ITVR20110056A1 - PROCEDURE AND MEANS FOR THE REMOVAL OF THE AMMONIA IN THE EVAPORATION PROCESSES OF SCULPTED AND DIGESTATED BY BIOGAS - Google Patents
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Description
CAMPO DI APPLICAZIONE FIELD OF APPLICATION
La presente invenzione riguarda un procedimento ed i relativi mezzi per la rimozione dell'ammoniaca dal vapore nei processi di evaporazione di percolati e digestato da biogas. The present invention relates to a process and relative means for removing ammonia from the steam in the evaporation processes of percolates and digestate from biogas.
Il procedimento ed i mezzi secondo l'invenzione consentono di attuare i seguenti trattamenti: The process and the means according to the invention allow to carry out the following treatments:
1) Rimozione dell'ammoniaca nei processi di evaporazione di percolati di discarica, dei digestato da produzione di biogas; 1) Removal of ammonia in the evaporation processes of landfill leachate, digestate from biogas production;
2) Produzione, alla fine del processo di rimozione, di una soluzione di ammonio solfato. 2) Production, at the end of the removal process, of an ammonium sulphate solution.
Il procedimento ed i mezzi secondo la presente invenzione, hanno il vantaggio, rispetto alle soluzioni note, di assorbire selettivamente l'ammoniaca dalla fase vapore, nella quale l'ammoniaca è libera e non idratata. The process and the means according to the present invention have the advantage, with respect to known solutions, of selectively absorbing the ammonia from the vapor phase, in which the ammonia is free and not hydrated.
Il sistema in oggetto non necessita di ulteriore energia, essendo le energie chimiche in gioco di bassa entità e facilmente controllabili mediante riscaldamento e raffreddamento con i sistemi ordinari della soluzione di alimento. The system in question does not require any further energy, since the chemical energies involved are low and easily controllable by heating and cooling with the ordinary systems of the food solution.
Il trasferimento di massa dell'ammoniaca al liquido assorbente (acido solforico o altri acidi) non è determinato dalla solubilità ma dalla salificazione in forma di ammonio. Questo consente il continuo trasferimento, anche ad elevate concentrazioni nella soluzioni, fino alla saturazione. The mass transfer of ammonia to the absorbent liquid (sulfuric acid or other acids) is not determined by solubility but by salification in the form of ammonium. This allows the continuous transfer, even at high concentrations in the solutions, until saturation.
La presente invenzione è inserita nell'ambito dei procedimenti per il trattamento dei rifiuti, in particolare nel trattamento termico rifiuti, di matrice organica e inorganica finalizzato alla produzione di materia prima secondaria. The present invention is included in the context of processes for the treatment of waste, in particular in the thermal treatment of waste, of organic and inorganic matrix aimed at the production of secondary raw material.
STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE
È noto che i percolati di discarica, i percolati da lavorazione di rifiuti civili e/o agro-alimentari, le deiezioni animali e le biomasse utilizzate nella produzione di biogas producono flussi liquidi acquosi caratterizzati dalla presenza di sostanze organiche putrescibili, che sviluppano ammoniaca e vengono trattate al fine dello smaltimento in impianti chimico fisico o biologici. It is known that landfill leachate, leachate from the processing of civil and / or agro-food waste, animal manure and biomass used in the production of biogas produce aqueous liquid flows characterized by the presence of putrescible organic substances, which develop ammonia and are treated for the purpose of disposal in chemical, physical or biological plants.
I processi di evaporazione sono altresì utilizzati per il trattamento di questi reflui acquosi, ottenendo la separazione dell'acqua e delle sostanze volatili dalla fase liquida di partenza. The evaporation processes are also used for the treatment of these aqueous wastewater, obtaining the separation of water and volatile substances from the starting liquid phase.
Nelle condizioni di evaporazione, l'ammoniaca presente nella soluzione di partenza evapora, secondo l'equilibrio di distribuzione tra le fasi, insieme all'acqua evaporata, e nella seguente condensazione l'acqua e l'ammoniaca condensano congiuntamente. Under evaporation conditions, the ammonia present in the starting solution evaporates, according to the distribution equilibrium between the phases, together with the evaporated water, and in the following condensation the water and ammonia condense jointly.
La soluzione ammoniacale costituita dal condensato deve quindi essere sottoposta a un processo di eliminazione dell'ammoniaca, ai fini di poter essere scaricata nei corsi d'acqua o nelle fognature o nello spandimento in agricoltura, secondo le normative di riferimento esistenti. The ammonia solution consisting of the condensate must therefore be subjected to a process of elimination of ammonia, in order to be discharged into water courses or sewers or spreading in agriculture, according to the existing reference regulations.
Il problema della rimozione dell'ammoniaca viene affrontato in un secondo passaggio, partendo dall'acqua evaporata condensata e contenente l'ammoniaca, attraverso l'utilizzo di processi quali lo stripping termico, lo stripping gassoso, l'osmosi inversa, lo scambio ionico, oltre ma non limitatamente ai processi biologici de-nitro/nitro bene noti. The problem of ammonia removal is faced in a second step, starting from the condensed evaporated water containing ammonia, through the use of processes such as thermal stripping, gas stripping, reverse osmosis, ion exchange, as well as but not limited to the well known de-nitro / nitro biological processes.
Questi processi richiedono ulteriori unità di trattamento con consumi energetici e di prodotti chimici per il trasferimento dell'ammoniaca disciolta in acqua per effetto della condensazione secondo la tecnologia utilizzata . These processes require additional treatment units with energy and chemical consumption for the transfer of ammonia dissolved in water due to condensation according to the technology used.
Questi processi portano alla formazione di soluzioni di sali d'ammonio dalla reazione con soluzioni acide di assorbimento (generalmente solfato) e ad azoto elementare o sue forme ossidate (Nitrati e Nitriti) nei processi biologici . These processes lead to the formation of ammonium salt solutions from the reaction with acid absorption solutions (generally sulphate) and elemental nitrogen or its oxidized forms (Nitrates and Nitrites) in biological processes.
I tradizionali processi di evaporazione oggi in uso, ai quali è applicabile il processo di rimozione dell'ammoniaca, sono generalmente differenziati secondo le seguenti famiglie fondamentali: The traditional evaporation processes in use today, to which the ammonia removal process is applicable, are generally differentiated according to the following basic families:
• termici: a semplice effetto, a doppio o multiplo effetto, a termocompressione. Gli evaporatori termici utilizzano una sorgente calda che fornisce i'energia per l'evaporazione e una sorgente fredda per la condensazione . • thermal: single effect, double or multiple effect, thermocompression. Thermal evaporators use a hot source that provides energy for evaporation and a cold source for condensation.
• a pompa di calore: Gli evaporatori a pompa di calore utilizzano un ciclo Rankine per generare la sorgente calda e la sorgente fredda. • heat pump: The heat pump evaporators use a Rankine cycle to generate the hot source and the cold source.
• a compressione meccanica del vapore: Gli evaporatori a compressione meccanica utilizzano un compressore che, innalzando la pressione e la temperatura dello stesso vapore prodotto, la riutilizza per riscaldare la soluzione stessa. In questo caso lo scambiatore di riscaldo è anche quello di condensazione. • mechanical vapor compression: The mechanical compression evaporators use a compressor which, by raising the pressure and temperature of the vapor produced, reuses it to heat the solution itself. In this case the heating exchanger is also the condensing one.
In tutti questi processi evaporativi esiste una fase vapore nella quale si trovano l'acqua e l'ammoniaca in forma gassosa. Questa fase si realizza tra la fase di evaporazione e quella di condensazione indipendentemente dalle condizioni di temperatura e di pressione di equilibrio. In all these evaporative processes there is a vapor phase in which water and ammonia are found in gaseous form. This phase takes place between the evaporation and condensation phases regardless of the equilibrium temperature and pressure conditions.
Durante tali processi di evaporazione l'acqua che è evaporata e l'ammoniaca che si accompagna con l'evaporazione dell'acqua, condensa nel condensatore formando una soluzione di idrato di ammonio (ammoniaca disciolta in acqua) During these evaporation processes the water that has evaporated and the ammonia that accompanies the evaporation of the water condenses in the condenser forming a solution of ammonium hydrate (ammonia dissolved in water)
Una volta realizzata l'operazione di condensazione i processi attuali separano l'ammoniaca dall'acqua con un successivo processo di stripping che risulta energeticamente molto oneroso. Once the condensation operation has been carried out, the current processes separate the ammonia from the water with a subsequent stripping process which is energetically very onerous.
DESCRIZIONE DELL' INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invenzione si propone di mettere a disposizione un procedimento ed i relativi mezzi per la rimozione dell'ammoniaca dal vapore nei processi di evaporazione di percolati e digestato da biogas, in grado di eliminare o quantomeno ridurre gli inconvenienti sopra evidenziati. The present invention proposes to provide a process and relative means for removing ammonia from the steam in the processes of evaporation of percolates and digestate from biogas, capable of eliminating or at least reducing the drawbacks highlighted above.
L'invenzione si propone inoltre di fornire un procedimento ed i relativi mezzi per la rimozione dell'ammoniaca dal vapore nei processi di evaporazione di percolati e digestato da biogas che sia di semplice attuazione in modo da risultare poco dispendioso e di conseguenza vantaggioso anche dal punto di vista produttivo . The invention furthermore proposes to provide a process and the relative means for the removal of ammonia from the steam in the processes of evaporation of leachate and digestate from biogas which is simple to implement so as to be inexpensive and consequently advantageous also from the point of view. from a productive point of view.
Ciò è ottenuto mediante un procedimento ed i relativi mezzi per la rimozione dell'ammoniaca dal vapore nei processi di evaporazione di percolati e digestato da biogas o simili, le cui caratteristiche sono descritte nella rivendicazione principale. This is obtained by means of a process and the relative means for the removal of ammonia from the vapor in the processes of evaporation of percolates and digestate from biogas or the like, the characteristics of which are described in the main claim.
Le rivendicazioni dipendenti della soluzione in oggetto delineano forme di realizzazione vantaggiose dell' invenzione . The dependent claims of the solution in question outline advantageous embodiments of the invention.
L'invenzione si propone in particolare di fornire un procedimento che si realizza attraverso l'inserimento, tra la fase di evaporazione e la fase di condensazione, di un sistema di assorbimento con migrazione dell'ammoniaca dalla fase vapore alla fase liquida nella quale avviene la reazione. The invention aims in particular to provide a process which is carried out by inserting, between the evaporation phase and the condensation phase, an absorption system with migration of ammonia from the vapor phase to the liquid phase in which the reaction.
Il procedimento secondo l'invenzione risulta assai vantaggioso in quanto la rimozione dell'ammoniaca avviene in unico passaggio, partendo dall'acqua evaporata condensata e contenente l'ammoniaca, attuando processi che non richiedono le tradizionali ulteriori unità di trattamento, né i ben noti ulteriori consumi energetici o prodotti chimici per il trasferimento dell'ammoniaca disciolta in acqua. The process according to the invention is very advantageous in that the ammonia removal takes place in a single step, starting from the condensed evaporated water containing the ammonia, carrying out processes that do not require the traditional additional treatment units, nor the well-known additional ones. energy consumption or chemical products for the transfer of ammonia dissolved in water.
L'esecuzione dell'assorbimento dell'ammoniaca dalla fase vapore, dove è in forma gassosa, evita l'operazione successiva di stripping perché l'ammoniaca viene assorbita in acido con formazione dei suoi Sali, l'acqua vapore esce dall'assorbitore e va al condensatore priva di ammoniaca con il risultato del risparmio energetico della operazione di stripping. The carrying out of the absorption of ammonia from the vapor phase, where it is in gaseous form, avoids the subsequent stripping operation because the ammonia is absorbed in acid with the formation of its salts, the water vapor leaves the absorber and goes to the ammonia-free condenser with the result of the energy saving of the stripping operation.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI ILLUSTRATION OF DRAWINGS
Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti, alla lettura della descrizione seguente di una forma di realizzazione dell'invenzione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con l'ausilio dei disegni illustrati nelle tavole allegate, in cui: Other characteristics and advantages of the invention will become evident upon reading the following description of an embodiment of the invention, provided by way of non-limiting example, with the aid of the drawings illustrated in the attached tables, in which:
la figura 1 rappresenta la vista di uno schema di un assorbitore secondo l'invenzione nel suo complesso; la figura 2 mostra la vista schematica di un impianto termico; Figure 1 represents the view of a diagram of an absorber according to the invention as a whole; figure 2 shows the schematic view of a thermal plant;
la figura 3 è la vista di uno schema di un impianto a pompa di calore; Figure 3 is a view of a diagram of a heat pump system;
la figura 4 illustra lo schema di un impianto a compressione . Figure 4 illustrates the diagram of a compression plant.
DESCRIZIONE DI UNA FORMA DI REALIZZAZIONE DELL'INVENZIONE Facendo riferimento alle figure allegate il procedimento innovativo di seguito descritto si applica ai vapori, in tutto il campo di temperatura e di pressione, nella quale l'acqua e l'ammoniaca esistono contemporaneamente in fase liquida e vapore, nei rapporti e condizioni di equilibrio (già noti in letteratura scientifica e termica) tra 374°C e 0°C e più specificamente, per la nostra applicazione, tra 152°C e 5 bar e 20°C e 24 mbar. DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION With reference to the attached figures, the innovative process described below is applied to the vapors, in the whole range of temperature and pressure, in which water and ammonia exist simultaneously in the liquid phase and steam, in the equilibrium ratios and conditions (already known in scientific and thermal literature) between 374 ° C and 0 ° C and more specifically, for our application, between 152 ° C and 5 bar and 20 ° C and 24 mbar.
Il procedimento si applica in particolare nei processi di evaporazione di: The process is applied in particular in the evaporation processes of:
• percolati di discarica; • landfill leachate;
• percolati dal trattamento di separazione di rifiuti urbani e affini; • leachate from the separation treatment of urban and similar waste;
• deiezioni animali; • animal waste;
• digestati provenienti dai reattori di produzione di biogas; • digestates from biogas production reactors;
• acque ammoniacali da processi industriali e/o agroalimentari. • ammonia waters from industrial and / or agri-food processes.
II procedimento si realizza in tutte le tipologie di evaporatori sopra descritte. The process is carried out in all the types of evaporators described above.
Nei processi di evaporazione l'acqua e l'ammoniaca si trovano libere nella fase vapore come H20 e NH3, nella fase condensata liquida si trovano nella forma H20 e NH40H. In the evaporation processes water and ammonia are found free in the vapor phase as H20 and NH3, in the liquid condensed phase they are found in the form H20 and NH40H.
Da questa condizione di NH40H si deve ripartire per la separazione dell'ammoniaca. From this condition of NH40H it is necessary to start again for the separation of ammonia.
La semplificazione radicale della presente invenzione è la rimozione dell'ammoniaca dalla fase vapore, assorbendola selettivamente in una soluzione acida secondo la reazione: The radical simplification of the present invention is the removal of ammonia from the vapor phase, selectively absorbing it in an acid solution according to the reaction:
1) 1)
dove HX è un acido sciolto in acqua e tipicamente acido cloridrico, solforico, fosforico secondo la seguente formula: where HX is an acid dissolved in water and typically hydrochloric, sulfuric, phosphoric acid according to the following formula:
2) 2)
3) 3)
4) 4)
Il procedimento si realizza attraverso l'inserimento, tra la fase di evaporazione e la fase di condensazione, di un sistema di assorbimento con migrazione dell'ammoniaca dalla fase vapore alla fase liquida nella quale avviene la reazione 1). The process is carried out through the insertion, between the evaporation phase and the condensation phase, of an absorption system with migration of ammonia from the vapor phase to the liquid phase in which the reaction takes place 1).
Come rappresentato in figura 1, il sistema di assorbimento dell'ammoniaca, indicato globalmente con 10, è costituito da: As shown in Figure 1, the ammonia absorption system, globally indicated with 10, consists of:
• un apparecchio 11 ad asse verticale o orizzontale cilindrico o prismatico; • an apparatus 11 with a vertical or horizontal cylindrical or prismatic axis;
• all'interno dell'apparecchio è inserito un corpo 12 di riempimento o un sistema di piatti continuamente bagnato da liquido di assorbimento; • inside the appliance there is a filling body 12 or a system of plates continuously wet with absorption liquid;
• una pompa 13 che ricircola il liquido di assorbimento; • a pump 13 which recirculates the absorption liquid;
• una pompa dosatrice 15 del liquido di assorbimento. • a metering pump 15 for the absorption liquid.
Il liquido di assorbimento è costituito da una soluzione acida reagente secondo la reazione The absorption liquid consists of an acid solution which reacts according to the reaction
dove HA è un acido forte, tipicamente acido solforico proveniente da un serbatoio 14, dosato continuamente da una pompa dosatrice 15 sotto controllo strumentale di pH nel campo tra 2.5 e 4.5. where HA is a strong acid, typically sulfuric acid coming from a tank 14, continuously dosed by a metering pump 15 under instrumental control of pH in the range between 2.5 and 4.5.
L'assorbimento può avvenire in equicorrente al flusso di assorbimento o in controcorrente. Absorption can occur in co-current to the absorption flow or in counter-current.
Nella figura 1 è indicato con 16 uno scambiatore di riscaldo, con 17 uno scambiatore di raffreddamento, con 18 una sonda di temperatura in ingresso, con 19 una sonda di controllo livello, con 20 una sonda di controllo PH, con 21 una sonda di controllo di densità, e con 22 una sonda di temperatura soluzione assorbitore. Sempre in figura 1 è indicato con 23 il condotto di ingresso e con 24 quello di uscita. Figure 1 indicates a heating exchanger with 16, with 17 a cooling exchanger, with 18 an inlet temperature probe, with 19 a level control probe, with 20 a PH control probe, with 21 a control probe of density, and with 22 an absorber solution temperature probe. Again in Figure 1, 23 indicates the inlet duct and 24 the outlet duct.
Inoltre ancora in figura 1 si evidenzia come nella parte superiore del contenitore sia presente un separatore di gocce 25 posto superiormente ai getti 26 che spruzzano il liquido assorbitore dalla pompa 13 verso il materiale di riempimento 12 strutturato o ad anelli. Furthermore, again in Figure 1 it can be seen that in the upper part of the container there is a drop separator 25 positioned above the jets 26 which spray the absorbing liquid from the pump 13 towards the structured or ring-shaped filling material 12.
Nei tre tipi di evaporatori indicati: In the three types of evaporators indicated:
• termici (fig. 2); • thermal (fig. 2);
• a pompa di calore (fig. 3); • with heat pump (fig. 3);
• a compressione meccanica (fig. 4); • mechanical compression (fig. 4);
l'assorbitore 10 è interposto tra la sorgente calda od evaporatore 27 e il condensatore 28. the absorber 10 is interposed between the hot source or evaporator 27 and the condenser 28.
Più precisamente in fig. 2 l'assorbitore 10 è interposto tra l'evaporatore termico 27 ed il condensatore 28 di un impianto termico, in fig. 3 l'assorbitore 10 è interposto in evaporatore 27 a pompa di calore, ed in fig. 4 l'assorbitore 10 è interposto in evaporatore 27 a compressione meccanica 29. More precisely in fig. 2 the absorber 10 is interposed between the thermal evaporator 27 and the condenser 28 of a thermal plant, in fig. 3 the absorber 10 is interposed in the heat pump evaporator 27, and in fig. 4, the absorber 10 is interposed in a mechanical compression evaporator 27 29.
L'assorbitore, indicato globalmente con 10 in figura 1, è costituito da un corpo sostanzialmente verticale 11 a sezione cilindrica o prismatica ma può essere anche realizzato in orizzontale conservando le tre funzioni fondamentali costituite da: The absorber, globally indicated with 10 in figure 1, consists of a substantially vertical body 11 with a cylindrical or prismatic section but can also be made horizontally while retaining the three fundamental functions consisting of:
• sezione di assorbimento; • absorption section;
• sezione di separazione vapori liquido; • liquid vapor separation section;
• sezione di contenimento del fluido assorbitore. • containment section of the absorber fluid.
A sua volta la sezione di contenimento del fluido assorbitore comprende: In turn, the containment section of the absorber fluid includes:
a) pompa di riciclo della soluzione (13) ; a) solution recycling pump (13);
b) pompa dosatrice della soluzione acida di assorbimento (15) ; b) metering pump for the absorption acid solution (15);
c) pHmetro di controllo dell'acidità libera (20) ; c) pH meter for checking free acidity (20);
d) cella di misura della densità della soluzione di assorbimento (21); d) cell for measuring the density of the absorption solution (21);
e) controllo di livello (19) ; e) level control (19);
f) scambiatore di riscaldamento (16) e raffreddamento (17 ) del fluido di assorbimento. f) heat exchanger (16) and cooling (17) of the absorption fluid.
La fase di assorbimento è caratterizzata da variazioni di contenuto entalpico del sistema dovuto alle energie chimiche di formazione delle specie reagenti, del contenuto entalpico del vapore, delle dispersioni termiche. The absorption phase is characterized by variations in the enthalpy content of the system due to the chemical energies of formation of the reacting species, the enthalpy content of the vapor, and thermal dispersions.
Il fluido di assorbimento per effetto di queste energie in gioco può evaporare o condensare vapore. Allo scopo di mantenere isotermo il sistema vapore soluzione di assorbimento scambiatori di calore correggono raffreddando e riscaldando la soluzione di assorbimento mantenendolo alla stessa temperatura del vapore che attraversa l'assorbitore. The absorption fluid as a result of these energies in play can evaporate or condense vapor. In order to keep the absorption solution vapor system isothermal, heat exchangers correct by cooling and heating the absorption solution keeping it at the same temperature as the vapor passing through the absorber.
L'invenzione è stata precedentemente descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione preferenziale. Tuttavia è chiaro che l'invenzione è suscettibile di numerose varianti che rientrano nel proprio ambito, nel quadro delle equivalenze tecniche. The invention has been previously described with reference to a preferential embodiment thereof. However, it is clear that the invention is susceptible of numerous variants which fall within its scope, within the framework of technical equivalences.
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IT000056A ITVR20110056A1 (en) | 2011-03-23 | 2011-03-23 | PROCEDURE AND MEANS FOR THE REMOVAL OF THE AMMONIA IN THE EVAPORATION PROCESSES OF SCULPTED AND DIGESTATED BY BIOGAS |
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2011
- 2011-03-23 IT IT000056A patent/ITVR20110056A1/en unknown
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