Sistemi di controllo catalitico dell inquinamento atmosferico per la rimozione di sostanze organiche volatili (VOCs)
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- Alfonsina Sarti
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1 Sistemi di controllo catalitico dell inquinamento atmosferico per la rimozione di sostanze organiche volatili (VOCs) Bietigheim-, I metodi catalitici per trattare gli inquinanti atmosferici pericolosi stanno vivendo un buon riscontro. Negli ultimi anni essi sono stati spesso sostituiti da processi di ossidazione termica a causa della suscettibilità dei catalizzatori verso avvelenamento e/o sporcamento. L ossidazione catalitica dei VOCs deve il suo ritorno a due vantaggi convincenti: il basso fabbisogno energetico ed emissioni notevolmente più basse di NO x. Gli specialisti per il controllo dell inquinamento atmosferico Environmental and Energy Systems (EES), una divisione operativa del gruppo Dürr produttore di impianti e macchinari preferisce applicare metodi catalitici per trattare gli inquinanti atmosferici nell industria chimica. Le aree classiche di applicazione sono i sistemi di abbattimento utilizzati per gli impianti di produzione PTA, per i processi di calcinazione (produttori catalizzatori) e per la produzione di anidride maleica, olefine, gomma naturale e acriliche. Per avere maggiore efficienza sui costi operativi, il trattamento di modeste flussi d aria d emissione con bassi carichi di VOCs sta diventando una tendenza predominante. Questo include i processi chimici nelle industrie farmaceutiche e petrolchimiche. Finché i solventi rimangono un fattore di costo, la quantità di solventi scaricati nell aria dovrebbe essere la più bassa possibile. I processi di produzione industriali avanzati considerano questo aspetto sempre di più nelle loro calcolazioni sull efficienza consumo materiali. 1
2 Scegliere metodo corretto: soppesando I vantaggi Alcuni importanti standards per scegliere le procedure adeguate sono i parametri di processo come la portata, la temperatura, i particolati nell aria inquinata ed i tipi di VOCs. Per scegliere il catalizzatore più idoneo è importante conoscere la tipologia di VOCs (aromatico, ossigenato, idrocarburi o alcalini alogenati) che devono essere rimosse. Per metano e alcani a catena corta, ad oggi non sono disponibili catalizzatori efficaci. Lo scopo è comunque che i futuri tipi di catalizzatori siano in grado di rimuovere anche queste sostanze. Per potere offrire il catalizzatore più adatto, Dürr è diventata partner di costruttori di catalizzatori quali ad es. Haldor Topsoe in modo da trarre beneficio dal loro portfolio a livello mondiale. I veleni dei catalizzatori possono disattivare il catalizzatore entro un breve tempo di funzionamento. Il materiale del catalizzatore deve essere poi sostituito in modo da garantire i livelli delle emissioni entro specifici limiti. Le sostanze attive dei catalizzatori ed i veleni dei catalizzatori non sono cambiati in modo significativo negli ultimi decenni. Sostanze come il silicio, il fosforo, lo zolfo, gli alogenati ed I metalli - in particolare germanio, arsenico, selenio e tellurio sono materiali che sono stati più spesso citati come causa di avvelenamento. Queste sostanze possono essere tollerate in basse concentrazioni, ma non devono superare certi limiti. L ultimo importante criterio per selezionare il metodo adeguato di abbattimento è la concentrazione stessa delle VOCs. I metodi catalitici si differenziano dagli analoghi metodi con procedure termiche. I metodi catalitici possono essere autotermici a concentrazioni più basse rispetto i metodi termici. Questo significa che non deve essere fornita energia supplementare per pre-riscaldare sufficientemente l aria inquinata alla temperatura necessaria quando essa defluisce verso il catalizzatore. 2
3 Quando le concentrazioni di VOCs sono troppo alte, l aria deve essere diluita prima che passi attraverso il sistema di abbattimento. Comunque vengono fissati certi limiti. Se il flusso d aria trattato viene diluito troppo, la portata d aria aumenta in modo sproporzionato, e questo fatto comporta costi più elevati per le singole apparecchiature e per il catalizzatore. I vantaggi dei metodi di abbattimento catalitico risultano in ultima analisi dal risparmio dei costi di funzionamento in termini di supporto energetico. Le VOCs possono essere rimosse senza alcuna energia supplementare se le loro concentrazioni sono basse. Come risultato il consumo di fuel, CO 2, e NO x diminuiscono in confronto ai metodi termici. Tecniche di abbattimento catalitico eseguite da parte di Dürr Sistemi catalitici ad alta pressione Per la depurazione dei gas di combustione dagli impianti che producono acido tereftalico depurato abbreviato PTA ed altre applicazioni ad alta pressione, Dürr utilizza il sistema di abbattimento Ecopure HPX come standard. In genere il gas combustibile ad alta pressione PTA contiene acetato di metile, bromuro di metile, e il monossido di carbonio e può essere trattato direttamente senza previa decompressione. Il gas di processo è riscaldato alla temperatura richiesta dal funzionamento del catalizzatore tramite una combinazione di scambiatori di calore che lavorano con vapore o aria preriscaldata e con uno scambiatore di calore aria-aria. Dopo la conversione degli inquinanti sul catalizzatore, il gas combustibile depurato è raffreddato e il calore viene recuperato nello scambiatore di calore aria-aria. Il gas combustibile depurato e pressurizzato viene quindi inviato ad un espansore per il recupero energetico, utilizzato per trasporto pneumatico o ulteriore trattamento dell acido bromidrico. Dürr sta attualmente progettando, costruendo ed installando un Ecopure HPX per un sito produttivo di PTA 3
4 in Cina. Questo sistema HPX ha una portata di trattamento di 440,000 kg/h. Sistemi catalitici a bassa pressione I sistemi Ecopure LPX sono in linea di principio adatti per tutte le applicazioni catalitiche. In un sistema Ecopure LPX la conversione delle VOCs avviene a pressioni leggermente sopra o sotto la pressione atmosferica. L emissione proveniente dagli impianti di produzione viene riscaldata in genere tramite uno scambiatore di calore aria-aria. Di solito l aria viene poi riscaldata ulteriormente alla temperature necessaria al funzionamento del catalizzatore tramite un bruciatore, olio termico o vapore. Il calore generato durante il processo di conversione delle VOCs viene trasferito all aria di processo in ingresso al sistema. Se la concentrazione di VOCs è così alta che viene generato più energia di quella richiesta, l energia in eccesso può essere inviata attraverso un bypass dello scambiatore di calore direttamente al camino senza essere utilizzato. Il più recente sistema Ecopure LPX di Dürr è stato attualmente ordinato da Sauer Continence, un cliente della Dürr, in Germania. Questo sistema molto compatto è progettato per una portata di 3,000 Nm³/h. Sistemi catalitici rigenerativi Se l emissione gassosa proveniente da impianto di produzione ha una concentrazione di VOCs molto bassa, deve essere applicato uno scambiatore di calore più efficiente che quello utilizzato nel sistema Ecopure LPX. Il sistema Dürr Ecopure RCO (postcombustore catalitico rigenerativo) è la soluzione corretta per questo scopo. In questo sistema l aria di processo è riscaldata in modo rigenerativo tramite scambio di calore su media ceramici prima che le VOCs vengano poi convertite dal catalizzatore. Dopo la combustione il calore del flusso depurato viene recuperata nei media ceramici. Il calore accumulato è poi trasferito ancora all emissione da processare. Onde assicurare che questo principio lavori 4
5 in modo affidabile, il sistema Ecopure RCO necessita di almeno 2 letti di scambio di calore ceramico collegati ad una camera di combustione, i quali in modo alternativo trasferiscono e/o assorbono l energia. Depurazione gas di scarico I sistemi Ecopure SCR per la riduzione catalitica selettiva di NO x convertono gli ossidi di azoto contenuti nell emissioni gassose. Poiché questo non è un sistema per la conversione di VOCs, esso non è descritto in dettaglio ed è solo citato qui per motivi di completezza. Con una vasta gamma di sistemi per la rimozione di VOCs, Dürr è flessibile nella sua capacità di offrire soluzioni per il controllo dell inquinamento ai suoi clienti con una notevole varietà di processi produttivi. I sistemi Dürr Ecopure non solo forniscono soluzioni efficaci ed efficienti, ma offrono anche bassi costi operativi e bassi consumi energetici. Contact: Environmental and Energy Systems Markus Zimmermann Sales and Proposal Tel.: markus.zimmermann@durr.com 5
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