ITMI20072291A1

ITMI20072291A1 - Processo di combustione

Info

Publication number: ITMI20072291A1
Application number: IT002291A
Authority: IT
Inventors: Salvia Grazia Di; Massimo Malavasi; Edoardo Rossetti
Original assignee: Itea Spa
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-07
Also published as: BRPI0820616B1; AU2008333615B2; JP2011505540A; JP5536662B2; CN101918517A; WO2009071230A1; CN101918517B; EP2220198A1; CA2707124C; US20100261126A1; AU2008333615A1; CA2707124A1; ES2428899T3; EP2220198B1; BRPI0820616A2; US9562205B2

Description

Descrizione

La presente invenzione riguarda un procedimento di combustione che riduce sostanzialmente le polveri sottili nei fumi all'uscita del reattore, quindi con impatto ridotto sull'ambiente e sugli esseri viventi, sìa utilizzando combustibili tradizionali che combustibili di basso rango, biomasse o rifiuti .

Le emissioni di polveri da impianti di combustione sono regolamentate da norme. La più stringente per le emissioni di polveri, sebbene caratterizzate in maniera indifferenziata (peso totale), é la normativa CE 2000/76. Secondo questa norma sono fissati limiti alle polveri totali di dimensioni inferiori a 10 μm, ovvero PM 10, e limiti alla concentrazione dei metalli pesanti. Secondo questa norma le concentrazioni di metalli pesanti rilevate, ottenute per campionamento isocinetico dei fumi, vengono riferite al gas secco (deumidificato). Le concentrazioni della norma si applicano al gas di combustione secco per la combustione con aria ed univocamente sì ricollegano al criterio del bilancio di massa per le emissioni fissando la concentrazione dell'ossigeno nei fumi a 11% in volume. La norma precisa inoltre che, nel caso di combustione con comburente diverso dall'aria, ad esempio aria arricchita o ossigeno, si applicano coefficienti correttivi di conseguenza, secondo il criterio del bilancio di massa. Ad esempio, nel caso di combustione con ossigeno e conversione totale dell'ossigeno, il coefficiente correttivo (fattore di normalizzazione) varia con la tipologia del combustibile e può ridursi fino a valori di 0,085. Il criterio del bilancio di massa é universalemte accettato. Ad esempio la classificazione di merito BAT (Best Available Technology) per le emissioni é espressa direttamente in bilancio di massa.

Al momento, per i gas a camino non esiste ancora una norma che classifichi la pericolosità delle polveri in base alla dimensione delle particelle, e quindi non vi sono limiti di riferimento in base alle dimensioni. E' possibile che questo venga fatto in un prossimo futuro, ponendo dei lìmiti alla massa integrale delle polveri con diametro inferiore a 2,5 μm, ovvero un lìmite al PM 2,5. Sembra evidente l'attenzione su questo problema considerando come si sta evolvendo la normativa sulle polveri nell'aria, ad esempio degli agglomerati urbani. Infatti é in discussione una nuova proposta di Direttiva europea che va oltre la normativa 96-62-CE, che limita solo la quantità di PM 10 a non più di 40 μg/Nm<3>. La nuova Direttiva non toccherebbe il livello delle PM 10 ma dovrebbe introdurre un nuovo limite fissando le PM 2,5 a 20 μg/Nm<3>nell'aria.

Inoltre va ricordato che il PM 2,5 secondo EPA (National Air Quality Standard) é di 15 μg/Nm<s>e che il valore suggerito da OMS (Organizzazione mondiale della Sanità) é ancora più basso, cioè pari a 10 μg/Nm<3>. Per la valutazione in prospettiva delle tecnologie in esame verranno indicati i valori di polveri totali espressi in PM 2,5.

E' noto nell'arte che le polveri sottili sono contenute nei fumi di combustione di tutti i procedimenti noti e utilizzati industrialmente. Le polveri sottili sono formate dal particolato solido di dimensioni inferiori a 2,5 micrometri, fino a dimensioni dell'ordine di alcuni nanometri. Esse sono costituite sia da aggregati di molecole organiche, ovvero crackizzati carboniosi a vario tenore di idrogeno e di ossigeno (noti come soot oppure diesel particle), sia da aggregati di molecole inorganiche, ovvero sali e/o ossidi di metalli alcalini, alcalino-terrosi e metalli pesanti, provenienti dalle ceneri incombustibili contenute nel combustibile alimentato.

Le polveri sottili di origine organica sono suddivise, in base alla forma, in cenosfere e plerosfere.

E' anche noto che le polveri sottili non sono eliminabili con i procedimenti industriali noti di post-trattamento dei fumi di combustione, quali la filtrazione su filtri a maniche (filtrazione ad impatto), gli elettrofiltri (migrazione in un campo elettrostatico), o gli scrubber che utilizzano soluzioni acquose a vario pH oppure soluzioni organiche.

I procedimenti noti, infatti, sono efficienti nel rimuovere il particolato relativamente più grossolano (di diametro medio particellare maggiore di 2,5 micrometri), ma sono del tutto inefficaci nel rimuovere la popolazione di particolato fine, in particolare quella di dimensioni inferiori a 2,5 micrometri, più in particolare dì dimensioni inferiori al micrometro, che rappresenta la frazione dì particolato potenzialmente più pericolosa per la salute. Infatti particelle di queste dimensioni sono in grado di permanere negli alveoli polmonari una volta che vi sono entrate, con ciò causando malattie gravi.

Le ceneri incombustibili, sia quelle pesanti che quelle volatili con i fumi (fly ash), sono da sempre un problema tecnologico negli impianti di combustione. Di fatto hanno provocato la classificazione storica/economica dei combustibili fossili che oggi conosciamo, dal gas naturale al petrolio, al carbone.

Nell'arte sono anche noti combustori che operano con un fronte di fiamma ad alta temperatura (high temperature flame front) per provocare la fusione delle ceneri incombustibili (slag-combustor) per ridurre le fly-ash nei fumi, così da diminuire l'impatto negativo delle polveri trascinate dai fumi di combustione caldi sull'esercizio delle apparecchiature di recupero di energia. Tuttavia questi combustori hanno lo svantaggio che non eliminano le fly ash, in quanto la fusione delle ceneri che ha luogo in questi impianti non è mai quantitativa e risulta al massimo pari al 70-80% delle ceneri contenute nel combustìbile.

Per ovviare a questi inconvenienti sino ad ora sono stati utilizzati combustibili a basso contenuto di ceneri. Occorre osservare che in natura questo tipo di combustibile é molto scarso e si sta esaurendo. I processi di purificazione dei combustibili, come ben noto, sono molto costosi. Inoltre occorre rimarcare che i fumi in uscita dal combustore contengono comunque polveri sottili.

Si fa notare che in natura sono molti abbondanti combustibili che contengono ceneri anche in notevole quantità. In più occorre considerare che il vertiginoso aumento dei consumi mondiali dì combustibili e le aumentate esigenze dì contenimento dell'impatto ambientale e sulla salute ripropongono la necessità dì trovare processi di combustione in cui si possano utilizzare combustibili più problematici, cioè contenenti ceneri in quantità anche molto elevate e che contemporaneamente permettano di ottenere emissioni ridotte di polveri sottili nei fumi all'uscita dei combustori. In generale questi combustibili sono i più diffusi in natura, ad esempio si possono citare le biomasse.

Era sentita l'esigenza di avere a disposizione un procedimento industriale di combustione con il quale fosse possibile ottenere la riduzione delle polveri sottili emesse dai combustori, qualunque fosse il combustibile impiegato.

E' stato trovato inaspettatamente e sorprendentemente un processo che risolve il problema tecnico sopra citato.

Costituisce un oggetto della presente invenzione un procedimento di combustione in cui si alimentano un combustibile e un comburente a un combustore, in cui al combustore si aggiunge il componente A) sotto forma di sali bassofondenti e/o ossidi bassofondenti o loro miscele bassofondenti, detti composti aventi temperatura di fusione inferiore a 1.450 K, in cui il rapporto in moli A'/(A"-A') é di almeno 0,01, essendo:

A' la somma tra la quantità totale in moli di metalli, sotto forma di sali bassofondenti e/o ossidi bassofondenti o loro miscele bassofondenti, presenti nel componente A) e di quella di metalli in moli, sotto forma di sali bassofondenti e/o ossidi bassofondenti o loro miscele bassofondenti, contenuti nel combustibile di alimentazione,

A" la quantità totale in moli di tutti i metalli che entrano nel combustore, corrispondente alla somma tra la quantità di tutti i metalli contenuti nel combustibile di alimentazione e di quelli contenuti nel componente A), essendo

il combustore di tipo isotermo, senza fronte di fiamma (flameless).

Come detto, il rapporto in moli A'/(A"-A') é di almeno 0,01, preferibilmente almeno 0,1, ancor più preferibilmente almeno 0,2. Non esìste un limite superiore, Infatti si può usare qualsiasi quantità di bassofondenti A', ad esempio tale da avere un rapporto in moli A'/(A"-A') fino a 1.000.000, in genere fino a 100. Il limite superiore può raggiungere il valore infinito quando (A"-A')=0. Questo si verifica quando i metalli presenti nei combustibili di alimentazione danno tutti composti bassofondenti alla temperatura inferiore a 1.450 K. In altre parole, non sono presenti metalli che danno composti o miscele che fondono a una temperatura superiore a quella indicata.

Nel processo della presente invenzione si può avere il caso in cui (A"-A')≠0 oppure il caso in cui (A"-A')=0. E' stato trovato sorprendentemente ed inaspettatamente dalla Richiedente che anche in quest'ultimo caso, (A"-A')=0, le polveri sottili nei fumi risultano drasticamente ridotte. Nelle apparecchiature a valle dei fumi é stato trovato che non si verificano depositi rilevanti di ceneri solidificate.

Nel processo dell'invenzione il tempo di residenza del combustibile nel combustore varia preferibilmente da 0,5 secondi fino a 30 minuti o più, più preferibilmente da 2 a 10 secondi. E' possibile utilizzare anche tempi superiori, se desiderato.

La determinazione dei metalli presenti nei combustibili viene effettuata sulle ceneri nei combustibili, determinate ad esempio secondo il test ISO 1171, o con qualsiasi metodo di pirolisi alla temperatura di circa 600°C, mediante tecniche al plasma, ad esempio ICP-OES.

La temperatura di fusione delle ceneri si può ottenere utilizzando vari metodi, ad esempio secondo il test ASTM D 1857-87 .

Per determinare la frazione bassofondente si portano le ceneri a fusione fino alla temperatura di 1.450 K e si determinano i metalli della parte fusa delle ceneri che viene recuperata. In particolare, la frazione bassofondente delle ceneri dei combustibili viene determinata utilizzando, ad esempio, un crogiolo, forato nel fondo con foro avente diametro di 5 mm, e scaldando il campione a 1.450 K e lasciandolo a questa temperatura per almeno 2 ore.

Nel processo dell'invenzione la pressione alla quale si opera nel combustore é compresa tra valori maggiori o uguali a 101,3 kPa e fino a circa 2.000 kPa.

Nel processo dell'invenzione la temperatura del combustore é preferibilmente compresa tra 1.500 K {1.223°C) e fino a 2.100 K (1.827°C).

Il comburente del processo dell'invenzione è ossigeno. Si può utilizzare ossigeno ad alta purezza {98,5% in volume). In generale si utilizza anche ossigeno avente titolo 88-92% VSA (vacuum swing absorption) e 88-92% VPSA (vacuum pressure swing absorption). Il limite inferiore del titolo dell'ossigeno utilizzabile é di 70% in volume, essendo il complemento a 100 costituito da gas inerti e/o azoto che sono in miscela con l'ossigeno. Il comburente nel processo dell'invenzione viene normalmente utilizzato in eccesso rispetto alla quantità stechiometrica richiesta per la reazione con il combustibile. Tuttavia può anche essere utilizzato in difetto rispetto allo stechiometrico .

Preferibilmente i gas di combustione all'uscita del combustore vengono raffreddati a una temperatura uguale o inferiore a 1.100 K, e comunque inferiore alla temperatura di solidificazione dei vapori condensati di ceneri fuse. Questo rappresenta un vantaggio, in quanto si possono utilizzare apparecchiature di recupero termico costruite con materiali convenzionali e macchine rotative.

Come componente A) si possono utilizzare miscele bassofondenti, aventi punto di fusione inferiore a 1.450 K, di sali bassofondenti e/o ossidi bassofondenti o miscele bassofondenti. Si possono utilizzare anche miscele bassofondenti di composti di detti metalli, ad esempio ottenute per reazione/miscelazione di sali altofondenti e/o ossidi altofondenti. In questo caso, preferibilmente, si addiziona anche un sale metallico bassofondente o un ossido bassofondente, in quantità in genere maggiore del 5% in peso, in genere fino al 30% in peso.

E' stato trovato, infatti, che il componente A) sotto forma di miscela deve essere una miscela bassofondente. Pertanto, anche composizioni eutettiche o le composizioni attorno all'eutettico, purché abbiano un punto di fusione inferiore a 1.450 K, sono utilizzabili nella presente invenzione.

Come sali e/o ossidi bassofondenti, ovvero fondenti al di sotto di 1.450 K, si possono utilizzare ossidi e/o sali di sodio e/o potassio, ad esempio solfati, fosfati e cloruri; allumo silicati di metalli alcalini e alcalino terrosi, fosfati alcalini, ecc. Miscele bassofondenti con temperature di fusione inferiori a 1.450 K possono essere ottenute facilmente dall'esperto del ramo in base alle indicazioni date sopra. Si veda ad esempio "CRC Handbook of Chemistry and Physics" oppure "The American Ceramics Society, www.ceramics.org/phase".

Nel combustore, oltre al componente A), si possono aggiungere altri componenti opzionali, tra cui argille, silici allumine, ecc.

L'aggiunta del componente A) al combustore può essere effettuata alimentando il componente A) separatamente dal combustibile o in miscela con esso. Preferibilmente si alimenta al combustore il componente A) in miscela con il combustibile.

Quando il componente A) é alimentato a parte, può essere ad esempio nella forma di una soluzione o sospensione acquosa.

La Richiedente ha trovato sorprendentemente e inaspettatamente che nel processo dell'invenzione, operando nelle condizioni sopra indicate, nei fumi in uscita dal combustore le polveri risultano drasticamente ridotte e in particolare si ha una drastica riduzione delle dimensioni particellari relativa alle dimensioni più piccole, inferiori o uguali a 2,5 μπι, più specificatamente inferiori a 1 μm, ancora più specificatamente inferiori a 0,4 μm. Come detto, le polveri aventi dimensioni particellari superiori a 2,5 μm non rappresentano un problema in quanto sono abbattibili con i mezzi tecnologici noti nell'arte .

Come combustibili utilizzabili nel processo dell'invenzione si possono citare le biomasse, per esempio derivanti da zuccheri, farine animali, carbone, scarti industriali da neutralizzazione, frazioni altobollenti di raffineria, bitumi e scisti bituminosi, scarti di lavorazione delle sabbie bituminose, torbe, solventi esausti, peci, in genere scarti dei processi industriali e rifiuti, compresa la frazione residuale dei rifiuti urbani, opzionalmente comprendente il CDR {combustibile da rifiuti). Si possono anche utilizzare emulsioni di combustibili liquidi di origine petrolifera. Tutti questi combustibili, come già detto, contengono ceneri basiche, in genere sotto forma di ossidi e/o sali.

Come detto, il combustore utilizzato nel procedimento della presente invenzione è di tipo isotermo senza fronte di fiamma, in quanto si opera a temperature uguali o superiori a 1.500 K, preferibilmente superiori a 1.700 K fino a 2.100 K, e a una pressione superiore a 103 kPa (1 bar), preferibilmente superiore a 200 kPa, ancor più preferibilmente superiore a 600 kPa e fino a 2.026 kPa.

Preferibilmente l'ossigeno comburente alimentato viene premiscelato con fumi di riciclo, essendo nella miscela gassosa risultante la quantità di fumi generalmente maggiore del 10% in volume, preferibilmente maggiore del 50% in volume. I fumi di riciclo preferibilmente contengono anche acqua nella forma di vapore. La quantità di acqua calcolata rispetto al volume totale dei fumi di riciclo è maggiore del 10% volume, preferibilmente maggiore del 20% volume, ancor più preferibilmente maggiore del 30% volume.

L'ossigeno alimentato può essere anche in miscela con vapore d'acqua, che sostituisce parzialmente o totalmente ì fumi di riciclo.

Anche il combustibile di alimentazione può contenere o essere addizionato di acqua/vapore in quantità variabile, in dipendenza dal tipo di combustibile che si utilizza. La percentuale dì acqua nel combustibile, espressa come percento in peso, può anche arrivare fino a 80% e più.

I gas in uscita dal combustore vengono raffreddati miscelandoli con gas di riciclo in un miscelatore, operando in modo che la temperatura finale della miscela gassosa sia inferiore a 1.100 K. Questo permette la solidificazione delle condense dei vapori di sali e ossidi dei metalli alcalini e/o alcalino terrosi. I fumi possono essere inviati ad uno scambiatore di calore nel quale si alimenta acqua per produrre vapore. I fumi che hanno ceduto calore allo scambiatore vengono ricompressi per essere riciclati sia al combustore che al miscelatore in uscita del combustore. Preferibilmente la parte di fumi corrispondente al prodotto gassoso netto della combustione viene fatta espandere per ricavare lavoro meccanico e poi avviata ad una unità di post-trattamento dei fumi, I fumi da espandere vengono prelevati in corrispondenza dell'uscita del miscelatore.

L'espansione può essere realizzata attraverso un turboespansore in quanto i fumi sono sostanzialmente privi di fly-ash.

Il combustore possiede un recipiente di raccolta delle ceneri fuse che si accumulano allo stato liquido nella parte inferiore del combustore. Le ceneri vengono poi raffreddate, ad esempio in un bagno di acqua, e trasferite allo stato solido vetrificato in separatori statici (settler).

Il combustore isotermo utilizzato nel processo dell'invenzione é descritto nella domanda di brevetto, qui incorporata integralmente per riferimento, WO 2004/094904 a nome della Richiedente.

Se il combustibile alimentato viene immesso nel combustore isotermo in miscela con acqua e/o vapore d'acqua, il combustore opera la combustione della parte combustibile senza dare luogo alla formazione di fronte di fiamma {flameless), come descritto nella domanda di brevetto WO 2005/108867.

E' stato inaspettatamente e sorprendentementettrovato dalla Richiedente che, nelle condizioni del processo della presente invenzione, i metalli presenti nel combustibile e anche i metalli presenti nel componente A) sono pressoché quantitativamente trattenuti allo stato liquido nel combustore e rimossi dal fondo del combustore. Infatti é stato trovato sorprendentemente ed inaspettatamente che nei fumi all'uscita del combustore, cioè a vaile del miscelatore-raffreddatore, le polveri totali sono presenti a concentrazione dell'ordine di 1 mg/Nm<3>o inferiori e a camino di emissione le PM 2,5 sono ridotte a livelli normalizzati minori di 50 microgrammi/Nm<3>di fumi, normalizzate secondo norma EC 2000/76.

Il controllo del processo per la determinazione delle polveri sottili (diametro partìcellare<2,5 micrometri) è, di fatto, particolarmente semplice, provvedendo il pilotaggio (pìloting) del processo attraverso sensori posti sui fumi in uscita dal combustore, ad esempio con un opacimetro. In particolare si può utilizzare uno strumento ELPI (Electrical Low Pressure Impactor) che, scannerizzando in continuo il PUF (Particolato Ultra Fine), generalmente avente dimensioni 2,5-0,01 μιη, con cadenza 10 minuti primi, è in grado di provvedere le indicazioni necessarie per dosare i composti bassofondenti A) in entrata al reattore e mantenere il conte-nuto totale di PUF ampiamente al di sotto di quantità dell'ordine dei valori sopra indicati, ovvero alcuni ordini di gran dezza inferiori rispetto a quanto viene riportato nell'arte nota, ad esempio nelle BAT.

Come detto, é stato sorprendentemente e inaspettatamente trovato dalla Richiedente che il processo dell'invenzione è particolarmente efficiente nel trattenere allo stato fuso nel reattore anche metalli pesanti che ordinariamente escono con relativa abbondanza in forma di polveri sottili nei fumi emessi nell'atmosfera. Ad esempio, è ben noto nell'arte che il cadmio, sotto forma di ossido CdO, volatilizza, nelle condizioni ordinarie di combustione, e si ritrova totalmente come particolato ultrafine nei fumi e passa praticamente inalterato attraverso gli impianti di post-trattamento fumi. Si è sorprendentemente ed inaspettatamente trovato che, nelle condizioni utilizzate nel processo della presente invenzione, l'ossido di cadmio é quasi completamente eliminato dai fumi.

Con il processo della presente invenzione é possibile rimuovere pressoché quantitativamente anche altri metalli pesanti, ad esempio manganese, rame, cromo, vanadio, piombo.

Altro caso dì cattura per fusione di metalli pesanti che sono particolarmente difficili da eliminare é quello del vanadio. Questo, infatti, é presente nei grezzi petroliferi, in quantità significative nei grezzi pesanti, nei bitumi, negli scisti e nelle sabbie bituminose, nonché nelle frazioni pesanti di risulta delle lavorazioni petrolifere.

Il vanadio, come noto, è un metallo pesante tossico. Alle temperature di combustione utilizzate nel processo della presente invenzione il vanadio è generalmente sotto forma di ossido V205, che é un solido altofondente. A temperature superiori a 1.670 K V205si trasforma in V02volatile. Inoltre V205catalizza la conversione di S02ad S03, che è particolarmente aggressivo, a causa delle condense di acido solforico che si depositano sulle pareti delle apparecchiature a valle dei combustori, alle temperature alle quali si opera nelle sezioni di recupero termico. I vanadati attaccano i materiali metallici, altolegati non esclusi.

Si è sorprendentemente trovato che, con il processo dell'invenzione, operando a temperature di combustione da 1.500 K fino a <1.670 K, è possibile ridurre significativamente la quantità di vanadio presente nei fumi.

Con il processo della presente invenzione risulta quindi possibile utilizzare anche i combustibili sopra indicati, che altrimenti non sarebbero utilizzabili con i combustori dell'arte nota. Si può quindi in questo modo combinare un ciclo del tipo Joule-Bryton, con il combustore ad esempio pressurizzato a 1.000 kPa, seguito da turboespansore sui gas prodotti netti, e un ciclo Rankine sul calore recuperato dai gas caldi, prima del riciclo al combustore e al miscelatore-raffreddatore fumi. In tal modo si possono raggiungere rese di trasformazione da energia termica a energia elettrica superiori al 57%.

I seguenti esempi illustrano a scopo non limitativo la presente invenzione.

ESEMPI ESEMPIO 1

Caratterizzazione delle polveri

Il particolato contenuto nei fumi di combustione viene raccolto mediante un impattore (impactor) del tipo Andersen Mark III munito di un pre-separatore in grado di eliminare le particelle con diametro aerodinamico maggiore di 10 μιη e di separare il PM 10, utilizzando un flusso di campionamento di 14 litri/min, e filtri nelle frazioni granulometriche con diametro aerodinamico compreso tra 10-9 μπι,- 9-5,8 μπι,- 5,8-4,7 μτη; 4,7-3,3 μτη; 3,3-2,1 μιη; 2,1-1,1 μιη; 1,1-0,7 μτη; 0,7-0,4 μιη.

Al termine del campionamento le frazioni di particolato sono state sottoposte ad analisi chimico-fisica mediante microscopia elettronica (SEM) a scansione ed analisi ai raggi X.

L'analisi chimica delle singole particelle è stata eseguita con un microscopio SEM Philips XL30, munito di un sistema EDX a finestra sottile {thin window) per la microanalisi mediante spettrometria a dispersione di energia, utilizzando un sistema automatico in grado di rivelare automaticamente le particelle sulla base del superamento di una soglia prefissata.

Per ciascuna delle particelle individuate sono stati determinati i parametri morfologici e la composizione misurando le intensità delle righe caratteristiche dello spettro a raggi X e convertite nelle corrispondenti concentrazioni atomiche. Il particolato con dimensioni inferiori a 0,4 μm, quello che sfugge all'ultimo stadio dell'impattore Andersen, è stato raccolto su supporti di mica per l'analisi al microscopio a forza atomica mediante un attuatore pneumatico in grado di raccogliere, per effetto termoforetico, un numero sufficiente e statisticamente significativo di particelle. La corrente gassosa in uscita dall'impattore viene successivamente convogliata in un sistema di condensazione dell'acqua di combustione. Il materiale condensato è stato quindi sottoposto ad analisi spettroscopica per la determinazione delle concentrazione del particolato nanometrico.

L'analisi dei metalli viene effettuata mediante spettroscopia induction-plasma utilizzando l'apparecchio ICP-OES della Thermo Electron Corporation.

Le ceneri nei combustibili vengono determinate secondo il test ISO 1171.

La temperatura di fusione delle ceneri viene determinata secondo il test ASTM D 1857-87,

La frazione bassofondente delle ceneri dei combustibili viene determinata utilizzando un crogiolo forato nel fondo con foro avente diametro di 5 mm e scaldando il campione di ceneri a 1.450 K, poi mantenendo questa temperatura per almeno 2 ore. Alla fine, nella frazione che é fuoruscita dal fondo del crogiolo si determinano il peso e i metalli presenti.

ESEMPIO 2

Un combustore da 5 MW termici, operato a 1.650 K e alla pressione di 5 bar e utilizzando ossigeno come comburente al 92% in volume, secondo parametri che consentono il funzionamento isotermo come sopra descritto, e inserito in un impianto dimostrativo, viene alimentato con un rifiuto industriale in ragione di 11 kg/min, composto da una miscela di solventi esausti, acqua e un corpo di fondo in ragione dell'1,4% peso.

Il rifiuto sottoposto a pirolisi alla temperatura di 600°C ha portato a ceneri incombustibili pari a 1,04% in peso. All'analisi con ICP ottico (inductive coupled plasma: ICP-OES) le ceneri risultano principalmente costituite da allumina, silice e calcio {calcio solfato). Le ceneri contengono anche metalli pesanti, tra cui Nichel, Manganese, Cobalto, Cromo, Rame, Piombo, in concentrazione totale di 370 ppm peso.

La temperatura di fusione delle ceneri incombustibili, determinata secondo le modalità descritte nell'Esempio 1, risulta maggiore di 1.450 K, e precisamente 1.712 K.

Insieme al rifiuto viene dosata, in ragione di 0,5 l/min, una sospensione acquosa così costituita:

10% in peso di bentonite commerciale in polvere, composizione grossolana Al203-4Si02, avente temperatura di fusione 1.590 K,

3% in peso di pirofosfato potassico commerciale, avente temperatura di fusione 1.363 K.

Dall'analisi con ICP ottico come indicato sopra, si determinano i metalli presenti nel componente A), nel componente opzionale e nel conbustibile di alimentazione. Si é trovato un rapporto molare A'/(A"- A') uguale a 0,1.

L'analisi delle polveri totali effettuata sui fumi a valle del miscelatore secondo la metodologia descritta nell'esempio 1 rileva polveri totali pari a una concentrazione, a valori normalizzati, di 0,2 mg/Nm<3>.

Dopo filtrazione su filtro a maniche, a camino, sui fumi emessi, il particolato PM 2,5 a valori normalizzati risulta pari a 8 ^g/Nm<3>. Questi valori si collocano a vari ordini di grandezza sotto i limiti di legge e anche sotto il livello raggiunto dalle BAT.

Nei fumi a camino i valori di concentrazione normalizzati di metalli pesanti sono inferiori a 1 /xg/Nm<3>.

ESEMPIO 3 Confronto

Si ripete l'esempio 2 ma omettendo l'aggiunta della sospensione acquosa di bentonite e pirofosfato potassico.

A camino, dopo filtrazione dei fumi, la concentrazione di particolato PM 2,5 a valori normalizzati è di 3 mg/Nm<3>, e con un contenuto dì metalli pesanti a valori normalizzati di 0,15 mg/Nm<3>.

ESEMPIO 4 Confronto

In un combustore dell'arte da 6 MW termici, operato a pressione atmosferica utilizzando aria come comburente, si iniettano 13 kg/min dello stesso rifiuto industriale utilizzato nell'esempio 2. La camera di combustione ha le pareti mantenute a temperatura superiore a 1,150 K, I fumi della fiamma lasciano la camera di combustione alla temperatura di 1.310 K. Dopo filtrazione su filtro a maniche e su filtro elettrostatico, a camino i fumi di emissione contengono 9 mg/Nm<3>di polveri totali e il particolato PM 2,5 risulta di S mg/Nm<3>. I metalli pesanti sono presenti in concentrazione di 0,44 mg/Nm<3>.

Dal confronto dei dati ottenuti nell'esempio dell'invenzione con gli esempi di confronto si nota che l'emissione di polveri totali nell'esempio dell'invenzione é nettamente inferiore a quella ottenuta in un combustore convenzionale. Il PM 2,5 risulta di due-tre ordini di grandezza inferiore e i metalli pesanti di due ordini di grandezza inferiori. Pertanto i valori ottenuti con il processo della presente invenzione sono nettamente più performanti rispetto ai processi dell'arte nota.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo di combustione in cui a un combustore si alimentano un combustibile e un comburente, in cui al combustore si aggiunge il componente A), sotto forma di sali bas-sofondenti e/o ossidi bassofondenti o loro miscele bassofondenti, detti composti aventi temperatura di fusione inferiore a 1.450 K, in cui il rapporto in moli A'/(A"-A'} é di almeno 0,01, essendo: A' la somma tra la quantità totale in moli di metalli, sotto forma di sali bassofondenti e/o ossidi bassofondenti o loro miscele bassofondenti, presenti nel componente A) e di quella di metalli in moli, sotto forma di sali bassofondenti e/o ossidi bassofondenti o loro miscele bassofondenti, contenuti nel combustibile di alimentazione, A" la quantità totale in moli di tutti i metalli che entrano nel combustore, corrispondente alla somma tra la quantità di tutti i metalli contenuti nel combustibile di alimentazione e dì quelli contenti nel componente A), essendo il combustore di tipo isotermico, senza fronte di fiamma (flameless).
2. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui il rapporto in moli A'/(A"-A') é di almeno 0,1, preferibilmente dì almeno 0,2.
3. Processo secondo le rivendicazioni 1-2, in cui la pressione nel combustore é compresa tra valori maggiori della pressione atmosferica e fino a 2.000 kPa e la temperatura é compresa tra 1.500 K (1.223°C) e fino a 2.100 K (1.827°C).
4. Processo secondo le rivendicazioni 1-3, in cui il comburente é ossigeno in eccesso rispetto alla quantità stechiometrica per la reazione con il combustibile.
5. Processo secondo le rivendicazioni 1-4, in cui i gas di combustione all'uscita del combustore vengono raffreddati a una temperatura uguale o inferiore a 1.100 K.
6. Processo secondo le rivendicazioni 1-4, in cui il componente A) é costituito da miscele bassofondenti ottenute da sali altofondenti e/o ossidi altofondenti addizionate di un sale o un ossido bassofondente per avere un punto di fusione inferiore a 1.450 K.
7. Processo secondo le rivendicazioni 1-6, in cui l'aggiunta del componente A) al combustore viene effettuata alimentando il componente A) separatamente dal combustibile o in miscela con il combustibile.
8. Processo secondo le rivendicazioni 1-7, in cui i tempi di residenza del combustibile nel combustore variano da 0,5 secondi fino a 30 minuti.
9. Processo secondo le rivendicazioni 1-8, in cui l'ossigeno alimentato viene premiscelato con fumi di riciclo, essendo nella miscela gassosa risultante la quantità di fumi generalmente maggiore del 10% in volume.
10. Processo secondo le rivendicazioni 1-9, in cui i fumi di riciclo contengono acqua nella forma vapore in quantità maggiore del 10% in volume.
11. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-10, in cui il combustibile contiene acqua/vapore in quantità, espressa come percento in peso, fino a 80%.
12. Fumi ottenibili secondo il procedimento delle rivendicazioni 1-11.
13. Fumi secondo la rivendicazione 12, in cui, a camino di emissione, le PM 2,5 a livelli normalizzati sono minori di 50 microgrammi/Nm<3>.