Gas Acidi, gas corrosivi - NOx - SOx - HCl

Approfondiamo la tematica dei gas acidi: sostanze aeriformi a pH acido che risultano dannose, inquinanti e spesso corrosive  

Cosa sono i Gas Acidi - NOx, SOx, HCl?

Con il termine generico "gas acidi" si tende ad identificare una famiglia di sostanze aeriformi a pH acido che sono dannose, inquinanti e spesso corrosive. A questa categoria di gas appartengono, ad esempio, gli ossidi di azoto, gli ossidi di zolfo e i gas clorati citati nel titolo.

Ossidi di Azoto (NOx)

La sigla NOx identifica in modo generico l'intera famiglia chimica degli ossidi di azoto, tipicamente prodotti durante processi di combustione con utilizzo di ossigeno (camino a legna, caldaia alimentata a metano, motore Diesel o benzina, centrali termoelettriche). 

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Questi inquinanti sono, in situazioni concrete, sempre presenti come miscela di differenti composti specifici, fra i quali:

  • Monossido di azoto (NO)
  • Biossido di azoto (NO2)
  • Triossido di diazoto (N2O3)
  • Altri

Con riferimento alle normative che regolano le emissioni in atomsfera, usualmente si usa il termine generico NOx per indicare la somma pesata del monossido di azoto (NO) e del biossido di azoto (NO2).

NOx

L’ossido di azoto (NO) è un gas incolore, insapore ed inodore; può essere chiamato ossido nitrico. E’ un sottoprodotto dei  processi di combustione ad alta temperatura. A contatto con l'atmosfera viene ossidato dall’ossigeno e più rapidamente dall’ozono (O3) trasformandosi in biossido di azoto. La tossicità del monossido di azoto è limitata.

Il biossido di azoto è un gas tossico di colore giallo-rosso, dall’odore forte e pungente e con grande potere irritante; è un forte ossidante, molto reattivo e quindi altamente corrosivo. Esiste nelle due forme N2O4 (forma dimera) e NO2 . Il colore rossastro, spesso visibile nei fumi di combustione, è legato alla presenza della forma NO2 (che è quella prevalente). 

Il biossido di azoto svolge un ruolo fondamentale nella formazione dello smog fotochimico, essendo un elemento intermedio funzionale, notro malgrado, alla produzione di una serie di composti secondari pericolosi come l’ozono, l’acido nitrico, l’acido nitroso, gli alchilnitrati, i perossiacetililnitrati ed altri. La famiglia degli ossidi di azoto contribuisce, si stima,  per circa il 30% alla formazione delle piogge acide.  Da notare che gli NOx vengono per lo più emessi da sorgenti al suolo, legate spesso a processi di combustione, e sono solo parzialmente solubili in acqua, il che influenza notevolmente il trasporto e gli effetti a distanza.

Una delle reazioni che, tipicamente conduce alla generazione di NOx, ovvero di ossidi di azoto, è la combustione. La quantità di NOx, o meglio la concentrazione di tali composti misurata all'interno del flusso emissivo a valle della reazione, dipende da vari fattori tra cui:

Ossidi di zolfo (SOx)

La sigla (SOx) individua, similmente a quanto sopra, la famiglia degli ossidi di zolfo.  

  • SO2 gas:  anidride solforosa, detta anche biossido di zolfo, è un gas incolore, irritante, non infiammabile, molto solubile in acqua e dall’odore pungente; essendo più pesante dell’aria tende a depositarsi in strati nelle zone più basse. E' un inquinante dell'atmosfera tra i più diffusi ed uno dei più aggressivi e pericolosi. E' emesso, tipicamente, da sorgenti antropogeniche in quanto derviva dall'ossidazione dello zolfo nel corso dei processi di ossidazione termica dei combustibili che contengono questo elemento sia come impurezza (combustibili fossili) sia come costituente fondamentale.
  • SO3 gas: anidride solforica o triossido di zolfo inquinante areiforme derivato dall'ossidazione della precdente anidride solforosa, reagendo con acqua, anche allo stato di vapore, origina acido solforico.E' responsabile, per molta parte, del fenomeno delle piogge acide. Dato che il suo precesso di formazione è molto lento, mentre la sua reattività all’acqua molto elevata, in situazioni concrete, la concentrazione del triossido di zolfo varia fra l’1 e il 5% della concentrazione del biossido di zolfo .

In genere gli ossidi di zolfo sono presenti in maggiore concentrazione quando vengono utilizzati combustibili quali carbone, lignite o altri combustibili fossili, ma possono derivare anche da cicli industriali chimici specifici.

La combustione di biomassa legnosa, sotto l’aspetto degli inquinanti gassosi, è relativamente innocua. È comunque importante tenere in considerazione l'emissioni di gas acidi, che usualmente hanno concentrazioni limitate, ma possono variare in modo consistente a seconda dell’effettivo tipo di biomassa in utilizzo.

Acido cloridrico (HCl)

Forse uno dei più comuni gas acidi immessi nell'atmosfera, l’acido cloridrico si presenta a temperatura ambiente come un acido gassoso, incolore ma dall’odore fortemente irritante per le vie respiratorie umane. Altamente corrosivo, può essere pericoloso quindi non deve essere inalato e non deve entrare in contatto con la pelle o con le mucose.

L’acido cloridrico si ossida facilmente a cloro gassoso:

4 HCl + O2 → 2 Cl2 + 2 H2O

Il cloro è un gas dal colore verde giallastro, circa due volte e mezzo più pesante dell'aria. Esso ha un odore soffocante estremamente sgradevole ed è molto velenoso. Il cloro è un elemento così reattivo che, in natura, non si può trovare allo stato puro come cloro gassoso, ma combinato con altri elementi. 

Tecnologie di trattamento gas acidi

A seconda delle concentrazioni, delle temperature, delle dimensioni del flusso da trattare e di ulteriori parametri possono essere utilizzate differenti tecnologie per il trattamento delle emissioni contenenti gas acidi. In via di rapida sintesi possiamo citare:

Filtri a maniche con addittivazione di reagenti neutralizzanti

filtri a maniche piatte sono usati con successo anche per l’assorbimento chimico di gas acidi come HF, HCl e SO2 oltre che per l’adsorbimento di altri composti inquinanti. Generalmente viene impiegato, tra gli altri, l’idrossido di calcio (Ca(OH)2) di qualità tipica commerciale, che viene addittivato nella corrente gassosa prima dell’ingresso nel filtro. Per ottenere un’adeguata osservanza dei limiti di emissione richiesti, l’additivo deve essere dosato in quantità sovra-stechiometrica (da 1,5 a 3 volte).

DeNOx, SCR o reattori catalitici

Si tratta di impianti che, anche per elevate concentrazioni in ingresso, consentono la denitrificazione, ovvero la conversione degli ossidi di azoto in N2 (azoto molecolare) e H2O (acqua). Tale trasformazione è permessa dall'impiego di un’agente riducente (ammoniaca - NH3) e di un apposito catalizzatore, che garantisce un’adeguata cinetica alle reazioni di riduzione degli NOX.

Scrubber

I più comuni gas acidi emessi a livello industriale sono trattati, spesso, usando un Venturi Gas Scrubber. Questa apparecchiatura, usando un fluido di lavaggio per trascinare il gas, realizza una perfetto contatto tra fase liquida e gassosa e facilita il trasferimento delle specie acide dal gas al liquido.

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