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Introduzione
I composti organici volatili (COV) sono diventati un aspetto fondamentale dell'attenzione ambientale mentre le industrie globali si orientano verso una produzione più pulita e sostenibile. Questi composti, ampiamente presenti nei processi chimici, nella metallurgia, nei rivestimenti, nella stampa e in molti altri settori industriali, rappresentano un rischio significativo per la qualità dell'aria, la salute umana e la stabilità ecologica. Con il rafforzamento delle normative ambientali in tutto il mondo, le industrie devono adottare sistemi di controllo efficienti dei COV per ridurre le emissioni e garantire la conformità.
Questo articolo fornisce una panoramica approfondita su come i COV vengono generati nei principali settori industriali ed esplora le tecnologie più efficaci per il loro trattamento. Dalla lavorazione chimica del carbone alla stampa e all'imballaggio, comprendere questi meccanismi è essenziale per progettare soluzioni che siano allo stesso tempo ecologicamente corrette ed economicamente praticabili.
Cos'è il VOC?
I composti organici volatili sono una vasta classe di sostanze chimiche a base di carbonio con elevata pressione di vapore a temperatura ambiente, che consente loro di evaporare facilmente nell'aria. I COV includono tipicamente sostanze con un punto di ebollizione alla pressione atmosferica compreso tra 50°C e 260°C oppure quelle con una pressione di vapore saturo superiore a 133,32 Pa in condizioni ambientali.
Categorie comuni di COV
In base alla struttura chimica, i COV si suddividono in otto gruppi principali:
Alcani
Idrocarburi aromatici
Alcheni
Idrocarburi alogenati
Esteri
Aldeidi
Cetonine
Altri composti organici
Esempi tipici di VOC
Idrocarburi aromatici: benzene, toluene, xilene, stirene
Idrocarburi a catena: butano, componenti della benzina
Idrocarburi alogenati: tetracloruro di carbonio, cloroformio
Alcoli e aldeidi: metanolo, acetaldeide, acetone
Esteri: acetato di etile, acetato di butile
Altri: acetonitrile, acrilonitrile, clorofluorocarburi
Questi composti provengono dalla combustione del carburante, da reazioni chimiche, dall'evaporazione dei solventi e da vari processi industriali. A causa della loro elevata reattività e tossicità, i COV richiedono un controllo sistematico.
Principali fonti industriali di emissioni di COV
1. COV nell'industria chimica del carbone
Il settore chimico del carbone è uno dei principali contributori industriali alle emissioni di COV. I COV provengono principalmente da due processi:
Carbonizzazione del carbone
Gassificazione del carbone in gas sintetico
1.1 Emissioni di COV durante la cokerizzazione del carbone
La cokerizzazione prevede il riscaldamento del carbone a temperature elevate, causando la volatilizzazione di composti organici complessi. Le emissioni si verificano principalmente in due fasi:
A. Fase di Caricamento del Carbone
Quando il carbone grezzo viene caricato nei forni cokefacenti ad alta temperatura, entra in contatto con superfici calde e rilascia una miscela di:
Idrocarburi policiclici aromatici
Vapori di catrame
Gas organici
Questi inquinanti contribuiscono ai rischi occupazionali e all'inquinamento ambientale.
B. Area di Recupero dei Sottoprodotti della Cokerizzazione
Le aree principali includono l'unità di condensazione, l'unità di desolforazione, l'unità di solfato di ammonio e l'unità di benzene grezzo. Ognuna genera profili diversi di COV:
Sezione di condensazione
Emissioni: ammoniaca, idrogeno solforato, naftalina, miscele di COV
Fonti: serbatoi di catrame, serbatoi di acqua ammoniacale, tubazioni, sigilli idraulici
Caratteristiche: alta concentrazione, forti fluttuazioni, gas ricco di umidità
Sezione di desolforazione e solfato di ammonio
Emissioni: gas contenenti zolfo, ammoniaca, bassa presenza di COV
Emissioni continue con alte concentrazioni di ammoniaca
Sezione di benzene grezzo
Emissioni: benzene, toluene, xilene
Volume di gas ridotto ma concentrazione molto elevata
Area di trattamento delle acque reflue
Emissioni: benzene, fenoli, solfuri, composti organici azotati
Proviene da serbatoi di equalizzazione, serbatoi di emergenza, serbatoi anaerobici, trattamento dei fanghi
Questa combinazione rende il trattamento difficile a causa della composizione complessa.
1.2 Composti organici volatili nella gassificazione del carbone e nella produzione di gas naturale
Gli impianti di gassificazione del carbone producono gas di scarico contenenti COV durante:
Lavaggio a metanolo a bassa temperatura
Serbatoi di stoccaggio gas/liquidi (perdite da respiro)
Trattamento delle acque reflue
Unità di stoccaggio olio
A. Gas di scarico del lavaggio a metanolo a bassa temperatura
Questo flusso include:
Metano
Etilene, etano
Propano, propilene
Vapore di metanolo
È difficile da riutilizzare e viene generalmente trattato con RTO (Ossidatore Termico Rigenerativo) per incenerimento completo.
Perché RTO invece di RCO?
I catalizzatori RCO sono sensibili all'avvelenamento da zolfo e hanno una rigenerazione limitata, rendendo l'RTO più robusto per le applicazioni chimiche del carbone.
B. Perdite per respirazione del serbatoio di stoccaggio
I serbatoi di stoccaggio di gas/liquidi rilasciano vapori contenenti composti dello zolfo, ammoniaca e COV durante i cambiamenti di temperatura e pressione. Anche questi gas richiedono un'ossidazione termica.
C. COV dal trattamento delle acque reflue
Queste emissioni derivano principalmente da:
Trattamento preliminare (separazione dell'olio, equalizzazione, acidificazione)
Serbatoi di aerazione
Stanze di disidratazione del fango
Le concentrazioni variano notevolmente ed il contenuto di umidità è elevato.