Metodi di abbattimento delle emissioni. Università di Roma La Sapienza Sistemi Energetici II

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1 Metodi di abbattimento delle emissioni

2 Metodi per l abbattimento l delle emissioni I sistemi di abbattimento delle emissioni a valle della camera di combustione risultano indispensabili qualsiasi sia la tipologia di impianto che si intende porre in essere. Essi sono essenzialmente utilizzati per il trattenimento del particolato e per la ulteriore riduzione di SO x e NO x.

3 Controllo delle emissioni degli NO x Ci sono tre tecnologie per il controllo delle emissioni degli NO x dopo la combustione: riduzione selettiva catalitica (SCR); riduzione selettiva non catalitica (SNCR); riduzione termica.

4 Riduzione Selettiva Catalitica (SCR) La via più diretta per eliminare gli ossidi di azoto dagli effluenti gassosi consiste nella loro decomposizione in N 2 e O 2, tuttavia queste reazioni avvengono in misura apprezzabile solo ad alta temperatura, in presenza dei riducenti quali CH 4, CO, H 2 e NH 3 in presenza di catalizzatori a base di Pt. N.B. Nel caso in cui venga utilizzata ammoniaca come agente riducente sono utilizzabili anche catalizzatori a base di ossidi di vanadio o cromo.

5 Riduzione Selettiva Catalitica (SCR) l processo SCR si basa sulla seguente serie di reazioni chimiche che portano all eliminazione degli ossidi di azoto per reazione con l ammoniaca e l ossigeno contenuto nella corrente da depurare 4NO + O 2 + 4NH 3 = 4N 2 + 6H 2 O 6NO 2 + 8NH 3 = 7N H 2 O NO + NO 2 + 2NH 3 = 2N 2 + 3H 2 O N.B. L'ammoniaca può essere dosata direttamente o ricavata da una soluzione di Urea

6 Riduzione Selettiva Catalitica (SCR) TEMPERATURA DI ESERCIZIO La temperatura di esercizio è generalmente di C, ma si può operare anche a temperature superiori (se si utilizza come catalizzatore ossidi di titanio e di vanadio le temperature di esercizio sono di C). La riduzione degli NOx che si raggiunge è dell'ordine del 95% N.B. La riduzione degli ossidi di azoto ad opera dell ammoniaca su catalizzatori a base di ossidi metallici è favorita dalla presenza di ossigeno.

7 Riduzione Selettiva Catalitica (SCR) STRUTTURA Un SCR è costituita principalmente da una griglia di iniezione dell'ammoniaca, di un reattore e dei relativi condotti. -Il reattore è un contenitore dove è alloggiato il catalizzatore. -Il catalizzatore è costituito da un insieme di cesti, a loro volta consistenti di elementi quadrati di celle forate di ceramica a nido d'ape. Le celle più piccole sono usate normalmente per gas relativamente puliti, quelle più grandi viceversa per gas più sporchi.

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9 Riduzione Selettiva Catalitica (SCR) SVANTAGGI Costi elevati Si possono formare sali di ammonio (solfato e bisolfato) tra l'ammoniaca in eccesso e acido solforico che proviene dalla reazione tra SO 2 e acqua. In particolare il bisolfato di ammonio può contribuire a sporcare e corrodere i dispositivi di recupero del calore a bassa temperatura.

10 Riduzione Selettiva Non Catalitica (SNCR) È un metodo di limitazione post-combustione che riduce gli NO x ad N 2 e H 2 O. INIEZIONE AMMONIACA L'ammoniaca si inetta nella parte superiore della camera di combustione o in una posizione termicamente favorevole a valle. TEMPERATURE DI INIEZIONE Per la combustione convenzionale l'intervallo ottimale per l'iniezione di ammoniaca èdi C, per l'urea C. N.B. A temperatura del gas di combustione al di sotto dell'intervallo ottimale, la velocità di reazione diminuisce con una conseguente diminuzione della limitazione degli NO x e maggior quantità di NH 3 non reagito che sfugge nell'effluente.

11 Riduzione Selettiva Non Catalitica (SNCR) La riduzione degli NO x che si raggiunge è dell'ordine del 50-60%. La tecnica è efficace in presenza di monossido di carbonio e con contenuti di ossigeno fino all' 1% (con un'esigenza di un controllo molto stretto dell'aria in eccesso).

12 Riduzione termica La decomposizione termica degli ossidi di azoto (NO x ) si può ottenere iniettando i gas da trattare in un forno alimentato con un combustibile ausiliario (CH 4 ) in difetto di ossigeno. A circa 1000 C gli NO x forniscono il complemento di ossigeno necessario alla combustione, riducendosi a N 2. Questo sistema consente di raggiungere rese di abbattimento degli NO x del 95%, ma necessita di elevati consumi di combustibile. 2NO N 2 + O 2 CH 4 + 3O 2 CO 2 + 2H 2 O

13 Abbattimento polveri I principali sistemi dedicati all abbattimento delle polveri sono: cicloni elettrofiltri (o precipitatori elettrostatici) filtri a maniche

14 Cicloni Nei depolveratori a ciclone il gas inquinato viene sottoposto ad un movimento rotatorio; sotto l azione della forza centrifuga, le particelle si dirigono verso le pareti dei cicloni dove si agglomerano e, sotto l azione della forza peso, vengono a cadere nella tramoggia posta alla base del ciclone.

15 Cicloni Essendo la velocità radiale di sedimentazione inversamente proporzionale al raggio del ciclone, si tende a realizzare delle batterie formate da tanti piccoli cicloni posti in parallelo, di alcune decine di centimetri di diametro ciascuno, o gruppi di cicloni posti in serie. Comunque questa tecnologia non consente di captare particelle di diametro inferiore ai 5-10 micron, lasciando così passare la maggior parte dei metalli pesanti condensati sulle particelle di diametro inferiore.

16 Elettrofiltri Si basano sul fenomeno fisico della precipitazione elettrostatica che si ottiene facendo passare i fumi tra due elettrodi: uno emissivo (di carica negativa) filiforme uno ricettivo (di carica positiva) costituito da una superficie di ricezione

17 Elettrofiltri Le particelle di polveri vengono caricate dagli ioni prodotti dall elettrodo emittente che si trova sotto una alta tensione (circa 50 kv). Grazie all effetto del campo elettrico che si viene ad instaurare tra i due elettrodi, le particelle caricate sono attirate dall elettrodo ricettore e fatte ricadere da questo in una tramoggia di raccolta tramite scuotimento.

18 Filtri a manica Sono costituiti da un tessuto tubolare sostenuto da un cestello portante interno, solitamente in acciaio. Il grado di separazione totale è influenzato da: - spessore dello strato filtrante; - dal diametro delle fibre; -dalle dimensioni e dalla velocità della particella.

19 Filtri a manica Una particella delle dimensioni di pochi micron che attraversa il feltro di cui è composta la manica filtro ha, relativamente alle sue dimensioni, un percorso lunghissimo da compiere. Più piccoli e tortuosi sono i " canali" che deve percorrere, più a bassa la sua velocità e, più grandi sono le sue dimensioni, più alta è la probabilità che essa interferisca, meccanicamente con il mezzo filtrante. L efficienza è pari al 99,9%.

20 Depolveratori a umido Principi di funzionamento: le polveri vengono cattura per inglobamento in fase liquida Meccanismi intercettazione diretta impatto inerziale diffusione browniana Fasi del processo Viene effettuata la dispersione della massa liquida per incrementare la superficie di interfaccia Il liquido disperso urta e cattura polveri Separazione gas/liquido con particelle inglobate Tipologie impiantistiche torri di lavaggio sistemi Venturi

21 Depolveratori a umido: torri di lavaggio 1) Torri di lavaggio a spruzzo: Sono costituiti da colonne cilindriche con rampe di ugelli nebulizzatori, in configurazione controcorrente (fig A) o equicorrente (fig B). La cattura delle polveri avviene per l urto con le goccioline Sono sistemi relativamente semplici, caratterizzati da basse perdite di carico L efficienza è modesta 2) Torri di lavaggio a riempimento: Le torri di lavaggio a spruzzo possono essere riempite con supporti fissi o flottanti (separatore di goccioline) in modo da ridurre i rischi di intasamento.

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