Processi per la fabbricazione di prodotti chimici

Piano per la Gestione dei Rifiuti Speciali Pericolosi e non della Provincia di PISA

©Agenzia Regione Recupero Risorse S.p.A. II Parte - pag 88

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separazione e purificazione.

Si possono progettare impianti single-product oppure multi-product, dove i prodotti chimici sono fabbricati in product campaigns.

Le sostanze chimiche utilizzate nelle operazioni di sintesi coprono quasi l’intero campo dei reattivi chimici da quelli organici a quelli inorganici, dai catalizzatori ai solventi e vengono coinvolte una molteplicità di apparecchiature chimiche.

Processi secondari

Uno dei più importanti è lo stoccaggio, che può avvenire essere:

• stoccaggio di liquidi in contenitori di grande volume (bulk);

• contenitori di piccolo volume per liquidi (drum);

• deposito.

Altra operazione secondaria è il trasferimento dei reagenti e dei prodotti dai contenitori di stoccaggio (bulk o drum) a quelli di carica (ad esempio polmoni), e viceversa. Infine ci sono le operazioni di riscaldamento e di raffreddamento.

Pulitura

Le operazioni di pulitura dell’attrezzatura di processo sono, generalmente, una caratteristica dei processi in discontinuo, mentre in continuo si ricorre alla pulizia delle apparecchiature solo all’avvio dell’impianto e in casi specifici.

I versamenti causati accidentalmente durante operazioni di trasferimento o per difetti dell’attrezzatura (come fessure, crepe, etc.) danno un significativo contributo al volume globale dei rifiuti prodotti dall’impianto chimico.

Flussi di rifiuti

⁵³

Rifiuti nella sintesi chimica

⁵⁴

La caratterizzazione dei flussi di rifiuti è complessa a causa della varietà delle operazioni di formulazione e delle reazioni. Le fonti che generano rifiuti sono diverse e legate al processo chimico e alle tecnologie impiantistiche.

Nel reattore il problema rifiuti è legato alla chimica del processo.

Si possono individuare tre tipologie di reazione:

Reazioni con prodotti secondari indesiderati; le soluzioni a questo problema possono essere di due tipi:

implementare un percorso di sintesi differente;

individuare un utilizzo del prodotto indesiderato trasformandol,o in un coprodotto vendibile;

Una situazione simile è il caso delle reazioni secondarie:

53 European Commission “Clean technologies for waste minimisation” final report.

54 Clark, op.cit. 1995.

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Naturalmente anche in questo caso si può procedere come nel punto precedente;

questo tipo di reazione può essere guidato da parametri di reazione selettivi.

Un caso critico si ha quando la reazione continua trasformando il prodotto in un altro; il problema è fermare la reazione al prodotto. Anche in questo caso la modifica di alcuni parametri di reazione può permettere di aumentare la conversione voluta.

In generale la presenza di riciclo può generare una serie di problemi a causa della presenza di sostanze indesiderate:

 presenza di impurità nel riciclo;

 reazione non andata a completamento;

 impurità trascinate da operazioni precedenti:

- separazione - neutralizzazione

L’utilizzo di un’ampia varietà di solventi costituisce, nel campo dei rifiuti, un ulteriore problema. Si noti che molto spesso le reazioni di sintesi presentano simultaneamente molte delle problematiche elencate.

Rifiuti nei processi secondari

Questi rifiuti possono contenere tutte le sostanze chimiche del processo produttivo.

Particolari flussi di rifiuti derivano dalla produzione di energia termica ed elettrica (in questo caso si tratta di rifiuti tipicamente prodotti dalle fornaci).

Rifiuti nei processi di pulitura

Le sostanze presenti nei flussi di rifiuto sono vari: prodotti di reazione, reagenti e sostanze chimiche ausiliarie.

Riduzione dei rifiuti

⁵⁵

A causa dell’alta specificità dei processi dell’industria chimica, l’analisi sulla riduzione dei rifiuti è affrontata in modo generale. In particolare, sono state esaminate le problematiche riguardanti la sintesi chimica in quanto il contenuto di carico inquinante dei flussi di rifiuto nella sintesi chimica superano di gran lunga gli altri due stadi.

Tra i rimedi che la letteratura riporta per la riduzione dei rifiuti, due possono considerarsi più significativi:

⇒ nuovo progetto di reazione altamente innovativo;

⇒ sviluppo del processo chimico.

55 European Commission “Clean technologies for waste minimisation” final report.

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Un’altra alternativa è rappresentata dalle procedure di buona operatività pratica basate essenzialmente su principi di ingegneria chimica convenzionale.

Sintesi chimica

Rifiuti di processo Buona gestione

Le misure di buona gestione prevedono:

maneggio del materiale e controllo della scorta;

sistemi di registrazione dei flussi di rifiuti;

controllo e prevenzione sui versamenti;

procedure di manutenzione;

differenziazione dei flussi di rifiuti;

registrazione e programmazione della produzione;

gestione dei costi di stanziamento per i rifiuti;

preparazione del personale e supervisione degli esercizi.

Chimica dei processi

Uno dei parametri più rilevanti nella reazione chimica è la selettività rispetto ai prodotti, spesso ottenuta mediante catalizzatori. Gli sviluppi⁵⁶ più recenti riguardanti la catalisi:

 uso di solidi inorganici come catalizzatori o come supporti di altri reagenti;

 catalisi della fase di trasferimento;

 applicazione dei polimeri per le reazioni di sintesi;

 utilizzo di intermedi chirali o catalizzatori.

Progettazione del reattore

Un reattore in continuo può essere più efficace nella minimizzazione dei rifiuti; un processo in discontinuo è più flessibile poiché lo stesso reattore può essere utilizzato per diverse produzioni (diverse sia per quantità sia per prodotti).

Altri parametri di progettazione, ad esempio l’efficienza di miscelazione, possono rappresentare dei validi strumenti per migliorare l’efficienza di processo.

Sviluppo del processo integrato

Un approccio integrato deve considerare alcuni aspetti importanti:

 la reazione chimica;

 parametri fisici;

 il prezzo, la disponibilità e le specifiche delle materie prime;

 il consumo di energia;

 la generazione di rifiuti e la loro potenzialità di riciclaggio o riuso;

 la tossicità del processo chimico.

Ottimizzazione del processo

L’ottimizzazione del processo può essere basata su tre punti fondamentali:

 materia prima ed energia in entrata;

 fasi del processo;

 materiale ed energia in uscita.

56 Clark, op.cit. - 1995.

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La minimizzazione dei rifiuti attraverso l’ottimizzazione del processo:

 identificazione e quantificazione di tutti i prodotti di reazione;

 conoscenza delle reazioni di formazione del co-prodotto;

 minimizzazione della formazione del co-prodotto mediante variazioni dei componenti del processo;

 recupero, riciclaggio e riuso di tutti, o gran parte, dei componenti.

Controllo avanzato del processo

Si basa sull’ottimizzazione delle condizioni operative globali del processo di produzione. Il controllo computerizzato è la soluzione d’elezione.

Rifiuti di solvente Scelta dei solventi

I solventi rappresentano, generalmente, il componente maggiore nei flussi di massa e di conseguenza anche di rifiuti.

In generale le linee guida per la scelta del solvente sono principalmente due:

minimizzare la quantità;

ridurre la tossicità del solvente (e quindi del rifiuto).

Per l’enorme varietà di processi chimici coinvolti, in questo lavoro non è approfondito il ruolo della R&D⁵⁷ perché specifico per ogni processo.

Recupero del solvente

Si ricorre quasi sempre ad impianti di trattamento solventi esausti esterni⁵⁸ mediante rigenerazione.

Un buon programma di recupero di solventi segue determinati passaggi:

- identificazione, - ottimizzazione, - recupero, - minimizzazione.

Processi secondari

Rifiuti di processo

Minimizzazione di perdite e riversamenti durante lo stoccaggio ed il trasporto Semplici tecniche gestionali possono evitare gran parte di questi inconvenienti:

- Utilizzo di tubature e contenitori auto-prosciuganti;

- Utilizzo di dispositivi meccanici come asciugatori per strofinamento;

- Meccanizzare e automatizzare gli strofinamenti;

- Utilizzo di un lingotto per la pulizia dei rivestimenti.

Minimizzazione delle perdite nei processi di riscaldamento e raffreddamento

Il miglioramento del controllo termico conduce alla minimizzazione della formazione di rifiuti, ottimizzando il controllo della reazione.

57 Un aiuto consistente per avere maggiori dettagli nella scelta del solvente si può trovare in: “Clark 1995”.

58 Approfondimenti sul riutilizzo interno dei solventi sono offerti in letteratura da: US EPA 1991, Byrne O Clérigh 1991, Clark 1995.

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Pulitura

Minimizzazione ed ottimizzazione delle operazioni di pulitura mediante:

- Ottimizzazione del programma di produzione;

- Installazioni separate per gruppi di prodotti;

- Tempestività nella pulitura;

- Sequenze di lavaggio in controcorrente;

- Lavaggi ripetitivi utilizzando quantità più piccole di diluente;

- Utilizzo di metodi di pulitura a secco;

- Utilizzo di sistemi di pulizia di basso volume e alta efficienza.

Nel documento PIANO PROVINCIALE DI GESTIONE DEI RIFIUTI SPECIALI, ANCHE PERICOLOSI (pagine 94-99)