I gas da depurare sono quelli del motore di propulsione (main engine), di motori per gruppi elettrogeni (aux engine) e di una caldaia (boiler). Il primo componente è la torre di lavaggio (scrubber), le soffianti d’aria (sealing air fan), in seguito una cassa contenente idrossido di sodio (NaOH tank), deposito acqua dolce (wash water tank), pompe di circolazione (pumps), refrigeranti (heat exchanger), cassa di recupero (holding tank), sistema di lavaggio con acqua (wash water cleaning system), cassa raccolta morchie (sludge tank), analizzatori gas e acqua (gas and water analizers).
Ecco come funzionano gli scrubber a circuito aperto:
- Presa dell'acqua di mare: gli scrubber a circuito aperto aspirano l'acqua di mare dall'oceano attraverso una presa situata sullo scafo della nave (cassa di mare). Quest'acqua viene utilizzata come mezzo di lavaggio per pulire i gas di scarico e monitorata con un analizzatore pH.
- Processo di lavaggio: i gas di scarico vengono diretti verso la torre di lavaggio dove incontrano la valvola di by pass (valvola a 3 vie) che serve ad indirizzare i gas direttamente al fumaiolo. Presente una soffiante che provvede al sigillo dei gas della valvola a 3 vie.
- Valvola a tre vie: L'attuatore del by-pass è una valvola a tre vie per il sistema. Durante il funzionamento di pulizia, consente il flusso di gas di scarico allo scrubber, impedendone l'uscita in atmosfera. Allo stesso modo, quando il sistema è fermo, impedisce al gas di scarico di fluire dentro lo scrubber. Viene fornito un'aria di tenuta per garantire che il gas di scarico vada nella direzione corretta. Le valvole di by-pass verranno aperte istantaneamente in posizione di by-pass in caso dei seguenti eventi:
- Arresto dello scrubber iniziato dalla funzione di sicurezza strumentata.
- Arresto di emergenza attivato.
- La fonte di aria strumentale o il segnale del regolatore.
Il ventilatore d'aria di tenuta funziona 24 ore al giorno, 7 giorni su 7. Fornisce continuamente aria al sistema, indipendentemente se in funzione o meno. Questo componente assicura che ci sia una tenuta adeguata nella valvola a 3 vie.
Torre di lavaggio: Il suo corpo è composto da acciaio inossidabile per proteggersi dall'effetto corrosivo degli acidi solforici, che sono il sottoprodotto dello zolfo e dell'acqua di mare. All'interno della torre ci sono insiemi di ugelli che spruzzano acqua di mare al gas di scarico. Tre insiemi nella camera principale e altri due insiemi sul venturi. Proprio sotto il primo e il secondo anello di ugelli ci sono i letti di imballaggio o i filtri umidi. Sotto il terzo anello di ugelli c'è il separatore di goccioline che impedisce alle goccioline di essere trasportate in atmosfera. L'acqua di mare sarà spruzzata prima nel venturi per evitare il funzionamento a secco dell'abbattitore e anche per raffreddare il gas di scarico. Dopo di che, il primo e il secondo stadio spruzzeranno acqua di mare al gas di scarico. L'ultimo stadio serve solo a scopo di pulizia durante l'arresto dell'unità dell'abbattitore.
- Processo di lavaggio: Sia l'ingresso che lo scarico dell'acqua di lavaggio sono monitorati dall'unità di monitoraggio pH. L’analizzatore imposterà il limite di pH della nave richiesto dall’organizzazione marittima internazionale.
- Reazione acido-base: nella torre di lavaggio, il biossido di zolfo (SO2) e altri componenti acidi presenti nei gas di scarico reagiscono con l'acqua di mare alcalina. Questa reazione porta alla formazione di acido solforico (H2SO4), un composto idrosolubile e meno dannoso rispetto alla SO2. Il rilascio dei gas di scarico e lo scarico dell’acqua sono monitorati e controllati da un sistema di monitoraggio.
- Neutralizzazione: man mano che durante il lavaggio si forma l'acido solforico H2SO4, si dissolve nell'acqua di mare, provocando l'acidificazione dell'acqua. Tuttavia, la natura alcalina dell'acqua di mare neutralizza in modo naturale l'acido riducendone l'impatto complessivo sull'ambiente marino. Se la nave è in navigazione il pH dell’acqua di mare prelevato per il lavaggio deve essere del valore di 2, mentre l’acqua di scarico non deve superare il valore di 6,5. Nel caso sia ferma il pH dell’acqua di scarico non deve superare il valore di 6,5 a 4 metri dal punto di scarico della nave.
- Neutralizzazione: Durante il lavaggio con un sistema convenzionale di pulizia dei gas di scarico, i gas vengono prima condotti verso il venturi dove viene introdotta la prima nebulizzazione di acqua di lavaggio. Il Venturi crea una miscela tumultuosa di gas di scarico caldo e acqua di lavaggio, riducendo la temperatura dei gas di scarico, gli ossidi di zolfo e la materia particolata. Crea anche un leggero movimento per limitare la perdita di pressione nel condotto di scarico.
- Lavaggio: all'interno dell'unità di lavaggio (scrubber), l'acqua viene spruzzata verso il basso attraverso letti imballati in due fasi, venendo infine a contatto con i gas di scarico che provengono dal basso. I letti imballati migliorano la miscelazione dei gas di scarico e dell'acqua e aumentano la superficie disponibile per lo scrubbing. C'è un separatore di gocce (droplet separator) sopra lo scrubber per eliminare il trasporto di acqua dall'unità di lavaggio. Questo processo di miscelazione è essenziale nell'arte della pulizia dei gas di scarico. Più accurata è la miscelazione tra gas di scarico e acqua di mare, più efficiente è la pulizia, in altre parole, una riduzione ottimale degli ossidi di zolfo.
- Scarico: Se ci fosse bisogno di ridurre la visibilità di una possibile colonna di vapore in uscita dal sistema di pulizia dei gas di scarico, ad esempio nel caso delle navi da crociera, è possibile aggiungere un'unità per colonna profonda per completare il sistema. L'acqua di mare ormai acidificata viene scaricata in mare, soggetta a rigide normative ambientali in aree specifiche. L'acqua scaricata deve rispettare i limiti applicabili per i livelli di pH e altri inquinanti, che solitamente sono determinati dalle normative locali o internazionali.
- Processo di lavaggio: il gas di scarico dei motori della nave viene diretto attraverso la torre di lavaggio (scrubber tower), dove entra in contatto con l'acqua dolce circolante. L’acqua dolce è contenuta nella relativa cassa (System tank). Il serbatoio di processo è riempito con acqua di lavaggio dalla pompa dell'acqua di compensazione. Quindi l'acqua viene continuamente ricircolata in un sistema a circuito chiuso come il serbatoio di processo, lo scambiatore di calore e lo scrubber dalla pompa di circolazione.
- Nel circuito chiuso sono presenti due pompe per la circolazione dell’acqua dolce (circulating pump), mentre quelle di acqua salata servono per il raffreddamento di quest’ultima. L'acqua di mare dalla pompa di alimentazione dell'acqua di mare viene utilizzata appunto per raffreddare l'acqua di lavaggio.
- Il livello di alcalinità dell'acqua di lavaggio è controllato mediante l'apporto di soda caustica. Il sistema di monitoraggio dell'acqua monitora e registra la qualità dell'acqua di lavaggio.
- Reazione acido-base: simile agli scrubber a circuito aperto, i componenti acidi, incluso il biossido di zolfo (SO2), nei gas di scarico reagiscono con l'acqua dolce alcalina. Questa reazione porta alla formazione di acido solforico (H2SO4), proprio come nel processo a ciclo aperto.
- Neutralizzazione: dopo il processo di lavaggio, l'acqua dolce acidificata viene raccolta e pompata in un'unità di neutralizzazione (water treatment unit). In questa unità all’acqua acidificata viene aggiunta una sostanza alcalina, solitamente soda caustica (idrossido di sodio – NaOH). La sostanza alcalina neutralizza l'acido solforico, trasformandolo in sali innocui, come il solfato di sodio (Na2SO4).
- Ricircolo: l'acqua dolce neutralizzata viene quindi rimessa in circolo nella torre di lavaggio per continuare il processo di lavaggio. Questo sistema a circuito chiuso garantisce che l'acqua acidificata non venga scaricata in mare.
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