processo innovativo per la rigenerazione di catalizzatore SCR

Anno XIII — maggio 2014
Depurazione dell’aria
A3-PowerClean®: processo innovativo per la
rigenerazione di catalizzatore SCR esposto a
gas di combustione da biomasse
La rigenerazione è un
processo
ampiamente
collaudato, che si utilizza
da anni per estendere la
vita operativa del catalizzatore di tipo SCR utilizzato nei reattori catalitici
per l’abbattimento degli
ossidi di azoto. Si tratta di
un’operazione che si rende necessaria al fine di
ripristinare l’originale efficienza di abbattimento
del catalizzatore, che va
progressivamente
riducendosi
d u r a n t e Reattore catalitico SCR dotato di portelli ad
l ’i mp i ego
a
ca u s a accesso facilitato, per una manutenzione più
dell’azione di alcuni resi- agevole del catalizzatore negli impianti alidui
di
combustione mentati da olio vegetale non raffinato.
(ceneri, idrocarburi incombusti) che tendono ad occludere i pori della matrice ceramica
(pore plugging) rendendo impossibile il contatto dei gas da trattare con
i siti attivi catalitici dove avviene la
reazione di riduzione selettiva. Alcuni elementi contaminanti presenti
nel combustibile possono concorrere pesantemente nel processo di
inattivazione del catalizzatore, sia
ostruendo anch’essi le porosità della
matrice, sia avvelenando chimicamente i siti attivi (poisoning).
Il procedimento comunemente adottato per la rigenerazione, basato
sull’impiego degli ultrasuoni e su
trattamenti con bagni acidi e alcalini, funziona in modo abbastanza
soddisfacente per rimuovere i depositi presenti sulla superficie degli elementi catalizzati, permettendo così Supporto carrellato che consente una
di ripristinare in buona parte facile movimentazione dei moduli catalizzatori, una esclusività Deparia Engineel’efficienza iniziale.
ring per semplificare e velocizzare le oPurtroppo, tale procedimento, idea- perazioni di rigenerazione. La struttura
esterna è progettata per assolvere anto per il recupero di catalizzatore
che la funzione di vasca di trattamento.
impiegato su emissioni da combustibili fossili, si è rivelato insufficiente nel
caso di catalizzatori utilizzati su gas biomasse, che presentano uno staprovenienti dalla combustione di to di degrado ben più problematico
Deparia Engineering Srl
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da risolvere, per qualità e quan- tere a punto, per i propri Clienti,
tità dei contaminanti coinvolti.
un protocollo di gestione dei
catalizzatori che ne permettesse
Si tratta di un problema emerso di sfruttarne il più possibile il poin tutta la sua gravità durante gli tenziale, anche nelle problemaultimi anni, che hanno visto, per tiche condizioni dovute alla scamotivi di mercato, l’impiego dente qualità dei combustibili: a
sempre maggiore di combustibili tale scopo, si è intervenuto a più
rinnovabili progressivamente livelli, progettando innanzi tutto i
meno raffinati, fino ad arrivare reattori per la massima facilità di
all’attuale utilizzo di biocombu- accesso e movimentazione dei
stibili costituiti prevalentemente moduli catalizzati e realizzando
da materiali grezzi, con ampie un sistema realmente efficace
percentuali di sottoprodotti e per la pulizia automatica periocomposti di recupero.
dica delle polveri (fattore essenziale per limitare la migrazione
Questi combustibili, che presen- dei contaminanti nella superficie
tano sicuramente diversi aspetti del catalizzatore).
positivi dal punto di vista economico ed ecologico, comporta- Inoltre, per la rigenerazione, è
no però diversi problemi di ge- stato sviluppato un processo
stione per le macchine termiche proprietario specifico in grado di
che li utilizzano e, soprattutto, superare i limiti dei procedimenti
per gli impianti di trattamento comunemente adottati per i
delle emissioni in atmosfera: in- combustibili fossili.
fatti, l’elevato tenore di contaminanti tipicamente presenti Il processo A3-PowerClean®
(Fosforo, Potassio, Sodio, Zolfo,
Calcio, Arsenico ecc.) compor- Dopo avere effettuato, presso
ta diverse conseguenze negati- service dediti al ripristino di catave sulla qualità della combustio- lizzatori usati su combustibili fossine e sull’integrità dei catalizza- li, numerosi test di rigenerazione
tori usati per abbatterne le emis- su catalizzatori provenienti da
sioni.
reattori installati su centrali a biomasse, con risultati non soddiDi conseguenza, i reattori catali- sfacenti, Deparia Engineering
tici installati nelle centrali ali- ha attivato un proprio progetto
mentate a biomasse, oltre a do- di ricerca volto alla messa a
vere essere dimensionati in mo- punto di un procedimento più
do più generoso rispetto ai corri- efficace, in grado di ripristinare
spettivi impianti alimentati a gli elementi catalizzati allo stesso
combustibili fossili, sono caratte- livello di elevata efficienza iniziarizzati da una vita operativa utile le, indispensabile per ottempemolto inferiore. Per questi motivi, rare ai limiti di emissione molto
la possibilità di disporre di una
rigenerazione efficace del catacatalizzati
lizzatore assume un’importanza Elementi
SCR
dopo
6000
ore di
che può essere fondamentale
lavoro
su
emissioni
da
per un corretto bilancio econocombustione
di
olio
mico di gestione, tenendo conto dei costi molto onerosi dovuti vegetale non raffinaad un ricambio dei moduli cata- to.
lizzati dopo poche migliaia di
Gran parte dei siti atore d’esercizio.
tivi catalitici sono inatDeparia Engineering, oltre a pro- tivati e le porosità che
gettare ed installare impianti di li ospitano sono ottuabbattimento delle emissioni di rate da residui solidi di
centrali alimentate a biocombu- combustione.
Elementi catalizzati SCR estrusi di tipo ceramico, comunemente impiegati da Deparia Engineering nei reattori DeNox di propria realizzazione. I siti attivi catalitici possono essere inattivati chimicamente o resi inaccessibili ai gas di
processo dall’azione progressiva di diversi contaminanti presenti nei combustibili utilizzati.
stibili di seconda e terza generazione, ha dovuto negli anni metDeparia Engineering Srl
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restrittivi
attualmente in vigore.
Basti pensare che,
per assolvere il loro
compito, i reattori
catalitici
attualmente
installati
devono garantire,
con la massima
c o n t i n u i t à ,
un’efficacia di abbattimento
sugli
NOx compresa tra
il 98% ed il 95%.
Date la quantità e
la tipologia dei
contaminanti coinvolti, il compito di
r i p r i s t i n a r e
l’efficienza iniziale
Moduli catalizzati durante l’applicazione del processo Po- è tutt’altro che
werClean®. La superficie e le porosità degli elementi cerami- semplice: in pratici subiscono un profondo trattamento di pulizia e di rigene- ca, si tratta di liberazione chimica per mezzo di specie molecolari altamente rare fisicamente la
reattive, che si consumano nella reazione e non residuano matrice
porosa
in soluzione al termine del processo.
della ceramica di
supporto, dotata
di pori di diametro estremamente ridotto (dell’ordine di pochi
µm), che si trovano completamente otturati da una miscela
eutettica di sali basso fondenti.
Inoltre, è necessario ripristinare
l’acidità superficiale dei siti catalitici, chimicamente compromessa dai contaminanti.
Al fine di ottenere questi risultati,
la strada di ricorrere al metodo
tradizionale “potenziato” si è
rivelata non praticabile, in quanto l’utilizzo di ultrasuoni ad alta
potenza e di bagni chimicamente più aggressivi porta in
realtà ad un indebolimento inaccettabile della matrice ceramica, peraltro senza riuscire
ad ottenere il grado di ripristino
desiderato.
A3-PowerClean®, è stato messo
alla prova su elementi catalizzati
totalmente esauriti (con vanadio non rilevabile all’analisi superficiale XRF), rivelandosi capace di ripristinare l’attività catalitica iniziale a livelli paragonabili
al nuovo, senza la necessità di
dover ricorrere ad arricchimento
supplementare con catalizzatore di ripristino.
Inoltre, come importante beneficio aggiuntivo, il nuovo processo non richiede l’impiego di prodotti chimici aggressivi e necessita di poco più di un solo volume d’acqua per ogni volume di
elementi catalizzati, contro gli
almeno 4-6 richiesti da altri metodi, risultando quindi decisamente più economico ed ecocompatibile.
Vantaggi di A3-PowerClean®
La rigenerazione del catalizzatore è un fattore chiave per consentire una gestione economicamente corretta di un reattore
SCR-DeNOx, tenendo conto del
capitale investito nel catalizzatore installato e del decadimento precoce delle prestazioni determinato dai combustibili attualmente impiegati. In passato,
solo i grandi impianti termoelettrici potevano permettersi di ricorrere alla rigenerazione e conseguire così un notevole risparmio di gestione: oggi, con la disponibilità di A3-PowerClean®,
anche le piccole centrali di cogenerazione alimentate a biomassa liquida, molto diffuse nel
nostro Paese, possono accedere a questo servizio e migliorare
decisamente il proprio bilancio
economico, un aspetto che può
essere veramente fondamentale nel determinare la redditività
d’impresa.
Per questo motivo, grazie ad un
progetto ideato e realizzato dalla R&S interna, Deparia Enginee- Vantaggi:
ring ha sviluppato una metodologia di trattamento completaEfficace per i contaminanmente originale ed innovativa,
ti tipici delle biomasse non
coperta da brevetto internazioraffinate
Al termine del trattamento, i moduli si presentano
nale
(Patent
Pending).
Costo compatibile con
puliti e tutti i contaminanti estratti si trovano coagurealtà produttive di piccolati in granuli che vengono allontanati con il liquido
Il nuovo processo, denominato
di risulta.
le dimensioni
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Rapidità di esecuzione (il
ciclo di trattamento può
essere completato in una
giornata)
Non necessita di arricchimento supplementare di
catalizzatore
Non danneggia la matrice
di supporto del catalizzatore
Non utilizza prodotti chimici pericolosi o corrosivi
Permette di ripristinare
l’efficienza iniziale del reattore SCR-Denox
Il catalizzatore rigenerato
possiede una minore attività di conversione SO2/SO3
Per mette di eliminare o di
ridurre i costi di smaltimento del catalizzatore esausto
Riduce in modo sostanziale l’impatto ecologico dovuto alla gestione del catalizzatore
Deparia Engineering è in grado,
volta per volta, di valutare il grado di compromissione del catalizzatore e di personalizzare il
trattamento di rigenerazione
necessario per ripristinare
l’efficienza iniziale. L’analisi dello
stato del catalizzatore può essere effettuata anche direttamente sul campo, in modo da fornire
rapidamente al Cliente una valutazione preventiva.
Le valutazioni analitiche sono
effettuate per mezzo di spettroscopia XRF (X-Ray Flurescence)
una metodologia capace di
fornire in tempo reale la composizione atomica percentuale
dello strato superficiale del catalizzatore esposto ai gas di processo, in pratica una “fotografia
istantanea” dello stato di salute
del modulo catalizzato, prima e
dopo il trattamento. Se necessario, Deparia Engineering può
provvedere anche alla determinazione
di
laboratorio
dell’indice di attività K, dell’area
specifica superficiale e ad analisi qualitative e quantitative approfondite dei contaminanti
presenti.
Prima e dopo il trattamento di rigenerazione, ogni modulo catalizzato è sottoposto ad analisi della
superficie con metodo XRF, in modo da verificare la rimozione dei contaminanti e la corretta disponibilità di catalizzatore attivo. Inoltre, si procede alla sostituzione di eventuali elementi danneggiati
meccanicamente ed al ripristino delle tenute in fibra ceramica.
Esempi di analisi XRF su moduli trattati con il processo A3-PowerClean® (Modulo 1,2,3) a confronto
con il catalizzatore esausto di partenza (a sin.) e con del catalizzatore nuovo (a destra).
Come si può vedere, i livelli di contaminanti (P, S e Ca) e di catalizzatori attivi (V, W) nei moduli trattati vengono ricondotti a livelli comparabili con il catalizzatore nuovo di fabbrica. (moduli provenienti da reattore installato su motogeneratore diesel alimentato ad olio vegetale grezzo)
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Allo stato attuale, i moduli da
trattare devono essere inviati a
Deparia Engineering per essere
processati in sede, ma è in fase
di allestimento un’unità mobile
per il trattamento in situ presso il
Cliente. In questo modo, sarà
possibile intervenire sul catalizzatore in tempi molto ridotti, in
molti casi compatibili con i fermi
impianti già programmati per la
manutenzione ordinaria.
Il processo A3-PowerClean® è
stato pienamente validato per il
recupero dei moduli SCR honeycomb ceramici catalizzati in
massa con TiO2-V2O5-WO3, i più
utilizzati sul mercato italiano dei
reattori SCR-DeNOx installati su
combustione di biomasse; tuttavia, in collaborazione con i principali produttori del settore, sono in corso dei test per
l’applicazione su altre tipologie
di elementi strutturati (piastre,
nastri corrugati), non strutturati
(zeoliti) e con diversa tipologia
catalitica (OXI, NH3-OXI ecc.), in
modo
da
verificarne
l’applicabilità e la totale rispondenza agli standard di riferimento.
ossidanti per le emissioni
della cogenerazione. Particolare esperienza sulle
emissioni di motori stazionari alimentati ad oli vegetali.
Combustori termici, catalitici, recuperativi, rigenerativi e colonne ad umido
per l’abbattimento di SOV.
Precipitatori elettrostatici
speciali:
-modulari per condizionamento aria ed inquinanti
leggeri, con portate da
2.000 a 24.000 Nm3/h;
-autopulenti per emissioni
dell’industria meccanica;
-autopulenti combinati
con scrubber per emissioni
pesanti ed odorigene;
-ad alta temperatura per
fumi di combustione da
combustibili fossili o biomasse.
Sistemi di campionamento
ed analisi (SAE, SME) per il
rispetto dei limiti di legge.
Depuratori d’aria Elettroattivi® per locali pubblici,
uffici, comunità ed ambienti sanitari.
Nei reattori SCR-DeNOX Deparia Engineering la superficie del catalizzatore è mantenuta libera da
polveri per mezzo di soffiatori automatici ad alta
efficienza, un requisito indispensabile per operare
su emissioni da biocombustibili grezzi.
Deparia Engineering assiste il
Deparia Engineering proget- Cliente nell’iter autorizzativo alle
emissioni e garantisce il rispetto
ta, produce ed installa:
dei limiti imposti ai sensi della
Reattori DENOx-SCR ed vigente legislazione ambientale.
Deparia Engineering Srl
Corso Europa 121
23801 CALOLZIOCORTE (Lecco) – ITALY
Tel. : 0341-630911 (r.a. 6 linee ISDN)
Fax: 0341-633065
Sito internet: www.deparia.com
E-mail: [email protected]
TECNOLOGIE INNOVATIVE PER L’AMBIENTE
I moduli catalizzati SCR forniti da Deparia Engineering sono predisposti per essere estratti e movimentati con facilità, in modo da semplificare le operazioni di trattamento in situ.
Deparia Engineering Srl

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