ITUB20154976A1 - Procedimento per il trattamento degli effluenti gassosi sviluppati in un impianto di tostatura del caffe. - Google Patents
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Description
''Procedimento per il trattamento degli effluenti gassosi sviluppati in un impianto di tostatura del caffè"
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un procedimento per il trattamento degli effluenti gassosi sviluppati in un impianto di tostatura di caffè.
Più specificamente la presente invenzione ha per oggetto un procedimento in cui detti effluenti vengono convogliati attraverso un convertitore ossidativo catalitico.
Il processo di tostatura del caffè crudo comporta lo sviluppo di composti organici volatili (VOC), cui è legato l'aroma del caffè. Molti di tali composti organici contenenti nella loro struttura degli atomi di azoto, nel passaggio attraverso un convertitore catalitico ossidativo, tipicamente utilizzato per ottemperare a normative che impongono limiti sulle emissioni di VOC e di monossido di carbonio (CO), determinano la formazione di ossidi di azoto. Tali normative impongono una forte riduzione delle componenti inquinanti quali ossidi di azoto e composti organici.
Il convertitore catalitico rappresenta attualmente il componente essenziale nella maggior parte dei sistemi di scarico, in uso in particolare in ambito automobilistico allo scopo di abbattere le emissioni, grazie alla capacità di catalizzare reazioni in grado di convertire gli agenti inquinanti in sostanze non nocive oppure poco dannose.
Le tecniche di post-trattamento per l'abbattimento degli N0X, attualmente consolidate a livello industriale sono le tecniche SCR (Selective Catalytic Reduction) e l'LNT (Lean NO*Trap). Nell'SCR le molecole di N0Xreagiscono con un composto riducente (generalmente ammoniaca o un suo precursore, ad esempio urea) per formare, in presenza di un catalizzatore, acqua e azoto in un intervallo di temperatura tra 300 e 400°C. La tecnica LNT, invece, prevede 1'intrappolamento degli ossidi di azoto tramite loro adsorbimento sotto forma di nitrati su un catalizzatore depositato su un supporto solido. Poiché la capacità di stoccaggio dell'adsorbente è limitata, è necessaria una rigenerazione periodica della trappola mediante introduzione di una sostanza riducente per un periodo molto breve, contemplando quindi un funzionamento discontinuo del sistema di abbattimento.
Entrambe le tecniche, che attuano la riduzione dei soli ossidi di azoto, richiedono di modificare il layout degli attuali impianti, mediante aggiunta di un ulteriore reattore ed eventuale addizione di un agente riducente (tipicamente ammoniaca), con conseguente inasprimento delle condizioni di sicurezza dell'impianto.
Ulteriori svantaggi legati all'applicazione delle due tecniche suddette al processo di tostatura del caffè risiedono principalmente nell'utilizzo dell'agente riducente, che può comportare l'eventuale rilascio nell'ambiente di tale sostanza non reagita, con la conseguente necessità di prevedere un catalizzatore addizionale per il suo abbattimento, nella difficoltà di introdurre correttamente l'agente riducente a causa del carattere estremamente discontinuo del processo di tostatura, nella presenza di composti solforati negli effluenti gassosi da trattare, che possono avvelenare il catalizzatore e diminuirne la capacità di abbattimento, e nei volumi di effluente gassoso, che possano comportare notevoli volumi di catalizzatore e quindi una modifica sostanziale del layout degli impianti (particolarmente per la tecnica LNT).
Nella maggior parte dei casi i convertitori comprendono un substrato di ceramica, provvisto di un rivestimento con un impregnante catalitico contenente metalli nobili, nanoparticelle di ossido di rame, nanoparticelle di ossido di ferro, tipicamente uno o più metalli del gruppo del platino (platino, palladio, rodio).
L'utilizzo esteso di una grande quantità di metalli nobili, nanoparticelle di ossido di rame, nanoparticelle di ossido di ferro implica tuttavia costi ingenti.
Uno scopo della presente invenzione è di proporre un procedimento migliorato per il trattamento degli effluenti gassosi sviluppati in un impianto di tostatura del caffè, tale procedimento essendo attuabile con materiali più economici e con elevata capacità di ossidazione di molecole azotate e composti organici volatili.
Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione con un procedimento di trattamento del tipo sopra definito, caratterizzato primariamente dal fatto che nel convertitore catalitico viene utilizzato un catalizzatore scelto nel gruppo costituito da
a) un catalizzatore comprendente un supporto poroso di faujasite includente nanoparticelle di rame (Cu) in quantità compresa fra il 2% e il 7%, e preferibilmente pari a circa il 5% del peso totale del catalizzatore;
b) un catalizzatore comprendente un supporto poroso di γ - allumina (γ-Α1203)includente nanoparticelle di rame (Cu) in quantità compresa fra il 2% e il 7%, e preferibilmente pari a circa il 5% del peso totale del catalizzatore; e
c) un catalizzatore comprendente un supporto di zeolite o silice mesoporosa includente nanoparticelle di ferro (Fe) in quantità compresa fra il 2% e il 7%, e preferibilmente pari a circa il 5% del peso totale del catalizzatore.
Le nanoparticelle di Cu oppure Fe possono essere convenientemente depositate sui relativi supporti con la tecnica di impregnazione IWI (Incipient Wetting Impregnation).
Nel caso del catalizzatore comprendente nanoparticelle di ferro, la suddetta zeolite o silice mesoporosa è convenientemente una zeolite o silice SBA (Santa Barbara Amorphous) 15,
Convenientemente, sebbene non necessariamente, prima dell'immissione di fumi nel convertitore catalitico i suddetti effluenti gassosi sviluppati nella tostatura del caffè crudo vengono riscaldati ad una temperatura compresa fra 350°C e 500°C, e preferibilmente compresa fra 400°C e 450°C, ad esempio mediante un post-combustore.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata con riferimento ai disegni allegati, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali:
la figura 1 è uno schema a blocchi di un impianto di tostatura di caffè a cui è associato un sistema di trattamento degli effluenti gassosi operante secondo il procedimento della presente invenzione; e
le figure da 2 a 4 sono diagrammi comparativi relativi alle produzioni o rese di CO2 e NO*indicativamente ottenibili con un procedimento secondo la presente invenzione.
Nella figura 1 con 1 è complessivamente indicato un apparato di tostatura o torrefazione, di tipo per sé noto. In tale apparato è definita una camera di tostatura cui viene addotta una quantità di caffè crudo destinato ad essere tostato.
Alla camera di tostatura dell'apparato 1 viene inoltre alimentato un flusso di aria calda, avente una temperatura dell'ordine di 500°C, generato ad esempio a mezzo di un bruciatore 2, parimenti di tipo per sé noto, alimentato con una miscela di aria e metano.
Nell'apparato di tostatura 1 vengono sviluppati nel funzionamento effluenti gassosi che nell'esempio di realizzazione illustrato nella figura 1 pervengono ad un ciclone 3, con una temperatura compresa ad esempio fra 150°C e 250°C.
Il ciclone 3 attua un trattamento preliminare degli effluenti gassosi, separando dal suo flusso particelle di maggiore inerzia.
Tramite un dispositivo soffiatore 4 gli effluenti gassosi all'uscita del ciclone 3 vengono inoltrati verso un convertitore catalitico ossidativo 5.
All'uscita del soffiatore 4 gli effluenti gassosi hanno una temperatura compresa ad esempio fra 100°C e 200°C.
Convenientemente, sebbene non necessariamente, prima di raggiungere il convertitore catalitico 5 detti effluenti gassosi passano in un postbruciatore 6, vantaggiosamente alimentato con la medesima miscela combustibile utilizzata per il bruciatore 2.
All'ingresso del catalizzatore ossidativo 5 gli effluenti gassosi presentano così una temperatura incrementata, compresa ad esempio fra 350°C e 500 °C, e preferibilmente compresa fra 400 °C e 450 °C.
Conformemente alla presente invenzione, nel convertitore catalitico 5 viene vantaggiosamente utilizzato uno dei seguenti catalizzatori:
a) catalizzatore comprendete un supporto porosa di faujasite, includente nanoparticelle di rame in quantità sostanzialmente compresa fra il 2% e il 7%, e preferibilmente pari a circa il 5%, del peso totale del catalizzatore;
b) un catalizzatore comprendente un supporto poroso di γ - allumina, includente nanoparticelle di rame in quantità sostanzialmente compresa fra il 2% e il 7%, e preferibilmente pari a circa il 5% del peso totale del catalizzatore; e
c) un catalizzatore comprendete un supporto di zeolite o silice mesoporosa, includente nanoparticelle di ferro in quantità sostanzialmente compresa fra il 2% e il 7%, e preferibilmente pari a circa il 5% del peso totale del catalizzatore.
Convenientemente, detta zeolite o silice mesoporosa è una zeolite SBA (Santa Barbara Amorphous) 15.
Le nanoparticelle di rame oppure ferro vengono convenientemente depositate sui relativi supporti con la tecnica di impregnazione IWI (Incipient Wetting Impregnaiion).
Simulazioni e prove effettuate hanno dimostrato che i catalizzatori sopra elencati consentono di ottenere una capacità assai elevata di ossidazione selettiva di CO, molecole azotate e composti organici impedendo o riducendo contemporaneamente l'ossidazione degli atomi di azoto. Tali catalizzatori hanno dimostrato una bassa produzione di ossidi di azoto e praticamente nessuna emissione di monossido di carbonio, permettendo una conversione praticamente completa di tutte le molecole presenti nel sistema in C02e N2e H20.
Nelle figure da 2 a 4 sono riportati diagrammi comparativi che illustrano, in funzione della tem peratura riportata in ascissa, la resa di C02, la resa di N0Xe la concentrazione di N0Xper i tre catalizzatori sopra descritti, rilevate in prove di simulazione, condotte effettuando ossidazioni di una miscela di molecole "sonda" tipicamente sviluppate nella tostatura del caffè, e in particolare della miscela-sonda avente le composizione di cui alla tabella sottostante:
Composto Concentrazione
Monossido di carbonio 450 ppm
Piridina 280 ppm
Metanolo 250 ppm
Ossigeno 10%
Elio Resto
II grafico della figura 2 mostra come i tre catalizzatori sopra descritti presentano un'elevata resa in termini di anidride carbonica, superiore al 70% su un esteso campo di temperatura. In particolare, il catalizzatore più prestazionale è il catalizzatore comprendente 5% in peso di rame su un substrato di γ-allumina, la cui resa in tutto il range di temperatura da 375°C a 500°C è superiore al 60%, raggiungendo il 100% a partire da 435°C.
Dalla figura 4 si può vedere come la concentrazione di NO*formatisi durante il test con il catalizzatore a base di rame sul supporto di faujasite e sempre inferiore a 25 g/Nm<3>, con una resa in N0X(figura 3) inferiore al 5%.
Il catalizzatore a base di ferro su zeolite o silice SBA-15 all'aumentare della temperatura tende asintoticamente al 25% di resa (figura 3).
In relazione al catalizzatore a base di rame su substrato di γ-allumina, si osserva invece che aumentano gli ossidi di azoto all'aumentare della temperatura.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.
Claims (5)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il trattamento degli effluenti gassosi sviluppati in un impianto di tostatura di caffè (1), in cui detti effluenti vengono convogliati attraverso un convertitore catalitico ossidativo (5), il procedimento essendo caratterizzato dal fatto che in detto convertitore catalitico (5) viene utilizzato un catalizzatore scelto nel gruppo costituito da a) un catalizzatore comprendente un supporto poroso di faujasite includente nanoparticelle di ossido di rame in quantità compresa fra il 2% e il 7%, e preferibilmente pari a circa il 5%, del peso totale del catalizzatore; b) un catalizzatore comprendente un supporto poroso di γ - allumina includente nanoparticelle di ossido di rame in quantità compresa fra il 2% e il 7%, e preferibilmente pari a circa il 5%, del peso totale del catalizzatore; e c) un catalizzatore comprendente un supporto poroso di zeolite o silice mesoporosa, includente nanoparticelle di ferro in quantità compresa fra il 2% e il 7%, e preferibilmente pari a circa il 5%, del peso totale del catalizzatore.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta silice mesoporosa è una silice SBA-15.
- 3. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui prima dell'immissione nel convertitore catalitico (5) detti effluenti gassosi vengono riscaldati ad una temperatura compresa fra 350 °C e 500°C, e preferibilmente compresa fra 400°C e 450°C.
- 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette nanoparticelle di ossido di rame oppure ferro sono depositate sui suddetti supporti con la tecnica di impregnazione IWI (Incipient Wetting Impregnation) .
- 5. Procedimento per il trattamento degli effluenti gassosi sviluppati in un impianto di tostatura di caffè sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.
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