La condensazione o l adsorbimento dei solventi organici

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1 La condensazione o l adsorbimento dei solventi organici

2 Polaris, società d ingegneria con sede in Monza, in collaborazione con SIAD, leader nella produzione di gas industriali, fornisce impianti di criocondensazione e di adsorbimento su carboni attivi; tali impianti sono finalizzati al trattamento ed alla depurazione di emissioni gassose contenenti inquinanti di natura organica o inorganica e garantiscono il rispetto dei limiti di concentrazione imposto dalle norme vigenti. Le tecniche proposte sono di tipo recuperativo, in linea con le moderne direttive di natura ecologica, come ad esempio il recente D.M. n. 44 del 16 gennaio 2004, che favoriscono e in qualche modo premiano tale approccio quando associato al recupero dei prodotti. A tale scopo Polaris offre, in parallelo agli impianti di trattamento delle emissioni, una propria tecnologia di distillazione brevettata per rendere possibile e conveniente il reimpiego dei prodotti recuperati - solventi o altri composti organici - realizzando alte rese e alte purezze, pur partendo da miscele di notevole complessità. Condensazione criogenica con azoto liquido Il processo di criocondensazione è basato sul raffreddamento dell effluente inquinato a temperature molto basse, utilizzando come fonte di energia l azoto liquido. La separazione degli inquinanti è ottenuta grazie alla riduzione della tensione di vapore ai valori di equilibrio liquido/vapore o solido/vapore, realizzati alle temperature minime raggiungibili per raffreddamento. L effluente da depurare, inquinato da composti organici o inorganici volatili, viene raffreddato progressivamente in scambiatori di particolare configurazione ad una temperatura inferiore al punto di rugiada di tali composti; questi vengono rimossi dalla fase gas per condensazione fin dove fisicamente possibile. Se la loro concentrazione residua nell effluente risulta ancora superiore ai limiti consentiti dalle normative vigenti, il raffreddamento del flusso gassoso prosegue fino ad ottenere un ulteriore riduzione della tensione di vapore. La temperatura di tale equilibrio chimicofisico può però risultare anche inferiore al punto di solidificazione dei composti residui, che perciò devono essere separati non più come liquidi ma come solidi. La configurazione degli scambiatori ha pertanto un ruolo determinante, in quanto deve consentire per un tempo prolungato un accumulo, sulla loro superficie, di quantità consistenti di prodotto solido, senza compromettere lo scambio termico e contenendo le perdite di carico del sistema. L unità viene quindi rigenerata con l apposito circuito di sbrinamento e resa idonea per un nuovo ciclo operativo. Se il processo è continuo, deve entrare in funzione una seconda unità già predisposta, pronta per il servizio e tenuta in stand-by.

3 L azoto liquido, evaporato in pressione all interno dell apparecchiatura di scambio ed in controcorrente al flusso da depurare, non si contamina e viene immesso nella rete di distribuzione quale gas per i processi di inertizzazione e per altre attività produttive dello stabilimento. Applicabilità del trattamento criogenico La criocondensazione s impone, per costi d investimento e di gestione, quando la concentrazione degli inquinanti supera una soglia situata tra e mg/nm 3 a seconda del tipo d inquinante, e per portate fino ad alcune migliaia di Nm 3 /h. Tuttavia, se si integra il trattamento criogenico con azoto liquido con l adsorbimento su carboni o su resine, il metodo combinato risulta ottimale anche nei casi di effluenti con concentrazioni e portate d inquinanti relativamente basse, e particolarmente conveniente se si tratta di prodotti o inquinanti gassosi. La condensazione criogenica consente il trattamento e il recupero di tutti i tipi di solventi organici volatili. Sono numerosi gli impianti in esercizio che trattano solventi clorurati e in particolare cloruro di metilene. I prodotti clorurati trattati a bassa temperatura e in ambiente privo di umidità non comportano sviluppo di diossine (come avviene nei processi d incenerimento) e non creano acidità cloridriche dannose per l impianto e per l ambiente. Consumi energetici ed aspetti di sicurezza del trattamento criogenico Oltre ad un contributo minore dovuto alle perdite d isolamento e alle fasi transitorie di avviamento, i consumi energetici sono così ripartiti: a. energia per il raffreddamento della frazione incondensabile dell effluente dalla temperatura d ingresso a quella di trattamento; b. energia per il raffreddamento degli inquinanti fino al punto di condensazione; c. energia per il passaggio di stato da gas a liquido, e in parte a solido. Gli impianti criogenici consentono un efficace recupero della energia di cui ai punti (a) e (b) e quindi riducono i consumi specifici di azoto liquido. Se poi l azoto gas prodotto, come si verifica nella quasi totalità dei casi, viene immesso nella rete di inertizzazione dello stabilimento per essere utilizzato, risultano minimizzati o addirittura annullati i costi operativi di gestione dell impianto di trattamento. La tecnica di trattamento criogenico è estremamente sicura in quanto si opera a basse temperature e in presenza di gas inerte. Nel loro percorso, le miscele incontrano infatti solo superfici nettamente al di sotto delle temperature di accensione e nelle quali non possono generarsi pericolose fonti di innesco per attrito o per accumulo di cariche elettrostatiche.

4 Adsorbimento su carboni attivi con rigenerazione ad azoto Gli impianti di adsorbimento/desorbimento con carboni attivi (o altri materiali adsorbenti) di emissioni contenenti inquinanti organici sono stati sviluppati utilizzando una nuova tecnica di rigenerazione dei letti. La fase di adsorbimento non presenta aspetti di novità. L innovazione attiene alla fase di rigenerazione del letto di adsorbimento, che consiste in una procedura di riscaldamento con azoto caldo, in circuito chiuso, e desorbimento sotto vuoto per realizzare una rimozione quantitativa delle sostanze adsorbite. Solo un flusso di modestissima portata volumetrica, circa l 1 2 % di quella del flusso trattato, ma saturo delle sostanze desorbite, viene inviato ad un criocondensatore nel quale tali sostanze sono separate quantitativamente dal flusso e recuperate. Con la tecnica descritta tutta l energia criogenica dell azoto liquido gassificato è recuperata, come pure l azoto gas formatosi. I costi di rigenerazione sono ridotti, grazie ad un uso razionale ed efficiente dell energia, evitando il riscaldamento e il raffreddamento competitivo della grande portata della miscela di azoto e composti desorbiti, tipico dei sistemi convenzionali di rigenerazione con azoto. Grazie alle caratteristiche del nuovo sistema l efficienza della rigenerazione è completa. Tutti i flussi dell impianto di trattamento, il flusso principale trattato e quelli prodotti nel corso del trattamento di rigenerazione, sono scaricati in atmosfera assolutamente privi di inquinanti. L utilizzo di azoto caldo invece di vapore evita la formazione di ingenti masse di acqua inquinata da depurare. L impatto complessivo sull ambiente è perciò reso minimo o nullo. Viene evitata la presenza di ossigeno o di acqua (mediante un pretrattamento del flusso) in fase di riscaldamento dei materiali adsorbenti, allungandone così la durata di impiego ed evitando la possibile ossidazione e/o l idrolisi dei composti adsorbiti. I prodotti desorbiti e recuperati, non contaminati da altre sostanze o da acqua, sono pertanto di miglior qualità.

5 Vantaggi operativi ed aspetti di sicurezza negli impianti di adsorbimento Gli impianti di adsorbimento presentano i seguenti vantaggi operativi: rigenerazione a secco, in circuito inerte; massima sicurezza anche in presenza di composti altamente infiammabili; compatibilità con composti che presentano problemi di idrolisi; riduzione, fino all annullamento, dei costi di trattamento acqua; recupero più agevole dei composti organici separati; costi di esercizio più contenuti, rispetto ad altre tecniche di rigenerazione in circuito inerte; rispetto dei limiti di emissioni previsti dalle normative più severe; processo applicabile praticamente a tutte le sostanze, anche a quelle più volatili (gas inclusi), per le quali altre tecniche di rigenerazione non sono altrettanto efficaci. Parlando degli aspetti di sicurezza, la prima causa degli incidenti negli impianti di adsorbimento sono le reazioni di ossido-riduzione dei composti adsorbiti con l ossigeno dell aria. I carboni attivi possono presentare siti attivi di catalisi. Poiché il processo di adsorbimento è esotermico, produce un riscaldamento del letto adsorbente e, se non controllato, l innalzamento della temperatura a valori tali da attivare la catalisi ossidativa dei composti adsorbiti in corrispondenza di tali siti. L ossidazione genera altro calore e l innalzamento locale della temperatura. Il fenomeno, inizialmente limitato ai cosiddetti hot-spot, può estendersi progressivamente alla massa del letto. Per evitare i fenomeni sopraesposti gli impianti Polaris/SIAD adottano le seguenti sicurezze: i carboni attivi utilizzati sono della miglior qualità disponibile e subiscono trattamenti specifici per l eliminazione quantitativa dei siti di catalisi; la fluidodinamica è studiata per ottimizzare l omogeneità del materiale e del flusso da trattare, che deve rimuovere in modo omogeneo il calore di adsorbimento evitando surriscaldamenti localizzati; il flusso in ingresso è condizionato termicamente in modo da disporre di un margine sicuro per il raffreddamento compensativo; un analizzatore di CO monitora in continuo la presenza di monossido nell emissione e evidenzia, con il suo eventuale innalzamento, l inizio di fenomeni ossidativi, che vengono bloccati sul nascere bloccando il flusso in ingresso al letto di carboni attivi interessato e immettendo azoto gas per una inertizzazione totale.

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