ITTA20130007A1 - Metodo ed apparato per l'abbattimento del particolato e delle diossine emesse dai camini di altiforni, raffinerie, termovalorizzatori e processi termici in generale. - Google Patents

Description

METODO E SISTEMA PER l ABBATTIMENTO DEL PARTICOLATO E DELLE DIOSSINE EMESSE DAI CAMINI DI ALTIFORNI, RAFFINERIE, TERMOVALORIZZATORI E PROCESSI TERMICI IN GENERALE.

RIASSUNTO

IL PRESENTE TROVATO DEFINISCE UN METODO ED UN APPARATO PER L'ABBATTIMENTO DEL PARTICOLATO (PM10, PMS, PM2.5, ETC) E DELLE SOSTANZE TOSSICHE (NOx, S02, PCCD “DIOSSINE”, PCDF "FURANI", PCB “POLICLOROBIFENILI, COMPOSTI CLOROFENOSSILICI, ETC) PRESENTI NEI FUMI DI SCARICO DEI PROCESSI INDUSTRIALI COME CENTRI SIDERURGICI, RAFFINERIE E IN GENERALE PER L’ELIMiNAZIONE DEGLI INQUINANTI DALLE EMISSIONI IN PARTICOLARE IL SISTEMA, A DIFFERENZA DEI SISTEMI CONVENZIONALI INSTALLATI DIRETTAMENTE SULLA SOMMITÀ DEI CAMINI E/0 CIMINIERE, PREVEDE L’ASPIRAZIONE DALLA LORO SOMMITÀ DEI FUMI/ GAS (ANCHE PROVENIENTI DA UNO O PIÙ CAMINI) E IL LORO CONVOGLIAMELO IN UN SISTEMA DI DEPURAZIONE COLLOCATO NELLE ADIACENZE DELLA BASE DEL CAMINO QUESTA SOLUZIONE PERMETTE PRINCIPALMENTE DI CONVOGLIARE LE EMISSIONI RACCOLTE DA PIÙ CAMINI IN UN UNICO SISTEMA DI FILTRAGGIO IN SEGUITO È PREVISTA IN SUCCESSIONE LA RIMOZIONE DEL PARTICOLATO CON ABBATTITORI IDRAULICI, LA TERMO DISTRUZIONE DELLE DIOSSINE CON UNO SPECIALE LETTO DI PIETRA LAVICA, L’ULTERIORE PULIZIA DEI FUMI CON TRATTAMENTI IDRAULICI/CHIMICI ED INFINE UN FILTRAGGIO MEDIANTE CARBONI ATTIVI L'OPERAZIONE INIZIALE DI RIMOZIONE DEL PARTICOLATO GARANTISCE UNA MINIMA CONTAMINAZIONE DELLE SUCCESSIVE FASI DI DEPURAZIONE ALLUNGANDONE [L TEMPO DI EFFICIENZA DEI FILTRI A VALLE CHE POSSONO CONCENTRARE LA LORO AZIONE SU UN QUANTITATIVO RIDOTTO DI CONTAMINANTI. IL TUTTO A GARANZIA ANCHE DI UNA MINIMA E TARDIVA SATURAZIONE DELLE MICROPOROSITÀ DEI CARBONI ATTIVI PRESENTI NELL'ULTIMO STADIO

Descrizione

METODO ED APPARATO PER L’ABBATTIMENTO DEL PARTICOLATO E DELLE DIOSSINE EMESSE DAI CAMINI DI ALTIFORNI, RAFFINERIE, TERMOVALORIZZATORI E PROCESSI TERMICI IN GENERALE.

AMBITO dell’INVENZIONE:

Il presente trovato ha lo scopo di purificare i fumi emessi da processi industriali come quelli derivanti da impianti siderurgici, raffinerie, termovalorizzatori e simili, al fine di filtrare ed abbattere sia il particolato (PM1 PM5, PM2.5, etc) che le sostanze tossiche (Nox, SO2, PCCD “Diossine”, PCDF Furani”, PCB POLICLOROBIFENILI, COMPOSTI CLOROFENOSSILICI, etc). In generale il particolato, le anidridi, i monossidi e biossidi di azoto sono irritanti per ì sistemi respiratori causando nell’uomo: asma, bronchiti e infezioni alle vie respiratorie. Inoltre il particolato stesso può veicolare inquinanti anche negli alveoli polmonari. Per quanto riguarda le SO2 analisi epidemiologiche hanno evidenziato un aumento dei ricoveri ospedalieri, specie di anziani e bambini con concentrazioni appena prossime a 0,3 mg/mc, mentre l'azione principale operata ai danni dell’ambiente da parte degli ossidi di zolfo consiste nell’acidificazione delle precipitazioni meteorologiche con la conseguente compromissione dell’equilibrio degli ecosistemi interessati. Con il termine generico di “ diossine ” invece si indica un gruppo di 210 composti chimici aromatici policlorurati, ossia formati da carbonio, idrogeno, ossigeno e cloro, divisi in due famiglie: dibenzo-p-diossine {PCDD 0 propriamente “diossine") e dibenzo-p-furani (PCDF 0 “furani”). Si tratta di idrocarburi aromatici clorurati, particolarmente stabili e persistenti nell’ambiente, tossici per l'uomo, gli animali e l’ambiente stesso; le diossine e i furani costituiscono infatti due delle dodici classi di inquinanti organici persistenti riconosciute a livello intemazionale dall’UNEP (United Nations Environment Programme).

Questi inquinanti si diffondono facilmente nell’ambiente a causa di cattive combustioni negli impianti industriali (si verificano elevate formazioni di diossina nei range di temperatura tra i 250°C e i 350°C ) e/o per la mancanza di opportuni sistemi di depurazione dei fumi. A volte si verifica anche la formazione spontanea di diossine e/o NOx in uscita dai camini industriali in presenza di fumi ancora caldi. Spesso è la presenza di cloro e di metalli che pone le due principali condizioni per la formazione delle diossine con temperature prossime ai 300 °C.

Gli ambiti della presente invenzione si basano dunque sulla purificazione dei fumi effettuata essenzialmente mediante un’aspirazione direttamente dalla sommità dei camini (e/o in posizioni intermedie) per poi essere convogliarli in un’unica stazione di filtraggio dove in sequenza avviene: un lavaggio per abbatterne il particolato che potrebbe “intasare” i successivi elementi di filtraggio, un successivo processo di termodistruzione per l'eliminazione delle diossine, e successivi filtraggi mediante lavaggi con soluzioni di ammoniaca per l’abbattimento degli Nox e/o con altre soluzioni specifiche a seconda del tipo di inquinante da eliminare. Gli stessi lavaggi garantiscono inoltre un abbattimento della temperatura dei fumi evitando così possibili condizioni per il riformarsi spontaneo di componenti tossiche. Al termine delle operazioni di filtraggio è previsto un passaggio forzato dei fumi all’interno di un filtro ai carboni attivi (filtraggio ultrafine) per l’eliminazione delle eventuali tracce di inquinanti non rimosse nelle precedenti fasi.

STATO della TECNICA:

In generale tra i sistemi di abbattimento degli inquinanti nei fumi sono previste delle soluzioni che provvedono prevalentemente alla rimozione del particolato con Elettrofiltri, Filtri a Manica, Depolve ratori a Ciclone, Depoi veratori Idraulici, Carboni Attivi, che purtroppo soffrono pesantemente di problemi di manutenzione periodica per la pulizia dei filtri, e sono molto spesso malfunzionanti per una non corretta esecuzione e sequenzialità delle operazioni di filtraggio, od anche si presentano inadeguati per gli eccessivi costi di costruzione e manutenzione. Molti di questi sistemi non sono compatibili con le alte temperature (filtri a maniche) o hanno delle ridottissime efficienze di filtraggio del particolato (cicloni tradizionali). In alcuni casi sono previsti onerosi sistemi di termod istruzione al plasma con successivo lavaggio ed asciugatura dei fumi o un semplice lavaggio dei fumi con il sistema descritto dal brevetto KR20020044845, o con sistemi cosi come descritti dai brevetti W020Q9087100, W08800610A1, W00006289, ma nessuno permette di ottenere efficienti purificazioni dei fumi con bassi costi di costruzione e gestione.

DESCRIZIONE deli’INVENZIONE:

L’obiettivo fondamentale del presente trovato è realizzare un sistema economico, con minimi costi di gestione e manutenzione, capace di un efficiente abbattimento del particolato e delle sostanze inquinanti presenti nei fumi di scarico dei processi industriali, evitando nel contempo l'utilizzo di tecnologie molto costose come le torce al plasma per la termodistruzione degli inquinanti e/o sistemi di lavaggio dei fumi molto complessi e/o caratterizzate da ridotte portate di emissioni ed inquinanti da trattare. La sua particolare capacità di “depurare" elevati volumi di gas nell’unità di tempo, permette soprattuto di economizzare l’intero impianto in una sola unità di purificazione delle emissioni provenienti da più camini. Tale condizione è resa inoltre possibile dal principio di funzionamento dello stesso così come di seguito descritto e riassunto dallo schema di fig. 1.2 dove le emissioni provenienti da diverse sorgenti (di emissione fumi) sono convogliate neH’unico sistema di abbattimento che prevede un lavaggio fumi, una termodistruzione, un ulteriore lavaggio chimico per concludersi poi con un filtraggio mediante carboni attivi. La fig. 1.1 ne riassume poi uno schema impiantistico.

Come illustrato nella fig. 1.1 della TAV l dei disegni allegati, i fumi {gas/emissioni/diossine) provenienti dal camino vengono aspirati dalla sommità (fig. 1.1 a) ed incanalati in opportune tubazioni mediante una cappa che si adattata alle dimensioni del camino stesso. L’aspirazione dei fumi è garantita da una turbina/aspiratore (fig. 1.1 b) che accelera le particelle di fumo e particolato convogliandole nel successivo sistema di lavaggio (fig. 1.1c).

Tale sistema è meglio illustrato nella TAV II ed in particolare nella fig. 2.4. La particolarità del sistema consiste nel condensare/aggregare il particolato mediante una nebulizzazione (fig.

2.4d) con acqua e/o additivi chimici capaci di rendere solubili le diossine e/o i diversi inquinanti contenuti nei fumi. Le particelle di particolato aggregate e combinate con le minuscole goccioline di acqua e/o additivi e/o addensanti vengono poi proiettate all’interno di un particolare ciclone cui ne viene forzato un percorso a spirale, dove man mano che la curvatura diminuisce costringe con maggiore intensità le particelle ad impattare contro le pareti. La fig. 2.3 dettaglia, attraverso una vista in pianta del ciclone, il percorso delle particelle di gas che sono costrette a seguire una spirale. La fig. 2.1 invece rappresenta la vista assonometrica di una sezione parziale e illustra il moto delle particelle all’interno delle camere a spirale. Nel moto vorticoso le particelle sono scagliate contro le pareti e sono successivamente costrette a ricadere all’interno di un serbatoio (fig. 2.1a) contenente il fluido che viene a monte nebulizzato (acqua, acqua+solventi o acqua+addensanti) che le intrappola, e garantisce che alla fine del percorso -al termine dell'ultima spira centrale-, i fumi ripuliti dal particolato fuoriescano da un’apertura superiore. Dunque nella logica di funzionamento il fluido contenuto del serbatoio contiene il particolato “catturato" che si accumula progressivamente sul fondo (e dal quale andrà periodicamente rimosso). Lo stesso fluido opportunamente filtrato verrà rimesso in ricircolo neirimpianto di nebulizzazione. La vista 2.2 che è una sezione verticale del ciclone mostra in fig. 2.2b le aperture che permettono a! particolato di colare nel serbatoio una volta collisi con le pareti della spirale. La fig. 2.2c raffigura un particolare deflettore che regola l’apertura del foro di scolo del particolato in base alla tipologia di fumi da trattare, infatti per alcune condizioni potrebbe essere necessaria una completa chiusura del deflettore per evitare che dalla camera centrale i contaminanti possano fuoriuscire insieme al fumo purificato.

Una volta terminata la fase di “lavaggio fumi” come da fig. 1.2 e fig. 1.1c viene eseguita la termodistruzione degli inquinanti e delle diossine. In generale i principali studi in materia evidenziano che per una termodistruzione ottimale sono necessari dei tempi di permanenza da 0,5 sec a 1,5 sec in camere di combustione la cui temperatura, a secondo degli inquinanti può variare dai 1000°C ai 1500°C. Ovviamente tempi di esposizione maggiori non fanno altro che migliorare il processo di termodistruzione. Inoltre accade spesso che nelle camere di combustione tradizionali ci siano zone a differente temperatura, rischiando che alcuni inquinanti non siano sottoposti ad una completa e perfetta termodistruzione.

Per ovviare a questi inconvenienti e garantire soprattutto un più lungo “contatto” degli inquinanti con temperature efficaci alla termodistruzione è stato previsto un particolare “letto" di pietra lavica a configurazione verticale o orizzontale così come riportato nella TAV III rispettivamente nelle figg. 3.1 e 3.2. La particolarità di tali tipologie di sistemi di termodistruzione consiste nell’arroventare alla temperatura di termodistruzione, con opportuni bruciatori {vedi fig. 3.1 b), ciotoli di pietra lavica e/o materiale refrattario e/o materiali capaci di accumulare calore, disposti nella direzione del flusso dei fumi da depurare. In questo modo i fumi attraversando i ciotoli di pietra lavica e soprattutto percorrendone gli interstizi impongono gli inquinanti e/o le diossine ad uno stretto contatto con la superficie rovente degli stessi, causandone sull’intero tratto una perfetta termodistruzione. Costringendone inoltre l’attraversamento negli interstizi dei ciotoli roventi si evita che parte dei fumi possano confluire in zone "fredde” del termodistruttore, nonché il percorso equivalente tra gli interstizi, risultandone più lungo rispetto ad uno eseguito in modo lineare, garantisce una maggiore permanenza e contatto dei fumi con le alte temperature.

La caratterizzazione di questi particolari letti di pietra lavica presuppone dunque la necessità di un corretto lavaggio dei fumi eseguito a monte, diversamente gli interstizi in poco tempo verrebbero intasati e occlusi dal particolato rendendone inutilizzabile in breve tempo il sistema. Al termine del processo di termodistruzione è necessario abbattere velocemente le temperature per evitare, soprattutto nel range tra i 250°C e 350°C la formazione spontanea di diossine, pertanto è stato previsto in uscita dal termodistruttore un lavaggio chimico dei fumi con soluzioni di ammoniaca che garantiscono un abbassamento della temperatura (si consiglia di abbassarla sotto i 200°C, ancora meglio sotto i 150°C) oltre che garantire l'eliminazione degli NO*. Chiaramente l’impiego di diverse soluzioni chimiche è ammissibile (in base agli inquinanti), purché in primis ne venga garantito un abbattimento delle temperature ad esempio con opportuni scambiatori di calore e garantire anche un recupero termico del processo. L’ultima fase prevista (ma non strettamente necessaria) consiste nel far attraversare i fumi ormai depurati attraverso le microporosità dei carboni attivi (vedi fig. 1.1f) per trattenerne eventuali inquinanti (dalle dimensioni di 0,1 um) sfuggiti dalle precedenti fasi di depurazione. Sicuramente essendo i carboni attivi attraversati da fumi ormai già completamente depurati, la loro vita media sarà molto elevata, visto che solo piccole percentuali di inquinanti residue potranno annidarsi tra le loro cavità.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI: 1. Metodo ed apparato per l’abbattimento di particolato, diossine ed inquinanti in generale presenti nelle emissioni di fumi e di processi termici e/o di raffinazione in generale, comprendente le seguenti fasi (così come illustrato in fig. 1.1 e riassunto in fig. 1.2): aspirazione dei fumi direttamente dalla sommità (o in posizione intermedia) di una o più ciminiere, camini, sorgenti di emissione (fig. 1.1a) per mezzo di opportune cappe di aspirazione e relativi aspiratori/turbine (fig. 1.1b) e successivamente incanalati in un unico sistema di abbattimento e purificazione; lavaggio dei fumi con acqua e/o solventi e/o addensanti per rimuovere il particolato e avviare una distruzione chimica delle diossine e inquinanti (figg. 1.1c, 2.4); termodlstruzione degli inquinanti mediante un letto di ciotoli di pietra lavica incandescente, in cui durante il passaggio dei gas tra gli interstizi di detti ciotoli, se ne garantisce la decomposizione termica (figg. 3.1, 3.2); ulteriore lavaggio chimico (fig. 1.1e) -con soluzioni di ammoniaca (NH3) 0 urea (CH4N2O) 0 composti equivalenti- delle emissioni in uscita dal processo di termodistruzione per garantire un rapido abbassamento delle temperature dei gas (al di sotto dei 200°C, ancor più preferibilmente al di sotto dei 150°C) ed evitare così il formarsi spontaneo delle diossine, e garantire l’abbattimento degli NOx; ulteriori ed eventuali lavaggi chimici in sistemi separati per garantire il trattamento dei fumi con soluzioni chimiche tra loro incompatibili; filtraggio ultrafine dei fumi ormai depurati, attraverso il passaggio forzato all'interno di un letto di carboni attivi, per garantire che eventuali tracce di inquinanti rimangano imprigionate tra le microporosità degli stessi.
2. 2. Metodo ed apparato per l'abbattimento di particolato, diossine ed inquinanti in generale secondo la rivendicazione precedente, in cui il lavaggio dei fumi (fig. 2.4, 1.1c, 1.1e) avviene nebulizzando sul flusso gassoso (fig. 2.4d) microparticelle di acqua e/o di soluzioni chimiche capaci di solubilizzare/scomporre le diossine e/o inquinanti od anche, a seconda delle necessità, migliorare la coesione del particolato con soluzioni chimiche addensanti.
3. 3. Metodo ed apparato per l'abbattimento di particolato, diossine ed inquinanti in generale secondo le precedenti rivendicazioni in cui il flusso di fumi viene costretto a percorrere una spirale (fig. 2.3) e dove il partìcoiato, coeso dalle microparticelle della soluzione acquosa e/o di un solvente e/o addensante, impatta inevitabilmente sulle pareti di detta spirale ricadendo poi in modo spontaneo, rimanendone catturato, all'interno di un serbatoio di contenimento della soluzione stessa riposto nella parte inferiore (fig. 2.1 immagine in assonometria della spirale e del percorso compiuto delle particelle di particolato, mentre la fig. 2.1a rappresenta il serbatoio di accumulo della soluzione acquosa e del particolato catturato), mentre i fumi depurati fuoriescono verso l’alto alla fine della spirale dalla camera centrale (vista in sezione della fig. 2.2).
4. 4. Metodo ed apparato per l'abbattimento di particolato, diossine ed inquinanti in generale secondo una o più rivendicazioni precedenti per cui il ciclone caratterizzato da un percorso a spirale così come illustrato in fig. 2.1 (vista assonometrica), fig. 2.2 (vista in sezione) fig. 2.3 (vista in pianta) può presentare sulla superficie delle pareti della spirale opportuni deflettori e/o guide e/o cavità e/o asperità e/o fori e/o alette di guida, con o senza ulteriori impieghi di soluzioni acquose al fine di intrappolare con più efficacia il particolato e convogliarlo all'interno del serbatoio di accumulo, dove verrà periodicamente rimosso dal fondo in modo manuale o automatico.
5. 5. Metodo ed apparato per l’abbattimento di particolato, diossine ed inquinanti in generale secondo una o più rivendicazioni precedenti per cui le camere delia spirale con quella del serbatoio di accumulo della soluzione acquosa e particolato possono essere a diretto contatto, ovvero separate da opportune valvole ovvero separate da opportuni deflettori che ne regolano il flusso od anche ne ostacolano indesiderate risalite di contaminanti dal serbatoio alle camere stesse della spirale.
6. 6. Metodo ed apparato per l’abbattimento di particolato, diossine ed inquinanti in generale secondo una o più rivendicazioni precedenti per cui forzando i fumi e gli inquinanti ad attraversare gli interstizi di un letto di ciotoli di pietra lavica -ovvero di un materiale termoresistente capace di arroventarsi- disposti preferibilmente nella direzione del flusso, resi incandescenti (preferibilmente dai 1000°C ai 1500°C) da opportuni bruciatori posti nella parte inferiore di tale letto, il continuo contatto degli inquinanti con la superficie rovente dei ciotoli ne garantisce la termodistruzione.
7. 7. Metodo ed apparato per l’abbattimento di particolato, diossine ed inquinanti in generale, secondo la rivendicazione precedente per cui la dimensione dei ciotoli (di cui è preferibile una forma oblunga collineare al flusso come in fig. 3.1 a), la loro separazione per creare opportuni interstizi di passaggio dei fumi ed inquinanti, nonché numero e distribuzione di un singolo strato, nonché il numero di strati da sovrapporre, deve essere commisurato alle velocità e alle portate di inquinanti da trattare nell’unità di tempo, nonché al tempo di permanenza (in genere da 0,5sec ai 1,5sec) necessario a garantire la completa termodistruzione degli stessi.
8. 8. Metodo ed apparato per l'abbattimento di particolato, diossine ed inquinanti in generale secondo una o più rivendicazioni precedenti per cui il letto di pietra lavica può essere realizzato sovrapponendo in modo libero i singoli strati di ciotoli, ovvero ricorrendo all’uso di opportune griglie di contenimento (in acciaio, in argilla, etc) su cui collocare i ciotoli rispettando opportune geometrie, e poi sovrapporre le successive griglie (e dunque i successivi strati), preferibilmente in modo non allineato per evitare il formarsi di corridoi. In tali corridoi infatti i fumi potrebbero sfuggire alla collisione con la superficie incandescente dei ciotoli non subendone la necessaria termodistruzione. La fig. 3.1 rappresenta a solo titolo di esempio non limitativo come i diversi strati di pietra lavica siano in posizione alternata, garantendo che alla terminazione di un interstizio tra due ciotoli sia sicuramente presente un fronte incandescente capace di esercitare la sua azione termodistruttiva.
9. 9. Metodo ed apparato per l’abbattimento di particolato, diossine ed inquinanti in generale secondo una o più rivendicazioni precedenti per cui è prevista la depurazione dei fumi di più sorgenti di emissione di particolato, gas, diossine quali camini e/o ciminiere industriali e non, per cui diversi sistemi di aspirazione (con o senza effetto venturi) prelevano i fumi da ciminiere differenti convogliandoli in un’unica unità di depurazione con le caratteristiche descritte e rivendicate nei precedenti punti.
10. 10. Metodo ed apparato per [‘abbattimento di particolato, diossine ed inquinanti in generale secondo una o più rivendicazioni precedenti, per cui nella configurazione generale, la turbina/aspiratore (fig.l.lb) può anche essere preceduta da uno o più apparati di nebulizzazione (e/o lavaggio completo dei fumi) al fine di sfruttare la successiva azione meccanica dei sistemi di aspirazione, quali turbine e/o ventole e/o aspiratori, con o senza effetto venturi, e ricombinare al meglio le particelle della soluzione nebulizzata con quelle del particolato ed essere meglio rimossi durante il percorso nella spirale di abbattimento (fig.1c).