SISTEMI DI DEPURAZIONE FUMI NEUTREC SCR
Processo NEUTREC, messo a punto e brevettato da SOLVAY, consente da una parte una depurazione efficace dei fumi e dall altra il recupero della quasi totalità dei prodotti di risulta, determinando così una drastica riduzione della quantità di rifiuti destinati alla discarica
Depurazione dei fumi Il processo NEUTREC si basa sull iniezione a secco, nei fumi da depurare, di NaHCO 3 opportunamente macinato. Il reagente basico iniettato neutralizza gli acidi (HCl, SO 2, HF,...) con estrema efficacia. L iniezione combinata di NaHCO 3 con carbone attivo o con coke di lignite, agisce sui metalli pesanti e su diossine/furani permettendo di rispettare le normative più severe sulle emissioni in atmosfera. I prodotti della reazione acido-base sono sali sodici (NaCl, Na 2 SO 4, NaF, Na 2 CO 3,...) denominati Prodotti Sodici Residui (P.S.R.). Tali sali vengono separati dai fumi attraverso l utilizzo di opportuni sistemi filtranti. Dal momento che tale processo avviene interamente a secco, non viene generato alcun effluente liquido che debba essere a sua volta trattato.
Il trattamento di valorizzazione dei residui della depurazione I prodotti sodici residui derivanti dal processo NEUTREC possono essere molto spesso trattati e recuperati. Le possibili strade da percorrere sono le seguenti: a. Valorizzazione in impianti dedicati. SOLVAY ha messo a punto e realizzato a livello industriale, da sola o in collaborazione con altre aziende, processi di trattamento dei residui della depurazione dei fumi. Tali processi producono dei sali che vengono riutilizzati nella produzione di carbonato di sodio, in sostituzione di una delle materie prime; b. Valorizzazione sul sito di applicazione del processo NEUTREC In alcuni casi il processo industriale che genera i fumi da depurare consente il recupero diretto dei P.S.R. al suo interno: ciò si verifica, ad esempio, nella metallurgia secondaria, ove sia prevista una rifusione del metallo sotto scoria salina.
La qualità e la quantità degli inquinanti presenti nei fumi dipende dal processo industriale che li genera. In generale sono presenti: polveri (ceneri volanti) composti acidi: HCl, SO 2, HF e ossidi d azoto (NO e NO 2 ),... metalli pesanti e metalloidi (Pb, Hg, Cd,...) diossine e furani.
Il bicarbonato di sodio, prima della sua iniezione nei fumi da depurare, viene macinato fino a raggiungere la granulometria ottimale per la resa del processo. L azione del NaHCO 3 neutralizza gli acidi presenti nei fumi (in particolare HCl, SO 2 e HF), formando dei sali sodici (NaCl, Na 2 SO 4, NaF, Na 2 CO 3 ), i cosiddetti Prodotti Sodici Residui (P.S.R.). Il bicarbonato di sodio presenta anche la proprietà di adsorbire i metalli pesanti, le diossine e i furani. Ne consegue che per il rispetto delle norme in materia di emissioni è sufficiente un modesto apporto di carbone attivo o di coke di lignite, anch essi iniettati a secco, insieme al bicarbonato di sodio.
DEPURAZIONE IN DOPPIA FILTRAZIONE P.S.R.= matrice salina (NaCl, Na 2 SO 4 e una min parte di Na 2 CO 3 ) + 5-10% di insolubili ph controllato (alcalino) per far ppt idrossidi di metalli pesanti e aggiunta di specifici additivi per far ppt Hg, Cr, Al vengono assorbiti anche gli eventuali composti organici residui vengono eliminate le ultime tracce di metalli pesanti pannello residuo solido, al 50% in H 2 O, da inviare in discarica previa inertizzazione. E pari al 10% in peso del quantitativo di P.S.R. in ingresso. E costituito da sostanze non solubili: idrossidi dei metalli pesanti, carbone attivo e ceneri volanti per tonnellata di rifiuto urbano incenerito
DEPURAZIONE IN SEMPLICE FILTRAZIONE RESIDUI= mix ceneri volanti e P.S.R. (soprattutto NaCl, Na 2 SO 4 e Na 2 CO 3 + impurezze quali carbone attivo, metalli pesanti, ecc.) sostanze non solubili (metalli pesanti) presenti nei leganti idraulici che solidificando costituiscono un materiale inerte idoneo allo smaltimento in discarica autorizzata
PROCESSO DI RIDUZIONE CATALITICA SELETTIVA DEGLI OSSIDI DI AZOTO "PROCESSO SCR"
Come ridurre le emissioni di biossido di azoto? Il biossido di azoto, la cui sigla è NOx, viene prodotto dai gas di combustione dei motori diesel. I nuovi standard imposti dalle leggi hanno drasticamente ridotto le emissioni di NOx nei gas esausti, ad esempio in Europa le automobili Euro IV hanno ridotto le emissioni NOx del 30% rispetto agli autoveicoli con standard Euro III e con l introduzione dell Euro V si arriverà ad una riduzione del 60% rispetto ai motori diesel Euro III utilizzati per i camion e gli autobus.
METODO SCR Esistono diverse tecnologie per il trattamento dei gas di scarico; tra queste il metodo SCR (la riduzione catalitica selettiva). Il processo SCR è un metodo post trattamento che depura le emissioni che si formano durante il processo di combustione. Come agente di riduzione viene utilizzata una soluzione di urea, un composto dell ammoniaca a base di acqua. Durante la reazione chimica, l ammoniaca contenuta nella soluzione di urea reagisce con gli ossidi di azoto nei gas di scarico per formare azoto e acqua.
INTRODUZIONE Consente di eliminare in modo quantitativo NO ed NO 2 (prodotti dai processi di combustione) dalle emissioni gassose trasformandoli in composti inerti nei confronti dell ambiente, quali azoto e vapore acqueo. La riduzione catalitica selettiva non dà luogo a nessun tipo di effluente liquido, non immette in atmosfera sostanze diverse da quelle normalmente presenti e non richiede l impiego di reagenti pericolosi o di valore elevato. L'applicazione della tecnologia SCR alle emissioni provenienti da motori diesel e turbodiesel ha il vantaggio di non richiedere il preventivo riscaldamento, fino alla temperatura di catalisi, dei gas da depurare consentendo quindi di operare con costi di esercizio contenuti. Il contenuto energetico dei fumi in questione è tale che è possibile, anzi consigliabile, utilizzare in sostituzione all ammoniaca normalmente impiegata come reagente di catalisi, una soluzione acquosa di urea.
IL PROCESSO SCR Il 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. L'ammoniaca può essere dosata direttamente o ricavata da una soluzione di urea: 4NO + O 2 + 4NH 3 = 4N 2 + 6H 2 O (1) 6NO 2 + 8NH 3 = 7N 2 + 12H 2 O (2) NO + NO 2 + 2NH 3 = 2N 2 + 3H 2 O (3) Le reazioni suindicate sono tutte fortemente esotermiche, si valuta che mediamente una corrente gassosa contenente 1000 ppm di NOx incrementa la sua temperatura di 10 11 C durante il processo di conversione.
Il range di temperatura ottimale per il processo SCR è compreso tra i 180 ed i 350 C. A temperature inferiori ai 180 C la conversione non è completa e quindi non è possibile garantire le rese di abbattimento generalmente richieste mentre a temperature superiori ai 350 C iniziano a verificarsi reazioni indesiderate tra l ammoniaca e l ossigeno contenuto nella corrente da depurare tanto che a 400 C circa il 5 10% di ammoniaca viene perso principalmente in questa reazione: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (4) La presenza di reazioni antagoniste a quelle di interesse per la depurazione a temperature superiori ai 350 C e la necessità pratica di non scendere al di sotto di una temperatura minima di esercizio di 200 C rende indispensabile, per l attuazione del processo, l utilizzo di un vero e proprio reattore catalitico.
Il reattore deve essere dotato di dispositivi per il controllo della temperatura dei fumi in quanto la temperatura in uscita dai silenziatori dei generatori turbodiesel si assesta generalmente intorno ai 400 450 C. Questa temperatura può comunque essere considerata accettabile a patto di tollerare un consumo di ammoniaca leggermente superiore a quanto strettamente necessario. Un minimo raffreddamento dei fumi (30 70 C) si ottiene grazie all'evaporazione dell'acqua contenuta nel reagente, ammoniaca od urea. Entro certi limiti la temperatura è controllabile variando la concentrazione della soluzione. Qualora le temperature dei gas da depurare siano molto elevate è possibile inserire, a monte del reattore, una valvola di miscelazione con aria ambiente, controllata da termoregolatore, per ridurre le punte di temperatura.
L impiego di ammoniaca non comporta particolari problemi di dosaggio, la soluzione commerciale, stoccata in appositi serbatoi, viene iniettata nella corrente gassosa per mezzo di un ugello polverizzatore. A monte del reattore un dispositivo di miscelazione statica garantisce la necessaria turbolenza alla corrente gassosa favorendo la distribuzione del reagente. L utilizzo di una soluzione di urea, come reagente, richiede che le temperature del gas da trattare siano superiori ai 300 C, questo perché l urea deve decomporsi in ammoniaca ed anidride secondo la reazione (5) che non avviene in modo significativo al di sotto di 300 C: N 2 H 4 CO + H 2 O = 2NH 3 + CO 2 (5) In termini di consumo di reagente 1kg di urea al 100% equivale a 0.567 kg di ammoniaca al 100%.
RECUPERO TERMICO A valle del reattore SCR la temperatura dei fumi può variare tra i 350 ed i 400 C. L'elevato contenuto energetico consente di effettuare interessanti recuperi termici sia con produzione di vapore che con l'impiego di olio diatermico. A titolo di esempio un generatore da 800 kw elettrici a piena potenza può fornire circa 340'000 kcal/h scaricando in atmosfera fumi a 120 130 C quindi senza rischio di formazione di condense.
CONCLUSIONI La tecnologia della riduzione catalitica selettiva applicata alle emissioni provenienti da gruppi elettrogeni turbodiesel, o più in generale da fluidi derivanti da processi di combustione, è da considerarsi l'unica strada percorribile per ottenere valori di emissione conformi alle prescrizioni di legge. L'unica possibile alternativa, allo stato attuale della tecnologia, è rappresentata dalla depurazione ad umido con assorbimento in acido nitrico ed ossidazione con perossido di idrogeno. L'applicazione del processo ad umido nel caso di emissioni da motori diesel, risulta assolutamente sconsigliabile sia per ragioni pratiche (ingombro) che per ragioni termodinamiche.
Temperatura fumi. Il processo SCR non richiede il raffreddamento dei fumi ma un semplice aggiustamento. Il processo ad umido richiede che la temperatura dei gas da depurare sia la più bassa possibile e comunque non superiore ai 25 C. Reagenti. Il processo SCR usa come agente riducente una soluzione di urea. L'urea non è pericolosa, viene maneggiata sotto forma di granuli non polverulenti e diluita con acqua in una stazione automatica. Il processo ad umido utilizza come reagente una soluzione di perossido di idrogeno ad alta concentrazione. Il perossido di idrogeno è corrosivo e pericoloso per chi lo deve maneggiare. La soluzione di lavaggio è costituita principalmente da acido nitrico. Reflui. Il processo SCR non produce reflui. Il processo ad umido produce un refluo di acido nitrico diluito e, qualora sia presente uno stadio finale alcalino, un refluo salino di nitrato di sodio.