Progetto di un impianto di depurazione in una corrente inquinata con presenza di stirene ed orto-xileni
Lo studio prende in considerazione la miscela di sostanze inquinanti elencate in tabella 1.1
Data la notevole quantità di aria da trattare ed il contenuto livello di SOV si considera di proporre un impianto con adsorbitore. La complicazione è creata dalla presenza contemporanea di Xilene e Stirene, infatti se per lo strippaggio delle molecole dello Xilene si richiede una elevata energia termica (calore), la presenza contemporanea di Stirene rischia di disattivare il materiale adsorbente in quanto, ad elevata temperatura, lo stirene tende a polimerizzare.
Tabella 1.1 Caratteristiche miscela dei solventi in ingresso
Condizione di progetto:
La nostra proposta prevede che la corrente primaria di aria inquinata di portata 34000 Nm3/ora sia alimentata in una unità di adsorbimento e desorbimento solventi, definita unità di concentrazione; la corrente di aria depurata nei letti adsorbenti è convogliata direttamente al camino. I letti adsorbenti sono rigenerati con una corrente di aria calda, riscaldata alla temperatura richiesta con un bruciatore in linea, con portata 1/12÷1/15 della corrente primaria di aria inquinata. La corrente di desorbimento, con portata 2200÷2800 Nm3/ora, contenente i solventi ad elevata concentrazione, viene depurata in un combustore rigenerativo a due torri operante in condizioni prossime alla autotermia.
Nella composizione della miscela solventi riportata in Tabella 1.1 risulta la presenza di Stirene, in frazione peso inferiore ad 1 %, che a temperatura superiore a 100÷120 °C può polimerizzare in fase adsorbente. É opinabile se per una concentrazione così esigua i rischi di polimerizzazione del monomero siano realistici; da un lato spesso gli adsorbenti mostrano attività catalitiche, dall’altro la mobilità delle molecole adsorbite è ridotta e nel nostro caso la eventualità che due molecole di Stirene si trovano adiacenti in un microporo di dimensioni 1 nm è esigua. In generale, per quanto concerne il carbone attivo, lavato acido per la rimozione di ceneri, è raccomandata una temperatura di rigenerazione non superiore a 110°C per assicurare all’adsorbente una vita utile di almeno due anni. Per quanto concerne le zeoliti è accertato che la zeolite ZSM-5 , che ha micropori circa 0,6 nm non innesca la polimerizzazione dello Stirene. Nella analisi delle soluzioni tecnologiche si è cercato per quanto possibile di minimizzare i rischi di disattivazione dell’adsorbente.
Sono proposte per la unità di concentrazioni due alternative. La prima alternativa, meno costosa, prevede l’impiego di un adsorbitore di tipo modulare, di cui Cematek ha una esperienza esecutiva circa ventennale. L’adsorbitore modulare viene dimensionato con un codice di simulazione, ormai largamente validato durante gli avviamenti, che prende in esame la reale miscela solventi contenuta nella corrente di aria inquinata e verifica le caratteristiche del carbone attivo più idonee a realizzare in modo ottimale le fasi di adsorbimento e desorbimento del letto.
Le simulazioni applicate al caso specifico mostrano che la soluzione ottimale prevede un letto adsorbente realizzato a due strati separati con carbone attivo aventi diverse caratteristiche. Nel primo stato, ove è previsto l’adsorbimento dello Xilene e Stirene, si impiega un carbone attivo da bitume, da cui è possibile desorbire i componenti pesanti a temperatura di circa 120°C; nel secondo strato, ove è previsto l’adsorbimento di Acetone ed Etilacetato si impiega carbone attivo da gusci di cocco, idoneo ad assorbire i componenti leggeri pur a bassa concentrazione. Nel complesso il letto adsorbente risulta rigenerabile con aria calda a temperatura di circa 120°C.
La seconda alternativa prevede l’impiego di una ruota zeolitica, costituita da un mixing di zeoliti supportate su monolite a forma di ruota cilindrica, realizzato con lamine di feltro siliceo. Le condizioni operative dell’adsorbitore rotante e la selezione del mixing di zeolite impiegato sono piuttosto vincolate e delegate al fornitore. Va comunque considerato che la temperatura di rigenerazione non può essere inferiore a 180°C e per il mixing di zeolite si dispone di 5 miscele standard di zeolite ZSM-5 e di zeolite Y, a diverso rapporto Si/Al a seconda della polarità dei solventi da adsorbire. Si osserva che non vi sia una miscela idonea al contempo compatibile con lo Stirene ed efficace nella rimozione degli isomeri dello Xilene. Quale compromesso viene adottato il mixing di zeolite con sigla IV, di cui la compatibilità con lo Stirene è più idonea.