Metodi di abbattimento di COV
Leggi questo articolo per conoscere i due metodi di abbattimento dei VOC (composti organici volatili): 1. I metodi fisici e 2. Metodi basati sulla combustione.
I metodi fisici:
I metodi fisici sono condensazione, assorbimento e adsorbimento. Questi metodi possono essere utilizzati singolarmente o in serie quando si intende recuperare i VOC a causa del loro valore di mercato.
Condensazione:
Questo processo consiste nel raffreddare direttamente o indirettamente un flusso di gas influente contenente VOC al di sotto del suo punto di rugiada. Ciò si traduce in condensazione di alcuni dei COV. Il flusso di gas trattato avrebbe ancora COV residui. La concentrazione dei VOC residui dipende dalla temperatura di ingresso del refrigerante.
I condensatori si trovano a monte di assorbitori / adsorbitori / inceneritori. Lo scopo dell'utilizzo di un condensatore può essere quello di recuperare materiali organici preziosi o di ridurre il carico di COV sulle unità a valle. Va da sé che un condensatore può essere usato solo quando la concentrazione del VOC in una corrente di gas di scarico è relativamente alta. L'efficienza di rimozione può essere di circa il 50-90% a seconda della concentrazione iniziale di VOC e della temperatura di ingresso del refrigerante.
Assorbimento:
Per la rimozione dei COV da una corrente di gas, in genere viene lavato con un liquido organico altamente bollente (un olio). Lo sfregamento viene effettuato sia in una torre impacchettata o in una torre di piastre di setaccio o in una camera di nebulizzazione. Il processo (assorbimento) può essere eseguito sia in modo ricorrente che al contrario. La pratica comune è di fregare il contatore al momento.
Durante questo processo i VOC si dissolvono nell'assorbente (solvente). La corrente di gas trattata può essere ulteriormente lavorata o scaricata nell'atmosfera a seconda del suo contenuto di COV residuo. La concentrazione residua dipende dalla concentrazione iniziale di VOC nella corrente di gas influente, dalla solubilità dei COV nel solvente (che dipende dalla temperatura) e dal rapporto tra gas e massa di solvente.
Dal solvente caricato con VOC, il VOC viene recuperato mediante stripping con vapore e il solvente privo di VOC viene riportato all'assorbitore. Un assorbitore progettato correttamente può avere un'efficienza di rimozione VOC del 90% o superiore. La miscela VOC-vapore viene raffreddata e condensata. Questo processo non è normalmente economico se la concentrazione di VOC in un flusso di gas influente è inferiore a 200-300 ppm.
adsorbimento:
Quando una corrente di gas contenente VOC viene fatta passare attraverso un letto di particelle adsorbenti, ad esempio particelle di carbone granulari attivate, le molecole di VOC vengono trattenute sulle superfici esterne e sulle superfici dei micro e macro-pori delle particelle. In realtà l'adsorbimento avviene su alcuni punti specifici (siti attivi) delle particelle adsorbenti. Quando la maggior parte dei siti attivi della maggior parte delle particelle sono occupati dalle molecole di VOC, la velocità di adsorbimento diventa lenta e il processo viene interrotto.
Il letto viene quindi rigenerato, cioè le sostanze adsorbite vengono rimosse passando una corrente di gas caldo o vapore. Le sostanze desorbite possono essere recuperate per condensazione. Il letto viene riutilizzato per l'operazione di adsorbimento. Se le molecole adsorbite sono fortemente mantenute sulle superfici delle particelle, la rigenerazione viene effettuata mediante ossidazione dell'aria a una temperatura più elevata per cui le molecole adsorbite vengono convertite in CO 2 e H 2 O. Alcune parti delle particelle di carbonio (assorbente) vengono ossidate CO 2 .
La capacità di adsorbimento di un adsorbente dipende dal peso molecolare dell'adsorbato (VOC), dal tipo e dalla concentrazione di VOC e dalla temperatura, dalla pressione e dall'umidità del gas di trasporto. La capacità aumenta con la diminuzione della temperatura e l'aumento della pressione.
La capacità viene influenzata negativamente in quanto l'umidità relativa (RH) supera il 50% in quanto le molecole d'acqua vengono assorbite preferenzialmente. Un adsorbente avrebbe una maggiore capacità di adsorbimento di idrocarburi alogenati e aromatici rispetto a quello di composti ossigenati come alcoli, chetoni e aldeidi. Tra i diversi tipi di carbone attivo di granuli di cocco attivo adsorbente commercialmente disponibile si è trovato ideale per l'adsorbimento di VOC.
L'efficienza di rimozione dei COV in un sistema di adsorbimento può essere del 95% circa. Tuttavia, dipende dalla temperatura e dalla pressione operativa, dalla durata del ciclo di adsorbimento e rigenerazione, dal tipo e dalla concentrazione delle molecole di VOC presenti in una corrente di gas.
In teoria non esiste un limite superiore alla concentrazione di ingresso VOC; tuttavia, in pratica, 10.000 ppm di VOC vengono considerati come limite superiore. Per il trattamento di una corrente di gas con una concentrazione di VOC più elevata, è necessario utilizzare un letto più grande o un ciclo più breve e il processo potrebbe non essere economico.
L'adsorbimento di VOC da una corrente gassosa a concentrazione bassa (VOC) (ad esempio inferiore a 10 ppm) costituirebbe un problema, in quanto il recupero di VOC dal flusso desorbito sarebbe difficile a causa del suo basso contenuto di VOC.
L'adsorbimento non è comunemente impiegato per il trattamento di correnti contenenti composti altamente volatili, composti ad alto punto di ebollizione, composti polimerizzabili e correnti di gas contenenti particelle liquide e solide.
Metodi basati sulla combustione:
I processi di combustione (ossidazione) possono essere sia non catalitici che catalitici.
I processi non catalitici possono essere eseguiti nei modi seguenti:
(i) Incenerimento diretto,
(ii) ossidazione recuperativa,
(iii) ossidazione rigenerativa,
(iv) razzi, e
(v) Ossidazione nelle caldaie esistenti e nei riscaldatori di processo.
In generale, i processi basati sulla combustione hanno un'elevata efficienza di rimozione di VOC, per esempio circa il 98%. I prodotti di combustione sono CO 2 e H 2 O. NO x e SO 2 possono anche essere prodotti durante la combustione.
Processi di combustione non catalitici:
Questi processi sono generalmente utilizzati a temperature più elevate, 800-1100 ° C. L'efficienza di distruzione dei VOC dipende dal tempo di permanenza, dalla turbolenza, dalla miscelazione e dalla disponibilità di ossigeno nella zona di combustione. Il carburante supplementare può o non può essere richiesto a seconda del potere calorifico di un gas carico di VOC.
(i) Incenerimento diretto :
L'incenerimento diretto viene effettuato in un combustore rivestito in refrattario dotato di un bruciatore supplementare alimentato a carburante. Il fabbisogno supplementare di carburante in una data situazione dipenderebbe dal potere calorifico del gas carico di COV.
(ii) Ossidazione Recuperativa :
Nelle unità di ossidazione di recupero, il gas di supporto VOC in entrata viene preriscaldato scambiando calore indirettamente con il gas di scarico in uscita prima che il gas in ingresso venga immesso in un combustore. Il recupero di calore dai gas di combustione può essere compreso tra il 40% e il 70%, di conseguenza il fabbisogno di carburante supplementare sarebbe inferiore.
(iii) Ossidazione rigenerativa:
Un'unità di ossidazione rigenerativa ha una camera di combustione e due letti impaccati contenenti perline di ceramica o altri materiali. Quando un flusso di VOC in ingresso passa attraverso un letto caldo, si riscalda mentre il letto si raffredda. Il flusso successivo entra nella camera di combustione e subisce reazioni di combustione.
I gas di scarico dal combustore fluivano attraverso il secondo letto e riscaldavano l'imballaggio mentre si raffredda. I letti impacchettati vengono azionati in modo ciclico, ovvero il flusso di processo viene invertito a intervalli regolari. Il recupero di calore in tale unità è molto elevato, di conseguenza non è richiesto né carburante né una quantità relativamente piccola di carburante supplementare. Queste unità non sono adatte per tutti i tipi di gas carichi VOC.
(iv) razzi:
I razzi sono fondamentalmente utilizzati come dispositivi di sicurezza per bruciare i gas di scarico prodotti durante i processi senza ricorrere a combustibili supplementari. È adatto per gas di scarico ad alta portata con un potere calorifico superiore a 2600 kcal / Nm 3 . Il calore non può essere recuperato dai prodotti di combustione risultanti e la combustione completa di COV non può essere garantita.
(v) Ossidazione in caldaie e riscaldatori di processo esistenti:
Caldaie o riscaldatori di processo esistenti possono essere utilizzati per incenerire flussi di gas carichi di VOC. I vantaggi non sono spese in conto capitale e nessun fabbisogno di carburante supplementare. Tali unità non sarebbero in grado di gestire grandi variazioni nella portata del gas di scarico e il suo potere calorifico. In questi tipi di apparecchiature dovrebbe essere evitato l'incenerimento dei gas di scarico, che sono suscettibili di produrre composti corrosivi. Le prestazioni di tali apparecchiature sarebbero compromesse se il potere calorifico dei gas di scarico fosse inferiore a 1300 kcal / Nm 3 .
Processo di combustione catalitico:
L'ossidazione catalitica dei gas di scarico carichi di COV può essere effettuata a una temperatura inferiore, ad esempio 400-500 ° C, utilizzando una quantità minore di carburante supplementare. L'influente (gas di scarico) viene normalmente preriscaldato a circa 260-480 ° C prima di alimentare lo stesso in una camera di catalizzatore.
L'efficienza di distruzione dei VOC può essere nell'intervallo del 95-98% a seconda della composizione e della concentrazione di VOC, del tipo e delle caratteristiche del catalizzatore, della temperatura operativa, della concentrazione di ossigeno e della velocità spaziale. La presenza di particelle liquide e solide e di composti polimerizzati influisce sull'efficienza della distruzione.
Gli ossidi di platino, rame o cromo sono generalmente usati come catalizzatore. Questi vengono avvelenati da piombo, arsenico, mercurio, zolfo e alogeno. Ad una concentrazione di VOC elevata, la temperatura del letto del catalizzatore può salire a 550-600 ° C o più, per cui il catalizzatore può essere disattivato.
