Inquinanti atmosferici: Cosa sono, perché li abbattiamo, dove si trovano e come li affrontiamo?

Gli inquinanti atmosferici che sono anche comunemente chiamati inquinanti atmosferici pericolosi, HAPs e tossici dell’aria sono quegli inquinanti noti per causare gravi impatti sulla salute o effetti ambientali avversi. Il Clean Air Act richiede che l’EPA regoli gli inquinanti atmosferici tossici da categorie di impianti industriali. Questo viene fatto in due fasi, la prima è basata sulla tecnologia, dove vengono creati standard per il controllo delle emissioni di sostanze tossiche dell’aria dall’industria. La parte superiore di questi standard è indicata come BACT, Best Available Control Technologies ed è qui che GCES eccelle come fornitore di soluzioni di controllo dell’inquinamento.

Con l’EPA concentrata sulla riduzione di 187 inquinanti atmosferici tossici da emettere c’è una lista infinita di inquinanti atmosferici pericolosi che abbiamo il compito di abbattere per i nostri clienti, l’ambiente e il futuro. Nella nostra serie sugli inquinanti atmosferici esamineremo cosa sono gli inquinanti atmosferici, perché li abbattiamo, dove si trovano e come vengono distrutti.

Parte 1 dell’abbattimento degli inquinanti atmosferici pericolosi: BTEX

BTEX: BTEX è un acronimo che sta per Benzene, Toluene, Etilbenzene e Xileni. Questi composti sono composti organici volatili (VOC) che si trovano nel petrolio e nei prodotti petroliferi come la benzina. Analizziamo ognuno di questi VOC ed esploriamo il motivo per cui li abbattiamo.

Che cos’è il benzene? Il benzene, C6H6, è considerato uno dei prodotti petrolchimici elementari con una combinazione di molecole di sei atomi di carbonio e un atomo di idrogeno. Poiché il suo contenuto è costituito solo da atomi di carbonio e idrogeno, è classificato come idrocarburo. Il benzene è incolore e altamente infiammabile con un odore dolce.

Dove si trova il benzene? Gli usi principali del benzene sono nella fabbricazione di altre sostanze chimiche tra cui etilbenzene, cumene, cicloesano, nitrobenzene e alchilbenzene, con l’etilbenzene che è il più comune. L’etilbenzene è usato per fare polimeri e plastiche come il polistirene e l’EPS. Il benzene si trova anche in fenolo, acetoni per resine e adesivi, nylon, gomme, lubrificanti, coloranti, detergenti, farmaci, esplosivi e pesticidi. Con tutti questi usi dobbiamo esplorare ulteriormente la necessità di abbattimento.

Perché abbattiamo il benzene? Distruggiamo il benzene prima di scaricarlo nell’aria perché, nonostante i suoi molti usi, è un cancerogeno umano. I cancerogeni sono definiti come qualsiasi sostanza che è un agente direttamente coinvolto nel causare il cancro. Il benzene è stato anche collegato all’insufficienza del midollo osseo, anemia aplastica, leucemia acuta, sindrome mielodisplastica, leucemia linfoblastica acuta e leucemia mieloide cronica. Nel 1948 l’American Petroleum Institute ha dichiarato che “è generalmente considerato che l’unica concentrazione assolutamente sicura per il benzene è zero”. Poiché il benzene si trova nella benzina e nei carburanti idrocarburici che sono in uso praticamente ovunque, l’esposizione ad esso è diventata un problema di salute globale e alla GCES siamo impegnati a far parte della soluzione.

Anche il Toluene fa parte dei BTEX. Il toluene, noto anche come Toluol, è un VOC che rientra nella categoria degli idrocarburi aromatici.

Che cos’è il toluene? Il toluene, CH3, è un liquido insolubile in acqua che è incolore e ha un odore che è associato a quello del diluente per vernici. Un derivato mono-sostituito del benzene che ha vendite mondiali di oltre 25 miliardi di dollari USA.

Dove si trova il toluene? Ampiamente usato come materia prima industriale e come solvente, il toluene è un prodotto chimico altamente infiammabile. Il toluene si trova naturalmente a bassi livelli nel petrolio greggio ed è un sottoprodotto della produzione di benzina e della produzione di coke dal carbone. La purificazione viene fatta durante una separazione finale con qualsiasi processo di distillazione o estrazione con solvente usato per i BTEX aromatici. Il toluene che è usato nella produzione di schiuma di poliuretano, trinitrontoluene (TNT) e una serie di droghe sintetiche è una materia prima per il toluene diisocianato e un precursore di altre sostanze chimiche. Viene anche usato come solvente per vernici, diluenti per vernici, sigillanti siliconici, gomma, inchiostro da stampa, adesivi, colle, lacche, conciatori di pelle e disinfettanti. Come combustibile il toluene è usato come amplificatore di ottano nella benzina per motori a combustione interna, come combustibile per motori a due e quattro tempi, miscele di surrogati del combustibile dei jet e forse più notoriamente nelle auto di Formula Uno della Honda. Le applicazioni alternative vanno dalla rottura dei globuli rossi per estrarre l’emoglobina negli esperimenti di biochimica e come cemento nei kit di polistirolo in quanto può essere applicato con precisione a pennello senza la massa di adesivi, per citarne alcune.

Perché abbattiamo il Toluene? Quando viene inalato, il toluene provoca stanchezza, debolezza, confusione, perdita di memoria, perdita di appetito, nausea, perdita dell’udito, perdita della vista, compresa quella dei colori e comportamento e azioni simili all’ubriachezza. Quando l’esposizione viene interrotta questi sintomi spesso scompaiono anche se alti livelli di inalazione causano stordimento, nausea, sonnolenza, incoscienza e persino morte. L’esposizione può essere ricreativa come inalante ed è stata conosciuta per causare gravi danni neurologici e dal 2007 era illegale usare, possedere e distribuire in 24 stati per tali usi. A differenza di VOC simili come il benzene, l’EPA afferma che il potenziale cancerogeno del toluene non può essere valutato a causa di informazioni insufficienti.

Etilbenzene, la terza parte dei BTEX, è anche conosciuto come feniletano e metiltoluene. È un liquido altamente infiammabile, incolore e con un odore simile alla benzina, spesso descritto come leggermente dolce.

Dove si trova l’etilbenzene? Componente importante dell’industria petrolchimica, l’etilbenzene è un intermedio nella produzione dello stirene, uno dei materiali plastici più comuni. Anche se il 99% dell’etilbenzene è usato nella produzione di plastica, ci sono altri usi per l’idrocarburo aromatico monociclico, C6H5CH2CH3, tra cui carburante, solvente in inchiostro, adesivo di gomma, vernice e pitture. Altri usi includono come agente antidetonante nella benzina per ridurre il battito del motore e aumentare il numero di ottani.

Perché abbattiamo l’etilbenzene? Per rispondere a questa domanda dobbiamo guardare sia agli effetti sulla salute umana che all’ambiente. Cominciamo con la salute umana e finiamo con la protezione dell’ambiente che è dove gli esperti di GCES hanno ingegnerizzato le soluzioni. Mentre l’esposizione a lungo termine non dovrebbe avere un effetto negativo, l’Occupation Safety and Health Administration (OSHA) degli Stati Uniti limita l’esposizione dei lavoratori a una media di 100 ppm per una giornata lavorativa di 8 ore con una settimana lavorativa di 40 ore. L’Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro ha classificato l’etilbenzene come possibile cancerogeno. Alcuni studi hanno trovato che l’esposizione all’etilbenzene nei ratti e nei topi ha portato ad un aumento dell’incidenza dei tumori. Gli effetti a breve termine negli esseri umani includono sensibilità alla gola e agli occhi e vertigini.

Nell’ambiente l’etilbenzene può passare facilmente dall’acqua al suolo e si trova soprattutto come vapore nell’aria. Spesso rilasciato nell’aria attraverso la combustione di carbone, gas e petrolio, l’etilbenzene reagisce alla luce del sole e contribuisce alla produzione di smog. Dato che non si lega avidamente al suolo, si sposta rapidamente nelle acque sotterranee e spesso si può trovare nei pozzi d’acqua che si trovano vicino a siti di rifiuti o a serbatoi sotterranei di stoccaggio di carburante che hanno avuto perdite e discariche.

Che cos’è lo xilene? Forse il più sicuro delle quattro parti di BTEX, lo Xilene è un prodotto petrolchimico prodotto dal reforming catalitico e dalla carbonizzazione del carbone durante la produzione di carburante, in particolare il combustibile coke. Trovato in piccole quantità nella benzina e nei carburanti per aerei, lo Xilene è prodotto ad un tasso di diversi milioni di tonnellate all’anno con i maggiori impianti di produzione a Singapore.

Dove si trova lo Xilene? Lo xilene è il principale fornitore dell’acido tereftalico e del dimetiltereftalato, entrambi monomeri usati nella produzione di bottiglie di plastica di polietilene tereftalato e di vestiti di poliestere. Il 98% della produzione di xilene è per i prodotti menzionati prima, con altre applicazioni come solvente nell’industria della stampa, della gomma e del cuoio. Spesso un componente dell’inchiostro, della gomma, degli adesivi, dei diluenti per vernici, delle vernici, come agente di pulizia e persino come trattamento del canale radicolare in odontoiatria o come ingrediente attivo in prodotti usati per la pulizia del cerume, gli usi dello xilene sono di vasta portata. Storicamente lo xilene è stato usato come composto chimico precursore per il gas lacrimogeno usato nella prima guerra mondiale.

Perché lo xilene viene abbattuto? Mentre lo xilene ha una tossicità acuta, uno dei suoi fattori più preoccupanti è che è altamente infiammabile. I principali effetti fisici dell’esposizione ai vapori di xilene è il suo effetto sul sistema nervoso centrale. I sintomi a breve termine includono mal di testa, vertigini, nausea, vomito, debolezza, irritabilità e riduzione dei tempi di reazione. L’esposizione a basse concentrazioni è reversibile e non è noto che causi danni permanenti. Tuttavia, l’esposizione a lungo termine a bassi livelli di Xilene ha portato a una diminuzione dell’equilibrio, della coordinazione e dei tempi di reazione. L’esposizione a lungo termine può anche portare a mal di testa, irritabilità, insonnia, agitazione, depressione, stanchezza, diminuzione della concentrazione, tremori e persino perdita di memoria a breve termine. È stato anche conosciuto per avere effetti sulla pelle come un irritante che spoglia la pelle di oli e per questo motivo si raccomanda che gli individui che affrontano l’esposizione professionale allo Xilene devono indossare guanti oltre alle maschere. Quando lo Xilene entra nell’ambiente è di solito attraverso l’evaporazione che spesso si disperde nel suolo, nelle acque di superficie e nelle acque sotterranee.

Come fa Gulf Coast Environmental Systems ad abbattere i BTEX? Poiché la struttura dei composti BTEX sono solo atomi di carbonio e idrogeno, una semplice reazione di combustione abbatterà i composti BTEX. L’ossidazione termica è il metodo principale che GCES raccomanda per abbattere i BTEX. Se c’è bisogno di una maggiore efficienza di distruzione e di un costo di proprietà inferiore, l’ossidazione termica rigenerativa può anche essere una scelta di abbattimento. Ulteriori opzioni possono includere un sistema scrubber.

TEORIA DEL FUNZIONAMENTO

Ossidazione termica

Il metodo di riduzione dei composti organici volatili (VOC) in un ossidatore termico ruota intorno alla distruzione termica. Il processo chimico dell’ossidazione termica è abbastanza semplice; la temperatura del flusso di scarico viene portata a un punto tale da rompere i legami chimici che tengono insieme le molecole. I VOC nel flusso di scarico del processo vengono convertiti in varie combinazioni di anidride carbonica (CO2), acqua (H2O) ed energia termica dall’alta temperatura della camera di combustione. Un ossidatore termico standard a fuoco diretto è efficace in scenari di alta distruzione.

Per situazioni che richiedono una minore efficienza di distruzione e un minore costo di proprietà, l’ossidazione termica rigenerativa può anche essere una scelta di abbattimento. In questa situazione il metodo di distruzione è ancora l’ossidazione termica, ma con un ossidatore termico rigenerativo (RTO) sono inclusi nel sistema due contenitori per il recupero dell’energia che sono usati come alloggiamenti per i mezzi di recupero del calore in ceramica. Il mezzo di recupero di calore in ceramica funge da scambiatore di calore per il sistema. I due canister funzionano secondo il principio di assorbimento “swing bed”: che è il principio di trasferimento attraverso due letti mediante l’uso dell’inversione del flusso. Nell’uso di questo principio con il gres ceramico, il processo è chiamato rigenerazione.

Altri articoli della serie GCES ‘Abating Hazardous Air Pollutants’ includono:

Parte 1: BTEX è un acronimo che sta per Benzene, Toluene, Ethylbenzene e Xylenes.

Parte 2: Abbattimento del cloro

Parte 3: NOx è la famiglia dei composti chimici inquinanti dell’aria, gli ossidi di azoto.

Parte 4: Il piombo è anche conosciuto (erroneamente) come mercurio perché si trovano spesso insieme

Parte 5: Scrubber industriali per il trattamento dell’ammoniaca

Parte 6: SOx, i composti di molecole di zolfo e ossigeno tra cui monossido di zolfo, anidride solforosa e triossido di zolfo

Parte 7: Idrocarburi – Metano, etano, propano, butano, pentano, esano

Parte 8: Methyl Mercaptan – Methyl Mercaptan, conosciuto anche come Methanethiol

Parte 9: H2S – Solfuro di idrogeno altamente corrosivo

Parte 10: Dimetil solfuro – Metiltiometano

Parte 11: Acido solforico – H2SO4

Parte 12: Ossido di etilene – EtO

Parte 13: PFAS come contaminanti emergenti