May 2001
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Le leggi che regolano le emissioni di VOC in atmosfera stanno diventando sempre più severe e l’industria dell’imballaggio flessibile non può più esimersi dall’impiegare idonei sistemi di abbattimento solventi.
Ferdinando Mariani
Emissioni sotto controllo

La normativa relativa alle emissioni di VOC (componenti organici volatili) in atmosfera impongono all’industria degli imballaggi flessibili di dotarsi di sistemi di abbattimento sempre più efficaci ed efficienti. La società Siri S.p.A., del gruppo Donau Chemie (divisione Donau Carbon), grazie all’esperienza acquisita nel corso degli anni è in grado di offrire un’ampia gamma di soluzioni: dagli impianti di combustione catalitica e rigenerativa agli impianti di recupero solvente a carbone attivo con rigenerazione a vapore e a gas inerte. Ogni impianto è progettato sulla base delle esigenze produttive e di spazio degli utilizzatori, come dimostra il caso di un sistema realizzato in Francia presso una società leader nel settore della stampa per imballaggi flessibili.

Il funzionamento
L’impianto francese è costituito da un forno termico rigenerativo, abbinata ad una caldaia ad olio diatermico.
Il forno termico rigenerativo è costituito da una camera di combustione collegata a 5 torri verticali con riempimento ceramico. La scelta di utilizzare 5 torri invece di 3 è motivata dalla elevata portata d’aria da trattare, pari a circa 96.000 Nm3/h a pieno regime.
La ragione del riempimento ceramico delle torri è quella di accumulare il calore, rilasciato dalla corrente gassosa durante la fase di uscita dalla camera di combustione, e di ricederlo alla corrente gassosa in ingresso nella fase successiva, una volta invertiti i flussi.
Il processo, infatti, prevede che nella prima fase l’aria inquinata in ingresso passi attraverso due torri e quindi raggiunga la camera di combustione. Qui il solvente contenuto nell’aria viene ossidato ad una temperatura di circa 950 °C, grazie a due bruciatori a metano con rampe gas indipendenti che forniscono la potenzialità termica necessaria.
Successivamente l’aria depurata esce attraversando le due torri posizionate in uscita.
Ciclicamente viene effettuata l’operazione di inversione dei flussi, attraverso la commutazione delle valvole di processo, il che consente un’elevata efficienza del recupero termico (il calore viene in questo modo trasferito da una torre all’altra, riducendo drasticamente le dispersioni).
La presenza della quinta torre permette di lavare ogni singola torre dopo la fase in ingresso, prima di utilizzarla in uscita; se così non fosse si avrebbero picchi di emissione al camino. Il lavaggio è effettuato con un ventilatore indipendente che pesca aria ambiente e pressurizza la camera in fase di lavaggio spingendo la miscela gassosa esausta verso la camera di combustione.
Di fondamentale importanza è la separazione dell’aria depurata dall’aria carica di solvente nella camera di ingresso. Per questo motivo la tenuta delle valvole è flussata mediante l’impiego di un altro ventilatore.
Le torri che contengono il materiale ceramico sono rivestite da moduli in fibra ceramica dello spessore di 250 mm per consentire l’isolamento verso l’esterno. Nell’impianto in oggetto data la concentrazione estremamente elevata (da 5 a 15 g/Nm3) è stata collegata una caldaia ad olio diatermico alla camera di combustione.
L’autosostentamento è garantito già a 5 g/Nm3 per cui, con concentrazioni maggiori, i fumi caldi (a 950 °C) dalla camera di combustione passano ad una caldaia ad olio diatermico attraverso l’apertura di una valvola refrattariata.
La regolazione è effettuata tramite i seguenti controlli:
- analisi del contenuto di VOC in ingresso;
- temperatura in camera di combustione;
- temperatura fumi al camino.
Questi tre parametri consentono di ottimizzare il flusso dalla camera di combustione alla caldaia con l’apertura e la chiusura di apposite valvole di regolazione.
Da sottolineare, inoltre, la presenza di un by-pass di emergenza al camino che in caso di altissima temperatura evita l’ingresso dei fumi in caldaia evitando di surriscaldare l’olio.
La caldaia, che recupera in condizioni normali 3024 kW, è dotata di due pompe che mandano il fluido riscaldato al collettore olio generale, che collega tra loro le tre caldaie preesistenti dello stabilimento, le quali forniscono l’olio diatermico necessario alle macchine rotocalco durante la produzione.
Da quando è stato installato l’impianto di combustione catalitica e rigenerativa il consumo di metano delle caldaie preesistenti è sceso, mediamente, del 30%. Non va dimenticato che per il buon funzionamento dell’impianto è stato condotto un approfondito studio sui ricircoli d’aria delle macchine rotocalco, che ha permesso di diminuire i volumi di aria da trattare, aumentando le concentrazioni di solvente, e quindi l’entalpia specifica a disposizione. Si è arrivati a questo risultato utilizzando un analizzatore di LEL, che controllando le valvole di ricircolo, mantiene un set-point costante di concentrazione.
Nel complesso, si è riusciti ad eliminare il problema delle emissioni in atmosfera senza alcuna spesa di combustibile primario e a fornire - a costo bassissimo - ulteriore potenza termica allo stabilimento.
Da evidenziare, inoltre, il fatto che le concentrazioni di NOx al camino sono molto ridotte proprio perché il processo di termodistruzione avviene senza lo sviluppo di fiamma.
Un sistema di supervisione computerizzato gestisce con una sequenza di pagine grafiche tutti i parametri del forno e della caldaia, permettendo la registrazione di trend e allarmi. Queste informazioni possono essere richiamate anche a distanza tramite modem, in modo tale da poter controllare il funzionamento e i valori delle emissioni senza la necessità di essere fisicamente sul posto.
Per concludere, vale la pena di ricordare che l’impianto è stato installato all’interno di un capannone in spazi estremamente contenuti, per venire incontro alle esigenze del cliente.

The laws regulating emissions of VOC in the atmosphere are getting stricter and stricter and the flexible packaging industry can no longer avoid using appropriate abatement systems.
Ferdinando Mariani
Man/machine synergy

The laws regulating emissions of VOC (volatile organic components) in the atmosphere require that the flexible packaging industry equips itself with increasingly more effective and efficient abatement systems.
Siri S.p.A., part of the Donau Chemie Group (Donau Carbon division), can offer a wide range of solutions thanks to its experience gained over the years: from catalytic combustion and regeneration plant to active carbon solvent recovery systems with steam and inert gas regeneration.
Each plant is designed to meet the specific production requirements and available space of the users, as the system developed in France for a leading figure in the field of flexible packaging printing shows.

How it works
The French system consists of a regenerative thermal oxidiser, combined with a diathermic oil boiler.
The regenerative thermal oxidiser comprises a combustion chamber connected to 5 vertical towers with inner ceramic matrix. The decision to use 5 towers instead of 3 is due to the huge amounts of air that needs to be treated, equal to about 96,000 Nm3/h at full speed.
The reason for the inner ceramic matrix of the towers is firstly to accumulate the heat released by the current of gas as this leaves the combustion chamber and then to return this to the incoming current of gas in the next stage, once the flows have been reversed.
In fact, this process involves an initial stage when the incoming polluted air passes through two towers before reaching the combustion chamber. Here the solvent in the air is oxidised at a temperature of about 950 °C by means of two methane gas burners with independent gas supply panels providing the necessary thermal power.
The purified air is then sent out through the two delivery towers.
The flow is reversed at regular intervals by switching the process valves to allow for high rates of efficiency in heat regeneration (the heat is thus transferred from one tower to another, so drastically cutting waste).
The fifth tower makes it possible to swept each tower after the intake stage, before using it for delivery; if it weren’t for this, there would be peaks in stack emissions. The towers are swept with an independent fan that draws fresh air and pressurises the chamber being swept, pushing the exhaust gas mixture towards the combustion chamber.
Separation of the purified air from the solvent-charged air is of fundamental importance in the intake chamber. For this reason the valves are air-sealed using another fan.
The towers containing the inner ceramic matrix are lined with ceramic fibre modules some 250 mm thick to provide insulation towards the outside.
In the specific plant in question, given the extremely high level of concentration (from 5 to 15 g/Nm3), a diathermic waste heat boiler has been connected to the combustion chamber.
Self-supporting is already guaranteed at 5 g/Nm3 and so, at higher concentrations, the hot fumes (at 950 °C) coming from the combustion chamber pass on to a diathermic oil boiler via the opening of a concrete lined valve.
The following controls are used to adjust the plant:
- analysis of intake VOC content;
- temperature in the combustion chamber;
- fume temperature at the stack.
These three parameters make it possible to optimise the flow from the combustion chamber to the boiler via the opening/closing of special flow regulating valves.
It should also be stressed that there is an emergency by-pass to the stack so that, in the event of particularly high temperatures, the gas can be diverted from the boiler, thus preventing the oil from overheating.
The boiler, which regenerates 3024 kW under normal working conditions, is fitted with two pumps that send the heated fluid to the general oil manifold that connects up the three existing boilers in the factory, used to supply the diathermic oil needed for the rotogravure machines during production.
This has meant that, since the installation of the catalytic combustion and regeneration plant, consumption of methane gas in the existing boilers has dropped on average by 30%.
Plus it shouldn’t be forgotten that, to guarantee good plant efficiency, an in-depth study has been carried out into air recirculation in the rotogravure machines, leading to a decrease in the volume of air requiring treatment, increasing the concentration of solvent and thus the specific enthalpy (heat content) available.
This is the result of using an LEL analyser that, by controlling the recirculation valves, keeps a constant concentration set-point.
All in all, it has been possible to eliminate the problem of emissions into the atmosphere without any expenditure of primary fuel and to supply the factory – at very low cost – further thermal power.
Moreover, it should be stressed that the concentrations of NOx at the stack are far lower thanks to the fact that the thermo-destruction stage takes place without the development of flame. A computerised supervision system manages all the oxidiser and boiler parameters in a sequence of graphic pages, allowing for the logging of trends and alarms. This information can then be recalled, even from a remote station via modem, in order to control the operation and emission values without the need to be physically on site.
Finally, it’s well worth remembering that the plant has been installed inside an industrial shed in an extremely confined space to meet the specific needs of the customer.