ITPD990079A1 - NA2CO3 SODIUM CARBONATE ACTIVATION PROCEDURE FOR THERMAL BREAKDOWN OF SODIUM BICARBONATE NAHCO3 IN A REACTOR A - Google Patents
NA2CO3 SODIUM CARBONATE ACTIVATION PROCEDURE FOR THERMAL BREAKDOWN OF SODIUM BICARBONATE NAHCO3 IN A REACTOR A Download PDFInfo
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Description
DESCRIZIONE DI UNA INVENZIONE INDUSTRIALE AVENTE PER TITOLO: PROCEDIMENTO DI ATTIVAZIONE DEL CARBONATO SODICO Na2CO3 PER DECOM-POSIZIONE TERMICA DEL BICARBONATO SODICO NaHCO3 IN UN REATTORE A TEMPERATURA CONTROLLATA E SUO UTILIZZO NELLA NEUTRALIZZAZIONE DI FUMI, VAPORI, GAS E POLVERI ACIDI DI VARIA ORIGINE, CARATTERIZZATI DA TEMPERATURE INFERIORI A 140°C. DESCRIPTION OF AN INDUSTRIAL INVENTION HAVING THE TITLE: PROCEDURE OF ACTIVATION OF THE SODIUM CARBONATE Na2CO3 BY DECOM-THERMAL POSITION OF THE SODIUM BICARBONATE NaHCO3 IN A REACTOR AT A CONTROLLED TEMPERATURE AND ITS USE IN THE NEUTRALIZATION OF FUMES, VAPORS AND VAPORS FROM TEMPERATURES LOWER THAN 140 ° C.
RIASSUNTO: SUMMARY:
La presente invenzione si riferisce ad un nuovo ed originale procedimento di attivazione del carbonato di sodio Na2CO3 ottenuto per decomposizione termica del bicarbonato di sodio NaHCO3 in un opportuno reattore o decompositore a temperatura controllata e nell'utilizzo di tale sale nelle reazioni di neutralizzazione di gas, vapori, fumi e polveri acidi effluenti da fonti industriali e civili, quali processi di sintesi chimiche, di decapaggio di metalli, di combustione di residui solidi urbani e di solventi industriali, di processi di cottura ed essiccamento di vari materiali, ecc. The present invention refers to a new and original activation process of sodium carbonate Na2CO3 obtained by thermal decomposition of sodium bicarbonate NaHCO3 in a suitable reactor or decomposer at a controlled temperature and to the use of this salt in gas neutralization reactions, Acid vapors, fumes and dust effluent from industrial and civil sources, such as chemical synthesis processes, metal pickling, combustion of urban solid residues and industrial solvents, cooking and drying processes of various materials, etc.
DESCRIZIONE: DESCRIPTION:
Come è noto, le emissioni gassose acide dei citati processi sono per lo più costituite, con riferimento al secco, da acido cloridrico HCl, acido fluoridrico HF, composti binari tra zolfo ed ossigeno del tipo SOx, composti binari tra azoto ed ossigeno del tipo NOx, nonché polveri di svariata natura. As is known, the acid gaseous emissions of the aforementioned processes are mostly constituted, with reference to the dry, of hydrochloric acid HCl, hydrofluoric acid HF, binary compounds between sulfur and oxygen of the SOx type, binary compounds between nitrogen and oxygen of the NOx type , as well as powders of various kinds.
Nella letteratura brevettale e nella pratica industriale sono descrìtti e noti diversi criteri di abbattimento e neutralizzazione di sostanze gassose acide e di filtrazione delle polveri che le accompagnano. I più tradizionali sfruttano classiche reazioni di neutralizzazione per via umida, cioè in soluzione; altri più moderni ricorrono a reazioni per via secca in fase eterogenea. Gli inconvenienti principali presentati dai primi sono costituiti a) dalla necessità di usare grandi volumi per contenere le soluzioni e complicate e costose apparecchiature di dosaggio dei reagenti e di controllo delle reazioni, b) dai distruttivi fenomeni di corrosione e c) dal problema dello smaltimento delle soluzioni neutralizzate. In the patent literature and in industrial practice different criteria for the abatement and neutralization of acid gaseous substances and for filtration of the dust accompanying them are described and known. The more traditional ones exploit classical neutralization reactions by wet way, that is in solution; others more modern resort to dry reactions in the heterogeneous phase. The main drawbacks presented by the former are a) the need to use large volumes to contain the solutions and complicated and expensive reagent dosing and reaction control equipment, b) the destructive corrosion phenomena and c) the problem of the disposal of the solutions neutralized.
Per superare questi numerosi e gravi svantaggi, in tempi relativamente recenti sono stati messi a punto processi di abbattimento degli effluenti gassosi acidi, del tipo sopra citato, per via secca; veicolando tali effluenti in miscela col solido neutralizzante prima all'interno di un reattore che garantisca un idoneo tempo di contatto tra le due fasi e poi all’interno di opportuni filtri a maniche dove si completa la reazione; le superfici filtranti fungono così da reattori a letto fisso, oltre che da normali separatori solido-gas. Possono essere impiegati anche elettrofiltri che non essendo per loro natura concentratori di polvere non ottengono però tempi di contatto paragonabili a quelli dei filtri a maniche e quindi le stesse efficienze di neutralizzazione. In order to overcome these numerous and serious disadvantages, processes for the abatement of acid gaseous effluents, of the aforementioned type, have been developed in relatively recent times; conveying these effluents mixed with the neutralizing solid first inside a reactor that guarantees a suitable contact time between the two phases and then inside suitable bag filters where the reaction is completed; the filtering surfaces thus act as fixed bed reactors, as well as normal solid-gas separators. Electrofilters can also be used which, not being dust concentrators by nature, however, do not obtain contact times comparable to those of bag filters and therefore the same neutralization efficiencies.
Il reagente di neutralizzazione impiegato a tale scopo è il bicarbonato di sodio NaHCO3, di facile reperibilità, praticamente innocuo alla manipolazione. Però questo sale a carattere blandamente basico, è scarsamente reattivo con gran parte dei composti acidi sopra citati, in particolare con le anidridi, con le polveri acide e con acidi deboli o fortemente diluiti nella miscela gassosa effluente. The neutralization reagent used for this purpose is sodium bicarbonate NaHCO3, which is readily available and practically harmless to handling. However, this slightly basic salt is poorly reactive with most of the acid compounds mentioned above, in particular with anhydrides, with acid powders and with weak or highly diluted acids in the effluent gaseous mixture.
È stato allora rivendicato l’accorgimento di iniettare pneumaticamente il bicarbonato di sodio, opportunamente macinato, nei gas acidi da neutralizzare in un idoneo miscelatore alla temperatura non inferiore a 140°C (alla quale inizia la reazione di decomposizione) e preferibilmente di 170 °C per ottenere abbattimenti rapidi e pressoché completi. A tale valore di temperatura ha luogo una rapida (circa 2,5 sec) decomposizione del bicarbonato di sodio in carbonato di sodio secondo la nota reazione: The expedient of pneumatically injecting the sodium bicarbonate, suitably ground, into the acid gases to be neutralized in a suitable mixer at a temperature not lower than 140 ° C (at which the decomposition reaction begins) and preferably 170 ° C was then claimed. to obtain rapid and almost complete killing. At this temperature value, a rapid (about 2.5 sec) decomposition of sodium bicarbonate into sodium carbonate takes place according to the known reaction:
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
Il carbonato sodico così ottenuto risulta estremamente più reattivo del precursore bicarbonato, oltre che per il suo naturale carattere fortemente basico, soprattutto perché all'atto della sua formazione i granuli diventano porosi, presentando una elevatissima superficie specifica, a seguito del rilascio di anidride carbonica ed acqua da parte del bicarbonato. In altre parole il carbonato sodico risulta per così dire "attivato”. The sodium carbonate thus obtained is extremely more reactive than the bicarbonate precursor, as well as due to its natural strongly basic character, above all because at the time of its formation the granules become porous, presenting a very high specific surface, following the release of carbon dioxide and water by the baking soda. In other words, the sodium carbonate is, so to speak, "activated".
Da quanto sopra esposto emergono chiaramente i limiti del procedimento, consistenti nell'impossibilità di trattare correnti gassose acide effluenti a temperature inferiori teoricamente a 140 °C, ma in pratica a 170 °C: tale processo risulta così di applicabilità limitata e specifica ad effluenti gassosi oltre i 140 °C. E per improvvise diminuzioni, comunque motivate, della temperatura al di sotto dei valori indicati, il processo di abbattimento rallenta o si arresta. The limits of the procedure clearly emerge from the above, consisting in the impossibility of treating acidic gaseous streams flowing at temperatures theoretically lower than 140 ° C, but in practice at 170 ° C: this process is thus of limited and specific applicability to gaseous effluents. over 140 ° C. And for sudden decreases, however justified, in the temperature below the indicated values, the blast chilling process slows down or stops.
Per effluenti sotto le temperature di processo sarebbe economicamente inaccettabile il loro preriscaldamento a temperature superiori a tale valore. Né risulta consigliabile l'impiego diretto del carbonato sodico calcinato commerciale per la sua scarsa maneggevolezza e in quanto esso, contenendo circa il 10% di acqua, si .presenta per lo più in forma compatta: dovrebbe pertanto essere disgregato e a sua volta attivato oltre 140 °C per rimozione dell'acqua. For effluents below process temperatures it would be economically unacceptable to preheat them at temperatures above this value. Nor is the direct use of commercial calcined sodium carbonate advisable due to its poor handling and as it, containing about 10% of water, is mostly in compact form: it should therefore be broken down and in turn activated over 140 ° C for water removal.
Tali gravi limiti sono superati dal processo nuovo ed innovativo oggetto della presente domanda di brevetto. Esso consiste nella decomposizione del bicarbonato sodico, adeguatamente macinato, in un prereattore o decompositore a temperatura controllata per fornire il carbonato sodico attivato, utilizzabile nell'abbattimento di fumi, vapori, gas e polveri di natura acida di varia origine ed effluenti anche a temperature inferiori a 140 °C. These serious limits are overcome by the new and innovative process which is the subject of this patent application. It consists in the decomposition of sodium bicarbonate, suitably ground, in a pre-reactor or decomposer at a controlled temperature to supply the activated sodium carbonate, which can be used in the abatement of fumes, vapors, gases and powders of acidic nature of various origins and effluents even at lower temperatures. at 140 ° C.
Il prereattore o decompositore del bicarbonato sodico è corredato da un bruciatore a metano o altro combustibile o altro sistema di riscaldamento (elettrico, vapore, ecc.), dotato di termostato e dimensionato in modo che alla temperatura di circa 200°C il tempo di permanenza e contatto dei sali sia di almeno 3 sec. (a 210 °C la decomposizione raggiunge il 99,5% in 2,2 sec.). In questa sezione del'impianto il bicarbonato sodico commerciale di idonea purezza e ridotto alla voluta granulometria da un opportuno mulino selettore si trasforma dunque in una polvere fine e porosa di carbonato sodico anidro e quindi di superficie specifica elevatissima, il che si traduce in pronta ed elevata reattività. Il carbonato sodico così ottenuto e attivato, a cui si sommano, oltre ai gas CO2 e H2O prodotti dalla decomposizione, anche gli stessi gas provenienti dalla combustione nel prereattore, viene iniettato nella corrente dei gas da neutralizzare. Detta corrente può trovarsi anche a temperature inferiori a 140 °C e la miscela bifasica, ma uniforme, ottenuta nella miscelazione col carbonato, viene aspirata verso il filtro da un ventilatore centrifugo situato a valle del filtro stesso. Qui ha luogo la definitiva reazione di neutralizzazione chimica e la contemporanea filiazione delle polveri. La superficie filtrante del filtro agisce pertanto da reattore a letto fisso. The sodium bicarbonate pre-reactor or decomposer is equipped with a methane or other fuel burner or other heating system (electric, steam, etc.), equipped with a thermostat and sized so that at a temperature of about 200 ° C the residence time and contact of the salts is at least 3 sec. (at 210 ° C the decomposition reaches 99.5% in 2.2 sec.). In this section of the plant, the commercial sodium bicarbonate of suitable purity and reduced to the desired granulometry by an appropriate selector mill is therefore transformed into a fine and porous powder of anhydrous sodium carbonate and therefore with a very high specific surface, which translates into a ready and high reactivity. The sodium carbonate thus obtained and activated, to which are added, in addition to the CO2 and H2O gases produced by the decomposition, also the same gases coming from the combustion in the pre-reactor, is injected into the gas stream to be neutralized. Said current can also be found at temperatures below 140 ° C and the biphasic, but uniform mixture, obtained in mixing with the carbonate, is drawn towards the filter by a centrifugal fan located downstream of the filter itself. Here the final chemical neutralization reaction takes place and the simultaneous filiation of the powders takes place. The filtering surface of the filter therefore acts as a fixed bed reactor.
Le reazioni chimiche, che iniziano nel condotto-miscelatore all’atto della dispersione del carbonato sodico nel flusso acido da abbattere e il cui completamento avviene sulla superficie filtrante, a volte preceduta da un reattore, sono classiche reazioni acido-base e di ossido riduzione, che decorrono con elevata velocità. Ad esempio, l’anidride solforosa SO2 viene abbattuta secondo la seguente reazione: The chemical reactions, which begin in the duct-mixer when the sodium carbonate is dispersed in the acid stream to be removed and whose completion takes place on the filtering surface, sometimes preceded by a reactor, are classic acid-base and oxide-reduction reactions. which pass with high speed. For example, SO2 sulfur dioxide is broken down according to the following reaction:
SO2 + Na2CO3 + 1⁄2O2→ Na2SO4 + CO2SO2 + Na2CO3 + 1⁄2O2 → Na2SO4 + CO2
Da quanto sopra esposto risultano ulteriormente evidenti e fondamentali i vantaggi ottenuti con il procedimento, oggetto della presente domanda di brevetto, di attivazione del carbonato sodico in un reattore o decompositore di bicarbonato sodico, come descritto, prima della miscelazione del carbonato con i fumi da trattare. Tali vantaggi si traducono: - nella possibilità di abbattere fumi, gas, vapori e polveri a carattere addo effluenti da qualsivoglia processo generatore caratterizzati da basse temperature (inferiori a 140 °C). From the foregoing the advantages obtained with the process, object of the present patent application, of activating the sodium carbonate in a reactor or decomposer of sodium bicarbonate, as described, before mixing the carbonate with the fumes to be treated, are further evident and fundamental. . These advantages result in: - the possibility of abating fumes, gases, vapors and dusts with an effluent character from any generator process characterized by low temperatures (below 140 ° C).
- In un accurato controllo termico nella fase di decomposizione del bicarbonato per dare carbonato attivato in modo totale in grado in grado di ottenere altissime efficienze di neutralizzazione dei gas acidi con quantitativi corretti. - In an accurate thermal control in the decomposition phase of the bicarbonate to give fully activated carbonate capable of obtaining very high neutralization efficiencies of acid gases with correct quantities.
- E, concludendo, nella possibilità di impiego più generale. - And, in conclusion, in the possibility of more general use.
ESEMPIO EXAMPLE
L’allegata tavola mostra, a titolo esemplificativo ma non limitativo del ritrovato, oggetto della presente domanda di brevetto, uno schema completo di un processo di depurazione e filtrazione a secco dei gas addi effluenti da un forno di cottura di piastrelle in ceramica. The attached table shows, by way of non-limiting example of the invention, subject of this patent application, a complete diagram of a process of dry purification and filtration of the flue gases from a ceramic tile firing oven.
I dati di base per l’elaborazione del progetto impiantistico erano i seguenti: The basic data for the development of the plant design were the following:
1) capadtà produttiva Kg/gg 35.000 1) production capacity Kg / day 35,000
2) temperatura gas uscita forno °C 90..120 2) oven outlet gas temperature ° C 90..120
3) tenore di umidità max del materiale in % 2 entrata al forno 3) max moisture content of the material in% 2 entering the kiln
4) consumo medio di olio denso BTZ Kg/h 185 4) average consumption of thick oil BTZ Kg / h 185
5) ciclo di funzionamento ore/gg 24 5) 24 hours / day operating cycle
gg/sett. 6 day / week 6
6) depressione statica da garantire al Pa 360 - 450 collettore 6) static depression to be guaranteed to the Pa 360 - 450 collector
7) durata del ciclo di preriscaldo a metano ore 6-7 7) duration of the methane preheating cycle 6-7 hours
8) concentrazione max di inquinanti polveri mg/Nm<3 >30 8) max concentration of dust pollutants mg / Nm <3> 30
(rif. al 18% O2) HF mg/Nm<3 >15 (ref. at 18% O2) HF mg / Nm <3> 15
HCl mg/Nm<3 >15 HCl mg / Nm <3> 15
SOx mg/Nm<3 >400 prevedendo la neutralizzazione e filtrazione di 40.000 Nm<3>/h. La temperatura dell'effluente dai forni era variabile da 90 a 120 °C. SOx mg / Nm <3> 400 providing neutralization and filtration of 40,000 Nm <3> / h. The temperature of the effluent from the furnaces was variable from 90 to 120 ° C.
Le peculiarità impiantistiche e di processo relative all'esempio sono quelle di seguito esplicitate. The plant and process peculiarities relating to the example are those explained below.
1) n. 1 sistema di stoccaggio del reattivo bicarbonato sodico di adeguata purezza, costituito da Big-Bag da 12 q.li, corredato di struttura di sostegno, tramoggia di estrazione vibrata e coclea di trasporto. Il reagente viene estratto automaticamente ed inviato a 2) n. 1 mulino selettore idoneo alla riduzione granulometrica del bicarbonato sodico fino al valore voluto (top cut 20-40 μ); capacità massima 45 Kg/h a 40 μ (top cut). Attraverso il ventilatore centrifugo in uscita dal mulino, la polvere di bicarbonato sodico viene spinta in 1) n. 1 storage system for the reactive sodium bicarbonate of adequate purity, consisting of 12 quintals Big-Bag, equipped with support structure, vibrated extraction hopper and transport screw. The reagent is automatically extracted and sent to 2) n. 1 selector mill suitable for the granulometric reduction of sodium bicarbonate up to the desired value (top cut 20-40 μ); maximum capacity 45 Kg / h at 40 μ (top cut). Through the centrifugal fan exiting the mill, the sodium bicarbonate powder is pushed in
3) n. 1 prereattore o decompositore realizzato in lamiera d’acciaio, sp. 3 mm, dimensionato per un tempo di contatto minimo dei sali di 3 sec. alla temp. di circa 210 °C e servito da un bruciatore a metano di tipo industriale da 5 Nm<3>/h, di potenzialità massima 60.000 Kcal/h. Il carbonato sodico ''attivo" mescolato ai gas della decomposizione dei sale e della combustione del metano viene disperso nel flusso dei gas acidi da abbattere in 3) n. 1 pre-reactor or decomposer made of steel sheet, sp. 3 mm, sized for a minimum contact time of the salts of 3 sec. at temp. of about 210 ° C and served by an industrial-type methane burner of 5 Nm <3> / h, with a maximum capacity of 60,000 Kcal / h. The "active" sodium carbonate mixed with the gases of the decomposition of the salt and the combustion of methane is dispersed in the flow of acid gases to be broken down in
4) n. 1 miscelatore statico fluidodinamico (Mixer) installato in linea, idoneo a miscelare fasi gassose a fasi solide. Aspirato da 4) n. 1 fluid dynamic static mixer (Mixer) installed in line, suitable for mixing gas phases with solid phases. Aspirated by
5) n. 1 ventilatore centrifugo di coda, motore da 75Kw, atto a garantire una depressione statica al collettore di adduzione dei materiali solidi e gassosi di 360-450 mmHg, quest confluiscono su 5) n. 1 centrifugal tail fan, 75Kw motor, able to guarantee a static depression of 360-450 mmHg to the solid and gaseous material adduction manifold, these converge on
6) n. 1 filtro con superficie filtrante in Dralon da 500 g/m<2 >con trattamento superficiale d teflonatura; questa soluzione è particolarmente indicata per resistere all'idrolisi basica e acida fino a 135 °C. Il diametro medio delle polveri in uscita dai forni di cottura, pari a 5-10 μ, determina l’esigenza di utilizzare un feltro agugliato. L'efficienza di filtrazione è così estremamente elevata per effetto della diffusione delle polveri stesse airintemo di un labirinto spesso e dotato di un grande numero di pori fini e sottili. 6) n. 1 filter with 500 g / m <2> Dralon filter surface with Teflon-coated surface treatment; this solution is particularly suitable for resisting basic and acid hydrolysis up to 135 ° C. The average diameter of the powders leaving the cooking ovens, equal to 5-10 μ, determines the need to use a needle-punched felt. The filtration efficiency is thus extremely high due to the diffusion of the same powders inside a thick labyrinth with a large number of fine and fine pores.
Il filtro è realizzato in lamiera d’acciaio al C, sp. 3mm ed è dotato inferiormente di coclea di raccolta delle polveri, sempre in acciaio al C. The filter is made of C steel sheet, th. 3mm and is equipped at the bottom with a dust collection screw, also in C steel.
Il filtro a maniche viene periodicamente decolmatato con impulsi di aria compressa e la polvere distaccata e smaltita. The bag filter is periodically decolmated with pulses of compressed air and the dust detached and disposed of.
Il flusso filtrato, costituito da aria, CO2 ed H2O vapore, viene inviato nell’atmosfera attraverso il citato ventilatore centrifugo di coda. The filtered flow, consisting of air, CO2 and H2O steam, is sent into the atmosphere through the aforementioned centrifugal tail fan.
7) Le canalizzazioni e le unità sopra descritte sono tutte in acciaio ai C; il valvolame, l'accessoriazione, la parte elettrostrumentale e di controllo sono realizzate conformemente alle più moderne ed attendibili tecniche ed applicate secondo la miglior scienza ingegneristica. 7) The ducts and units described above are all in C steel; the valves, accessories, electro-instrumental and control parts are made in accordance with the most modern and reliable techniques and applied according to the best engineering science.
L’apparecchiatura ed il processo sommariamente descritti, con riferimento ai dati di progetto sopra elencati, è in grado di garantire i seguenti valori massimi di emissione al camino dell'impianto (rif. al 18% di O2): The equipment and the process summarily described, with reference to the project data listed above, is able to guarantee the following maximum emission values to the system chimney (ref. 18% of O2):
garantito previsto Polveri mg/Nm 5 1 guaranteed expected Dust mg / Nm 5 1
HF mg/Nm 5 2 HCl mg/Nm<3 >5 2 HF mg / Nm 5 2 HCl mg / Nm <3> 5 2
SOx mg/Nm<3 >200 50 SOx mg / Nm <3> 200 50
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