupero dell'energia termica in esso contenuta.
In Tabella 1.2 vengono indicati i materiali uscenti dalla apparecchiatura.
TABELLA 1.2
ESEMPIO 2
Iniezione della miscela_ reattiva_ in_ convertitore OBM
In questo esempio le caratteristiche del processo oggetto della presente invenzione, utilizzando un convertitore OBM (Oxygen Bodenblasen Maxhùtte) , sono descritte nella seguente tabella 2.1, dove vengono indicati i materiali immessi e le loro portate (kg/h per i solidi, Nm<3>/h per i gas).
TABELLA 2.1
L'esempio si riferisce all'uso del convertitore OBM per la termodistruzione del polivinilcloruro, PVC, (contemporaneamente alla produzione di acciaio) finalizzata all'ottenimento di una scoria inerte contenente cloruro di calcio.
L'ossigeno viene iniettato dal fondo, mediante tubierine realizzate tramite condotti concentrici che all'esterno trasportano gas naturale per raffreddare il punto di iniezione dell'ossigeno nella fase metallica liquida. La miscela reattiva contenente PVC viene iniettata dal fondo utilizzando iniettori abitualmente usati per iniettare calce in polvere.
La termodistruzione del PVC avviene nel convertitore ove è abitualmente presente una scoria basica in ambiente che permette, da una parte, di fissare nella scoria, sotto forma di composti stabili, il cloro che si sviluppa dalla termodistruzione del PVC e, dall'altra, di solubilizzare e inertizzare rapidamente i prodotti risultanti dalla termodistruzione del PVC stesso.
La termodistruzione, in presenza di scoria basica e con aggiunta di additivi, consente di ottenere i seguenti vantaggi:
- viene contrastata la tendenza del cloro a reagire con la fase metallica, e quindi vengono evitate le conseguenti perdite di fase metallica,
viene limitata a valori bassissimi la quantità di acido cloridrico o cloro nel gas di processo con i vantaggi ecologici conseguenti,
non si formano diossine o policlorofurani,
gli alogeni rimangono bloccati nella scoria come sali di calcio.
La scoria liquida in emulsione con il bagno metallico avrà viscosità inferiore a 4 poise a 1400° C in modo da garantire una efficace emulsione con la fase metallica e quindi una elevata omogeneità dell'ambiente di reazione.
La composizione della scoria deve inoltre essere tale da limitare l'usura dei refrattari di rivestimento del reattore nell'esempio con refrattari magnesiaci legati al carbonio, il tenore di ossido di Magnesio nella scoria deve essere superiore al 8% .
La gassificazione del PVC, iniettato contemporaneamente e congiuntamente all'ossigeno dagli iniettori, produce anche energia.
■Spesse volte, per il mantenimento del regime termico del reattore, questo gas è parzialmente post combusto mediante comburente opportunamente iniettato .
Ove necessario, per realizzare l'omogeneità termica e chimica del bagno adeguata a garantire elevate cinetiche di reazione, dal fondo del reattore, può essere insufflato gas inerte (ad esempio N2) nel bagno.
Questo modo di operare consente di ottenere dai materiali iniettati (PVC, comburente, additivi) una fase gassosa costituita da gas permanenti (quali azoto, ossido di carbonio, anidride carbonica ed idrogeno) e da vapore d'acqua, esente, grazie all'azione filtrante della scoria, da composti pericolosi quali composti clorurati.
Il gas di processo che esce con continuità dal reattore viene inviato agli impianti di recupero.
La fase metallica e la scoria vengono spillati a cadenza dal reattore aprendo l'apposito foro di colata.
In Tabella 2.2 vengono indicati i materiali uscenti dalla apparecchiatura.
TABELLA 2.,2
In Tabella 2.3 vengono indicate le grandezze utili per definire un corretto svolgimento del procedimento, in termini di reazioni chimiche e scambio termico.
TABELLA 2,3
ESEMPIO 3
Ini-eatons_ della miscela reattiva in convertitore AOD
Le caratteristiche della processo utilizzato secondo 1'invenzione in questo esempio sono
descritte nella seguente tabella 3.1, dove vengono indicati i materiali immessi e le loro portate (kg/h per i solidi, m<3 >(STP)/h per i gas).
TABELLA 3.1
L'esempio si riferisce all'uso del convertitore AOD (Argon Oxygen Decarburization) mostrato in sezione laterale in figura 1, per la termodistruzione (contemporanea alla produzione di acciaio inossidabile) , durante il primo stadio della decarburazione (rapporto ossigeno/gas inerte 3:1) del PVC finalizzata alla produzione di una scoria inerte contenente cloruro di calcio.
L'ossigeno viene iniettato lateralmente, mediante tubiere 1 realizzate tramite condotti concentrici che all'esterno trasportano il gas inerte necessario sia per favorire la reazione di decarburazione rispetto alla ossidazione del cromo sia per raffreddare il punto di iniezione dell'ossigeno nella fase metallica liquida. Come è noto, ulteriore ossigeno e/o gas inerte può essere introdotto con la lancia 2. La miscela reattiva contenente PVC viene iniettata lateralmente, utilizzando le tubiere 1.
La termodistruzione del PVC avviene nel convertitore ove è abitualmente presente una scoria basica in ambiente che permette, da una parte, di fissare nella scoria, sotto forma di composti stabili, il cloro che si sviluppa dalla termodistruzione del PVC e, dall'altra, di solubilizzare e inertizzare rapidamente i prodotti risultanti dalla termodistruzione del PVC stesso.
La termodistruzione in presenza di scoria basica e con aggiunta di additivi, consente di ottenere gli stessi vantaggi evidenziati nell'esempio precedente.
La scoria liquida in emulsione con il bagno metallico garantisce, nelle condizioni operative di un AOD, una efficace emulsione con la fase metallica e quindi una elevata omogeneità dell'ambiente di reazione.
Normalmente la composizione della scoria è tale da limitare l'usura dei refrattari di rivestimento del reattore con refrattari magnesiaci .
La gassificazione del PVC iniettato dalle tubiere 1, contemporaneamente e congiuntamente alla miscela ossigeno-gas inerte, produce anche energia.
Spesse volte, per il mantenimento del regime termico del reattore, questo gas è parzialmente post combusto mediante comburente opportunamente iniettato .
I gas soffiati attraverso le tubiere realizzano l'omogeneità termica e chimica del bagno adeguata a garantire elevate cinetiche di reazione.
Questo modo di operare consente di ottenere dai materiali iniettati (PVC, comburente, additivi) una fase gassosa costituita da gas permanenti {quali azoto, ossido di carbonio, anidride carbonica ed idrogeno) e da vapore d'acqua, esente, grazie all'azione filtrante della scoria, da composti pericolosi quali composti clorurati.
II gas di processo che esce con continuità dal reattore viene inviato agli impianti di recupero. La fase metallica e la scoria vengono spillati a cadenza dal reattore, ribaltando il reattore mediante l'anello di ribaltamento 3.
In Tabella 3.2 vengono indicati i materiali uscenti dalla apparecchiatura.
TABELLA 3.2
In Tabella 3.3 vengono indicate le grandezze utili per definire un corretto svolgimento del procedimento, in termini di reazioni chimiche e scambio termico.
TABELLA 3.3

Claims (13)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento ecologico per 1'inertizzazione in continuo di materiali organici alogenati mediante loro termodistruzione in reattori siderurgici, comprendente le operazioni di: introdurre lateralmente in una zona inferiore del reattore o dal fondo del detto reattore, attraverso un primo livello di iniezione, una miscela contenente detti materiali organici alogenati, eventuali additivi, combustibili e gas di trasporto della miscela, essendo la quantità di calce aggiunta come additivo almeno stechiometrica rispetto alla quantità di materiale organico alogenato introdotto; introdurre lateralmente in una zona inferiore del reattore o dal fondo del detto reattore, eventualmente attraverso un secondo livello di iniezione, comburente; - estrarre, da una zona di evacuazione, scoria siderurgica inerte in cui sono disciolti composti contenenti alogeni eventualmente da recuperare; - recuperare energia termica per combustione di gas liberati nel corso della termodistruzione.
  2. 2. Procediménto come da rivendicazione 1, in cui l'introduzione nella zona inferiore del reattore di detta miscela avviene lateralmente al livello delle tubiere.
  3. 3. Procedimento come da rivendicazione 1, in cui l'introduzione di detta miscela nella zona inferiore del reattore o dal fondo avviene in presenza di una emulsione metallo-scoria liquida avente una temperatura superiore a 1400°C.
  4. 4. Procedimento come da una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'altezza della zona a temperatura superiore a 1400°C è almeno 1000 mm.
  5. 5. Procedimento come da una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'introduzione nella zona inferiore del reattore della miscela di materiali organici alogenati, combustibile, comburente, ed eventualmente additivi e gas di trasporto, avviene in direzione radiale, tramite una pluralità di punti di immissione eventualmente su differenti livelli.
  6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 2, in cui nella zona inferiore del reattore il materiale organico alogenato da termodistruggere, il gas di trasporto, il combustibile, parte del comburente ed eventualmente additivi, vengono introdotti verso il centro in modo orizzontale o inclinato rispetto ad un piano orizzontale.
  7. 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la miscela contenente i materiali organici alogenati da termodistruggere ha una granulometria inferiore a 8 mm.
  8. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la granulometria del combustibile e degli additivi è inferiore a 8 mm, preferibilmente inferiore a 3 mm.
  9. 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la velocità di introduzione del comburente nella zona inferiore del reattore è minore di 40 m/s ed è comunque tale da consentire ai singoli getti di intersecarsi tra loro .
  10. 10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'indice di basicità binaria della scoria è superiore ad 1.
  11. 11. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la pressione interna del reattore è compresa fra 1 e 4 bar.
  12. 12. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta miscela con materiali organici alogenati da termodistruggere comprende materiali organici scelti dal gruppo comprendente policlorurobifenile (PCB), polietilencloruro, polivinilcloruro (PVC), FLUFF -miscuglio complesso di materiali - contenente materiale organico alogenato, per la presenza di atomi di cloro e fluoro, e risultante dal processo di rottamazione delle auto dopo rimozione delle frazioni matalliche e frantumazione, e loro combinazioni .
  13. 13. Procedimento ecologico per 1'inertizzazione in continuo di materiali organici contenenti alogeni, in particolare cloro, mediante loro termodistruzione in reattori siderurgici, con recupero di energia termica per combustione di gas liberati nella termodistruzione, e materiali inerti così ottenibili, come precedentemente descritto, esemplificato e rivendicato.
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