ITMI20071215A1

ITMI20071215A1 - PROCEDURE OF MATERIAL PYROLYSIS WITH ORGANIC MATRIX

Info

Publication number: ITMI20071215A1
Authority: IT
Inventors: Adriano Colosimo; Mario Cruccu
Original assignee: Adriano Colosimo; Mario Cruccu
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2008-12-19

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda un procedimento per la pirolisi di materiale carbonioso o almeno parzialmente carbonioso, quale quello derivante da biomasse o da rifiuti organici e misti di varia origine. The present invention relates to a process for the pyrolysis of carbonaceous or at least partially carbonaceous material, such as that deriving from biomass or from organic and mixed waste of various origins.

La pirolisi è un processo di conversione termochimica di materiali a matrice organica in prodotti finali combustibili, che avviene in assenza di ossigeno, o con una presenza così limitata di questo, tale da poter trascurare le reazioni di ossidazione, responsabili della formazione di composti quali diossine e furani. Rispetto ai forni a combustione normalmente utilizzati per 1'incenerimento dei rifiuti, i reattori pirolitici risultano quindi molto più sicuri e non richiedono dei sofisticati sistemi di abbattimento dei composti tossici di ossidazione che, in caso di avaria, riverserebbero nell'atmosfera diossina e furani con grosso rischio per la salute e per l'ambiente. Pyrolysis is a process of thermochemical conversion of organic matrix materials into combustible final products, which takes place in the absence of oxygen, or with such a limited presence of this, that it is possible to neglect the oxidation reactions, responsible for the formation of compounds such as dioxins and furans. Compared to combustion ovens normally used for waste incineration, pyrolytic reactors are therefore much safer and do not require sophisticated systems for the abatement of toxic oxidation compounds which, in case of failure, would release dioxins and furans into the atmosphere with major risk to health and the environment.

I prodotti della pirolisi sono gassosi, liquidi, e solidi, in proporzioni che dipendono dai metodi di pirolisi, dai parametri di reazione e dal materiale con cui viene alimentato il reattore pirolitico. Rispetto a un processo di combustione diretta, la tecnologia pirolitica consente di trasferire ai prodotti, siano essi gassosi, liquidi o solidi, il contenuto energetico del materiale di partenza in un processo a basso impatto ambientale. Negli studi sperimentali reperibili sia in letteratura che nella pratica industriale si osserva come tradizionalmente il processo di pirolisi sia stato usato per massimizzare la produzione del char (carbone) o più spesso quella dell' olio di pirolisi. The products of pyrolysis are gaseous, liquid, and solid, in proportions that depend on the pyrolysis methods, the reaction parameters and the material with which the pyrolytic reactor is fed. Compared to a direct combustion process, pyrolytic technology allows the energy content of the starting material to be transferred to the products, be they gaseous, liquid or solid, in a process with low environmental impact. In experimental studies available both in literature and in industrial practice, it is observed that traditionally the pyrolysis process has been used to maximize the production of char (coal) or more often that of pyrolysis oil.

La scarsa attenzione dedicata finora alla produzione del combustibile gassoso è da imputare alla bassa resa in gas catatterist ica della tecnologia pirolitica convenzionale, che si attesta ad un valore normalmente inferiore al 40% in peso del materiale di partenza. The scarce attention paid up to now to the production of gaseous fuel is to be attributed to the low yield in catacacteristic gas of the conventional pyrolytic technology, which is normally lower than 40% by weight of the starting material.

Esiste una enorme variabilità nei processi e nei prodotti ottenibili, determinata dall'ampia possibilità di agire sui parametri che governano le reazioni di processo (temperatura, tempo di residenza, velocità di riscaldamento, pressione, granulometria del materiale di alimentazione) . Questa comporta che siano state fatte diverse classificazioni delle tecnologie pirolitiche esistenti, le più comuni delle quali si basano sulla temperatura di processo e sulla velocità di reazione. There is an enormous variability in the processes and products that can be obtained, determined by the wide possibility of acting on the parameters that govern the process reactions (temperature, residence time, heating speed, pressure, particle size of the feed material). This implies that various classifications of existing pyrolytic technologies have been made, the most common of which are based on the process temperature and reaction rate.

In funzione della temperatura alla quale vengono condotti, i processi pirolitici si distinguono in pirolisi a bassa (400-600°C), media (600-1000°C) e alta temperatura (1000-200 0°C). I processi di pirolisi a bassa e media temperatura (450-1000°C) si distinguono, a loro volta, per la tipologia di reattore nel quale sono condotti: Depending on the temperature at which they are conducted, pyrolytic processes are divided into pyrolysis at low (400-600 ° C), medium (600-1000 ° C) and high temperature (1000-200 0 ° C). The pyrolysis processes at low and medium temperature (450-1000 ° C) are distinguished, in turn, by the type of reactor in which they are conducted:

1.il forno verticale, in cui il materiale organico viene alimentato dall'alto, essiccato e pirolizzato procedendo dall'alto verso il basso in controcorrente rispetto ai gas caldi. I residui vengono recuperati nella sezione bassa del reattore, mentre i gas vengono evacuati dalla parte alta. 1. the vertical furnace, in which the organic material is fed from above, dried and pyrolyzed proceeding from top to bottom in countercurrent with respect to the hot gases. The residues are recovered in the lower section of the reactor, while the gases are evacuated from the upper part.

2.il forno rotativo, simile al forno verticale, caratterizzato da un più efficace trasporto del calore e da un miglior mescolamento del materiale organico alimentato in virtù della loro rotazione. Per contro la pirolisi condotta in un reattore rotante è un processo più delicato, a causa dei rischi connessi con la possibilità di ingresso di aria in prossimità dei giunti di rotazione. 2. the rotary kiln, similar to the vertical kiln, characterized by a more effective heat transfer and a better mixing of the organic material fed by virtue of their rotation. On the other hand, the pyrolysis carried out in a rotating reactor is a more delicate process, due to the risks associated with the possibility of air entering near the rotation joints.

3.il forno a letto fluido cilindrico verticale, in cui il materiale organico da trattare, che necessita di pretrattamenti di triturazione e vagliatura, viene tenuto in sospensione da un flusso gassoso ascensiona le . All'interno del reattore viene posto anche un inerte, di solito sabbia silicea, con il compito di favorire gli scambi termici e fornire al sistema una sufficiente inerzia termica. Tali forni sono molto complessi e di difficile conduzione . 3. the vertical cylindrical fluid bed furnace, in which the organic material to be treated, which requires pre-treatment of crushing and screening, is kept in suspension by an upward gaseous flow. Inside the reactor is also placed an inert, usually silica sand, with the task of favoring thermal exchanges and providing the system with sufficient thermal inertia. These furnaces are very complex and difficult to operate.

I prodotti generati dai processi condotti nei forni precedentemente descritti sono generalmente: The products generated by the processes carried out in the previously described furnaces are generally:

• Polveri composte prevalentemente da polverino di carbone. Sono più facilmente trattabili di quelle prodotte durante 1' incenerimento, perché composte da particelle di dimensioni maggiori, a causa della temperatura di esercizio più bassa. Esse inoltre sono più concentrate, dato il volume minore della fase gassosa prodotta. • Powders composed mainly of coal dust. They are more easily treatable than those produced during incineration, because they are composed of larger particles, due to the lower operating temperature. They are also more concentrated, given the smaller volume of the gas phase produced.

• Gag costituito essenzialmente da idrogeno (H2), monossido di carbonio (CO), e gas inerti dovuti alle infiltrazioni. È un gas con un potere calorifico compreso tra 12.500 e 20.900 kJ/Nm<3>. Non contiene ossidi di azoto a causa della temperatura moderata e dell'atmosfera fortemente riducente alla quale viene condotto il processo. • Gag essentially consisting of hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), and inert gases due to infiltrations. It is a gas with a calorific value between 12,500 and 20,900 kJ / Nm <3>. It does not contain nitrogen oxides due to the moderate temperature and the strongly reducing atmosphere in which the process is conducted.

• Olio pirolitico, costituito principalmente da composti organici parzialmente ossidati (acidi, alcoli, esteri) . È un combustibile che deve seguire un processo depurativo a causa dei prodotti corrosivi del cloro e dello zolfo in esso contenuti. Può essere utilizzato per realizzare l'apporto endotermico necessario alle reazioni di pirolisi o essere valorizzato separatamente. • Pyrolytic oil, consisting mainly of partially oxidized organic compounds (acids, alcohols, esters). It is a fuel that must undergo a purification process due to the corrosive products of chlorine and sulfur contained in it. It can be used to make the endothermic supply necessary for the pyrolysis reactions or be valued separately.

• Residuo solido o coke di pirolisi, che contiene un substrato minerale proveniente dalla frazione inorganica del rifiuto e un substrato organico carbonioso. Tale residuo può essere utilizzato come combustibile solido a valle di trattamenti depurativi, o trasformato in carbone attivo . • Solid residue or pyrolysis coke, which contains a mineral substrate from the inorganic fraction of the waste and an organic carbonaceous substrate. This residue can be used as solid fuel downstream of purification treatments, or transformed into activated carbon.

La pirolisi ad alta temperatura (circa 2000°C) avviene con elevate velocità di reazione (pirolisi "flash") ed è caratterizzata da elevate rese di demolizione termica dei rifiuti in atmosfera riducente e dalla minimizzazione della formazione dei composti intermedi di reazione. I reattori utilizzati sono elettrici tubolari nei quali il materiale organico finemente triturato si decompone nel corso della sua caduta verticale per effetto di intensi scambi di calore. I problemi connessi con la compatibilità chimico-fisica dei materiali risultano minimizzati evitando il contatto rifiuto-parete, mantenendo separati i flussi da trattare dalle pareti radianti. L'esigua durata del trattamento è sufficiente a produrre un effluente gassoso "pulito", minimizzando così la necessità di trattamento dei prodotti. Pyrolysis at high temperature (about 2000 ° C) occurs with high reaction rates ("flash" pyrolysis) and is characterized by high yields of thermal demolition of waste in a reducing atmosphere and by the minimization of the formation of intermediate reaction compounds. The reactors used are tubular electric in which the finely ground organic material decomposes during its vertical fall due to intense heat exchanges. The problems connected with the chemical-physical compatibility of the materials are minimized by avoiding the waste-wall contact, keeping the flows to be treated separate from the radiant walls. The short duration of the treatment is sufficient to produce a "clean" gaseous effluent, thus minimizing the need for product treatment.

In base alle velocità di reazione, invece, le diverse tecnologie impiegate per la pirolisi di materiale a matrice organica in scala pilota e industriale si distinguono in: On the basis of the reaction rates, on the other hand, the different technologies used for the pyrolysis of organic matrix material on a pilot and industrial scale are divided into:

• Pirolisi veloce con temperature non superiori a 650°C, utilizzata per massimizzare la produzione di olio pirolitico. I processi attualmente esistenti sono: THIDE (potenzialità 20.000 - 60.000 t/anno), GARRET, PYROCAL, KEINER, pirolisi sotto vuoto; • Fast pyrolysis with temperatures no higher than 650 ° C, used to maximize the production of pyrolytic oil. The currently existing processes are: THIDE (potential 20,000 - 60,000 t / year), GARRET, PYROCAL, KEINER, vacuum pyrolysis;

• Pirolisi veloce con temperature superiori a 650°C. Utilizzata per massimizzare la produzione di prodotti gassosi (Processo HTFW, processo AER); • Fast pyrolysis with temperatures above 650 ° C. Used to maximize the production of gaseous products (HTFW process, AER process);

• Pirolisi lenta con basse temperature (non superiori a 500°C). Si ottiene la massimizzazione della produzione di char attraverso reazioni secondarie di ripolimerizzazione e di coking; • Slow pyrolysis with low temperatures (no higher than 500 ° C). Maximization of char production is achieved through secondary repolymerization and coking reactions;

• Pirolisi lenta con medie temperature (600°C) . Si ottiene la massimizzazione della produzione di olio e di gas di pirolisi. Si basano su questi parametri il processo NESA FLOWSHEET, il ROTOPYR, il D.R .P.. • Slow pyrolysis with medium temperatures (600 ° C). Maximization of oil and pyrolysis gas production is achieved. The NESA FLOWSHEET process, the ROTOPYR, the D.R.P .. are based on these parameters.

Il problema che sta alla base della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un procedimento di pirolisi di materiale a matrice organica che risulti in una massimizzazione della produzione di combustibile gassoso di alto valore. The problem underlying the present invention is that of providing a pyrolysis process of organic matrix material which results in a maximization of the production of high-value gaseous fuel.

Tale problema è risolto da un procedimento di pirolisi comedelineato nelle annesse rivendicazioni, il cui contenuto è parte integrante della presente descrizione . This problem is solved by a pyrolysis process as outlined in the attached claims, the content of which is an integral part of the present description.

In particolare, la tecnologia pirolitica oggetto della presente invenzione, basandosi sulla combinazione di tre parametri di processo finora mai applicati contemporaneamente - cioè bassa velocità di reazione, regolazione del contenuto di acqua e presenza di catalisi, consente di convertire il materiale a matrice organica di partenza, sia esso costituito da rifiuti o biomasse boschive od agricole, in gas di sintesi con una resa che si attesta intorno al 69% in peso. In particular, the pyrolytic technology object of the present invention, based on the combination of three process parameters hitherto never applied simultaneously - i.e. low reaction rate, regulation of the water content and presence of catalysis, allows to convert the material to the starting organic matrix , whether it consists of forest or agricultural waste or biomass, in synthesis gas with a yield of around 69% by weight.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di un esempio di realizzazione, fatta qui di seguito a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle seguenti figure: Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the description of an exemplary embodiment, given below by way of non-limiting example, with reference to the following figures:

Figura 1 rappresenta una vista schematica di un'impianto di pirolisi per l'attuazione del procedimento dell'invenzione. Figure 1 represents a schematic view of a pyrolysis plant for carrying out the process of the invention.

Il processo dell'invenzione, come detto, permette di ottenere una maggiore resa in gas pirolitici mediante la combinazione di tre parametri fondamentali : The process of the invention, as mentioned, allows to obtain a higher yield in pyrolytic gases by combining three fundamental parameters:

a) velocità di reazione a) reaction rate

b) umidità, e b) humidity, e

c) presenza di catalizzatori nel materiale a matrice organica da pirolizzare. c) presence of catalysts in the organic matrix material to be pyrolyzed.

La velocità di reazione varia nell'intervallo di 0,5-1, 5 ore, operando ad una temperatura compresa tra 450°C e 650°C, più preferibilmente tra 500°C e 600°C. Si configura pertanto come un processo di pirolisi lenta . The reaction rate varies in the range of 0.5-1.5 hours, operating at a temperature between 450 ° C and 650 ° C, more preferably between 500 ° C and 600 ° C. It is therefore configured as a slow pyrolysis process.

La quantità d'acqua è regolata in funzione del contenuto di carbonio del materiale da pirolizzare ed è maggiore di quella presente nei processi di pirolisi noti. In generale, la quantità d'acqua aggiunta al materiale da pirolizzare sarà pari a circa 1,2 equivalenti rispetto al rapporto stechiometrico della seguente reazione: The amount of water is regulated according to the carbon content of the material to be pyrolyzed and is greater than that present in known pyrolysis processes. In general, the amount of water added to the material to be pyrolyzed will be approximately 1.2 equivalent with respect to the stoichiometric ratio of the following reaction:

Corganico H20<“>> CO H2Corganic H20 <“>> CO H2

dove Corganicoè la quantità di carbonio (in moli) presente nel materiale da pirolizzare, ottenibile moltiplicando il peso totale del materiale da pirolizzare per la percentuale di contenuto di carbonio e dividendo quindi per il peso molecolare del carbonio. where Corganic is the quantity of carbon (in moles) present in the material to be pyrolyzed, obtainable by multiplying the total weight of the material to be pyrolyzed by the percentage of carbon content and then dividing by the molecular weight of the carbon.

I catalizzatori utilizzati per il processo di pirolisi della presente invenzione sono catalizzatori per reazioni di cracking, preferibilmente scelti tra catalizzatori a base di ferro, nichel, o cromo. Dal momento che si osserva un incremento delle proprietà catalitiche nell'ordine Fe < Ni < Cr, la scelta del catalizzatore più adatto viene fatta in funzione della reattività del materiale di partenza, che varia secondo l'ordine biomasse > rifiuti organici a matrice prevalentemente polimerica (plastiche) . Si utilizzerà quindi preferibilmente un catalizzatore meno attivo per un substrato più reattivo. The catalysts used for the pyrolysis process of the present invention are catalysts for cracking reactions, preferably selected from iron, nickel, or chromium-based catalysts. Since an increase in the catalytic properties is observed in the order Fe <Ni <Cr, the choice of the most suitable catalyst is made according to the reactivity of the starting material, which varies according to the order biomass> organic waste with a predominantly polymeric matrix (plastics). A less active catalyst will therefore preferably be used for a more reactive substrate.

Preferibilmente tali metalli saranno in forma di polvere con una granulometria non superiore a 1 mm. Preferibilmente, si utilizzano tra 100 e 300 mg di catalizzatore per kg di materiale da pirolizzare. Preferably these metals will be in the form of a powder with a particle size not exceeding 1 mm. Preferably, between 100 and 300 mg of catalyst are used per kg of material to be pyrolyzed.

Per il processo dell'invenzione potranno essere impiegati sia forni rotanti orizzontali che forni verticali di tipo convenzionale. Both horizontal rotary ovens and conventional vertical ovens can be used for the process of the invention.

Verrà ora descritto a titolo esemplificativo, con riferimento alla figura 1, un impianto 1 ed il relativo processo di pirolisi secondo l'invenzione. A plant 1 and the related pyrolysis process according to the invention will now be described by way of example, with reference to Figure 1.

Il materiale a matrice organica (rifiuti, biomasse, ecc.) da pirolizzare viene stoccato in appositi contenitori 2a, 2b, 2c e viene addizionato del catalizzatore prescelto. Da tali contenitori il materiale viene caricato, tramite tramogge, ad un trituratone 3, da cui un nastro trasportatore 4 lo trasferisce ad una tramoggia 5 posta sopra una coclea 6. Nella tramoggia 5 viene anche caricata la quantità d'acqua calcolata per il materiale da pirolizzare. Mezzi per il vuoto, quale una pompa da vuoto o ventola, provvedono ad evacuare l'aria adsorbita nel materiale da pirolizzare, in modo da creare, all'interno del reattore di pirolisi, un vuoto di circa 10 mmHg. The organic matrix material (waste, biomass, etc.) to be pyrolyzed is stored in special containers 2a, 2b, 2c and is added with the chosen catalyst. From these containers the material is loaded, by means of hoppers, to a shredder 3, from which a conveyor belt 4 transfers it to a hopper 5 placed above an auger 6. The quantity of water calculated for the material to be loaded is also loaded into the hopper 5. pyrolyze. Vacuum means, such as a vacuum pump or fan, evacuate the air adsorbed in the material to be pyrolyzed, so as to create, inside the pyrolysis reactor, a vacuum of about 10 mmHg.

La coclea 6 trasporta il materiale così trattato all'interno del reattore di pirolisi 8. The screw 6 transports the material thus treated inside the pyrolysis reactor 8.

Il reattore 8 è costituito da due sezioni. Una prima sezione è una camera rotante orizzontale 8a cilindrica, avente una camicia esterna di riscaldamento 9 realizzata preferibilmente mediante un forno coassiale rivestito di refrattario e munito di bruciatori. Il combustibile potrà derivare sia da propano e gasolio che da parte del gas pirolitico prodotto nel reattore 8 stesso. The reactor 8 consists of two sections. A first section is a cylindrical horizontal rotating chamber 8a, having an external heating jacket 9 preferably made by means of a coaxial furnace lined with refractory and equipped with burners. The fuel can derive both from propane and gas oil and from the pyrolytic gas produced in the reactor 8 itself.

La seconda sezione è una camera ad asse verticale 8b cilindrica e raccordata a T con la camera orizzontale 8a, alla cui sommità è posizionato un bruciatore a gas pirolitico e dal cui fondo sono scaricate le ceneri. The second section is a chamber with a vertical axis 8b cylindrical and T-shaped with the horizontal chamber 8a, at the top of which a pyrolytic gas burner is positioned and from the bottom of which the ashes are discharged.

Nel reattore 8, mantenuto ad una temperatura compresa tra 500°C e 600°C ed in atmosfera povera di ossigeno, il materiale subisce un processo termico di decomposizione ed il carbone così prodotto reagisce con 1'acquaper formare il gas pirolitico (idrogeno ed ossido di carbonio) con una resa di circa il 69%. Le sostanze gassose in uscita da reattore 8 vengono prelevate in due punti. Dalla camera orizzontale 8a tramite un'uscita 10 fuoriescono i fumi che vengono condotti tramite opportuna tubatura ad un primo ciclone 11 per la rimozione delle polveri. I fumi vengono quindi raffreddati in mezzi di scambio termico 12 e addizionati, in corrispondenza di un tubo di Venturi 13, con bicarbonato di sodio e carbone attivo. I fumi passano quindi attraverso dei mezzi di filtrazione 14 da cui vengono aspirati, tramite opportuni mezzi di aspirazione 15, ad un camino di emissione 16. In reactor 8, maintained at a temperature between 500 ° C and 600 ° C and in an oxygen-poor atmosphere, the material undergoes a thermal decomposition process and the coal thus produced reacts with the water to form the pyrolytic gas (hydrogen and oxide carbon) with a yield of about 69%. The gaseous substances leaving the reactor 8 are withdrawn in two points. The fumes emerge from the horizontal chamber 8a through an outlet 10 and are conducted by means of a suitable pipe to a first cyclone 11 for the removal of dust. The fumes are then cooled in heat exchange means 12 and added, in correspondence with a Venturi tube 13, with sodium bicarbonate and activated carbon. The fumes then pass through filtration means 14 from which they are sucked, by means of suitable suction means 15, to an emission chimney 16.

Dalla camera verticale 8b, attraverso un'uscita 17, i gas pirolitici vengono invece avviati ad un secondo ciclone 18 per l'eliminazione delle polveri. Dal ciclone 18 i gas pirolitici, privati della maggior parte delle polveri, subiscono una fase di raffreddamento rapido (quench) da circa 550°C a circa 60°C. In tale fase si ottiene inoltre la condensazione dei gas acidi (HC1, S02). From the vertical chamber 8b, through an outlet 17, the pyrolytic gases are instead sent to a second cyclone 18 for the elimination of dust. From cyclone 18 the pyrolytic gases, deprived of most of the dust, undergo a rapid cooling phase (quench) from about 550 ° C to about 60 ° C. In this phase, the condensation of the acid gases (HC1, S02) is also obtained.

La fase di quench viene attuata addizionando acqua fredda ai gas sotto controllo di temperatura. I gas vengono fatti passare attraverso una unità di raffreddamento rapido 19 munita preferibilmente di un condotto a sezione ristretta, dove, per effetto Venturi, l'acqua viene iniettata in forma finemente dispersa nel gas. The quench phase is carried out by adding cold water to the gases under temperature control. The gases are made to pass through a rapid cooling unit 19 preferably equipped with a narrow section duct, where, due to the Venturi effect, the water is injected in a form finely dispersed in the gas.

Il gas così raffreddato viene inviato ad un'unità di lavaggio 20. Tale unità di lavaggio consiste preferibilmente in una torre di lavaggio che comprende un serbatoio verticale riempito con materiale inerte (spiralette) . In tale serbatoio vengono alimentate, in controcorrente rispetto al flusso di gas, delle acque di lavaggio basiche, per la neutralizzazione delle sostanze acide presenti nel gas pirolitico. Tali acque basiche potranno vantaggiosamente essere costituite da acqua miscelata a latte di calce. The gas thus cooled is sent to a washing unit 20. This washing unit preferably consists of a washing tower which comprises a vertical tank filled with inert material (spiralettes). In this tank are fed, in counter-current with respect to the gas flow, basic washing waters, for the neutralization of the acid substances present in the pyrolytic gas. Such basic waters can advantageously consist of water mixed with milk of lime.

Le acque di lavaggio, aventi una temperatura di circa 60°C, vengono inviate a mezzi di decantazione 21, per la separazione delle acque chiarificate dai fanghi, che essendo costituiti prevalentemente da polverino di carbone, possono essere reintrodotti nella tramoggia 5 per raggiungere nuovamente il reattore pirolitico o essere smaltiti dopo disidratazione in filtro-pressa. The washing waters, having a temperature of about 60 ° C, are sent to decanting means 21, for the separation of the clarified water from the sludge, which, being mainly made up of coal dust, can be reintroduced into the hopper 5 to reach the pyrolytic reactor or be disposed of after dehydration in a filter press.

Le acque chiarificate vengono in gran parte avviate ad una torre di raffreddamento 22, mentre la restante parte viene inviata all'unità di raffreddamento rapido 19 ed all'unità di lavaggio 20. The clarified water is largely sent to a cooling tower 22, while the remainder is sent to the rapid cooling unit 19 and to the washing unit 20.

Nella torre di raffreddamento 22 (torre evaporativa) le acque subiscono un ulteriore raffreddamento e, nelle condizioni più critiche in estate, escono ad una temperatura di 40°C. In the cooling tower 22 (evaporative tower) the waters undergo further cooling and, in the most critical conditions in summer, they come out at a temperature of 40 ° C.

Il gas pirolitico, uscente dall'unità di lavaggio 20, viene fatto passare attraverso a mezzi filtranti 23, preferibilmente costituiti da un filtro a ghiaia, per la totale eliminazione di particelle solide e liquide, e finalmente viene convogliato, per mezzo di opportuni mezzi di pompaggio (ad esempio, aspiratori ad aspi rotanti), ad un polmone di accumulo 24. The pyrolytic gas, leaving the washing unit 20, is made to pass through filtering means 23, preferably consisting of a gravel filter, for the total elimination of solid and liquid particles, and is finally conveyed, by means of suitable means of pumping (for example, aspirators with rotating reels), to an accumulation lung 24.

Dal polmone di accumulo 24, il gas pirolitico potrà essere prelevato per l'utilizzo nei bruciatori del reattore 8 stesso o in un impianto di cogenerazione di energia elettrica/calore associato all'impianto di pirolisi (non mostrato). From the accumulation lung 24, the pyrolytic gas can be withdrawn for use in the burners of the reactor 8 itself or in an electrical energy / heat cogeneration plant associated with the pyrolysis plant (not shown).

L' impianto di pirolisi secondo la presente invenzione può vantaggiosamente essere integrato con un'unità di comando e controllo operante per mezzo di un algoritmo che, utilizzando come input la portata e la caratterizzazione del materiale a matrice organica alimentato al reattore e le caratteristiche di tutti i flussi entranti ed uscenti dal sistema, sia in termini globali che per singolo componente, consente di effettuare i bilanci di materia e di energia. The pyrolysis plant according to the present invention can advantageously be integrated with a command and control unit operating by means of an algorithm which, using as input the flow rate and the characterization of the organic matrix material fed to the reactor and the characteristics of all the inflows and outflows of the system, both in global terms and for each single component, make it possible to carry out material and energy balances.

L'impianto è dotato di opportuni rilevatori e/o sensori di T, pressione e composizione per indagini chimico-analitiche sia sul gas pirolitico che sui fumi prodotti, che creano un set di valori di parametri che viene utilizzato come input per l'unità di comando e controllo durante tutte le fasi di processo . The plant is equipped with suitable detectors and / or sensors of T, pressure and composition for chemical-analytical investigations both on the pyrolytic gas and on the fumes produced, which create a set of parameter values that is used as input for the unit of command and control during all process phases.

L'algoritmo matematico, in particolare, fornisce i seguenti output: The mathematical algorithm, in particular, provides the following outputs:

• La portata, la composizione media e le caratteristiche chimico-fisiche rilevanti del gas pirolitico prodotto, quali temperatura, viscosità, densità, potere calorifico ; • The flow rate, the average composition and the relevant chemical-physical characteristics of the pyrolytic gas produced, such as temperature, viscosity, density, calorific value;

• la portata del polverino di carbone prodotto ed il suo potere calorifico; • the flow rate of the coal powder produced and its calorific value;

• la portata e la composizione dei fumi di combustione . • the flow rate and composition of the combustion fumes.

• la quantità di inerti da smaltire; • the quantity of aggregates to be disposed of;

• le condense prodotte; • the condensates produced;

• la portata di gas pirolitico necessaria a mantenere nel reattore un temperatura di 600°C, necessaria all 'instaurarsi delle reazioni di pirolisi; • the flow rate of pyrolytic gas necessary to maintain a temperature of 600 ° C in the reactor, necessary for the onset of pyrolysis reactions;

• l'eccesso d'aria necessario alla combustione del gas pirolitico e dei combustibili ausiliari nel bruciatore del reattore. • the excess air necessary for the combustion of the pyrolytic gas and auxiliary fuels in the reactor burner.

Il processo di pirolisi secondo la seguente invenzione comprende quindi in generale le seguenti fasi operative: The pyrolysis process according to the following invention therefore generally comprises the following operating steps:

a) addizione di un catalizzatore di reazioni di cracking, preferibilmente scelto tra catalizzatori a base di nichel, ferro o cromo, a materiale a matrice organica; b)triturazione di detto materiale ed aggiunta di una quantità d'acqua opportuna a far avvenire la reazione tra il carbonio presente in detto materiale a matrice organica ed acqua a dare idrogeno e monossido di carbonio; a) addition of a cracking reaction catalyst, preferably selected from nickel, iron or chromium-based catalysts, to an organic matrix material; b) triturating said material and adding a suitable quantity of water to cause the reaction between the carbon present in said organic matrix material and water to give hydrogen and carbon monoxide;

c) fase di pirolisi lenta di detto materiale a matrice organica e raccolta di gas pirolitici comprendenti idrogeno e monossido di carbonio; c) slow pyrolysis step of said organic matrix material and collection of pyrolytic gases including hydrogen and carbon monoxide;

d) fase di raffreddamento rapido di detti gas pirolitici; d) rapid cooling step of said pyrolytic gases;

e) fase di lavaggio di detti gas pirolitici raffreddati . e) washing step of said cooled pyrolytic gases.

Il processo dell'invenzione ha numerosi vantaggi che in parte sono già stati evidenziati. The process of the invention has numerous advantages which have already been partially highlighted.

Il processo può essere applicato sia a biomasse agricole o forestali che ai rifiuti di qualunque natura, purché contenenti una matrice organica, quali plastiche, carta, tessuti, organico putrescibile, ecc.. The process can be applied both to agricultural or forest biomass and to waste of any nature, as long as it contains an organic matrix, such as plastics, paper, fabrics, putrescible organic, etc.

Il processo permette inoltre di massimizzare la produzione di gas pirolitico, utile fonte di energia. The process also allows to maximize the production of pyrolytic gas, a useful source of energy.

Si ottiene nel contempo una minima produzione di carbone ed una totale assenza di combustibili liquidi . At the same time, a minimum production of coal and a total absence of liquid fuels is obtained.

Il fabbisogno energetico dell'impianto è inoltre assicurato dal gas pirolitico prodotto. The energy requirement of the plant is also ensured by the pyrolytic gas produced.

La pirolisi lenta, umida e catalizzata secondo la presente invenzione può pertanto considerarsi una innovazione dei processi di pirolisi in quanto consente di ottenere la trasformazione del materiale a matrice organica in gas di sintesi con una resa nettamente superiore a quella dei processi pirolitici convenzionali. Date le sue caratteristiche, il gas ottenuto può essere convertito in energia elettrica con semplici motori a combustione interna, motori la cui tecnologia è ormai consolidata. The slow, wet and catalyzed pyrolysis according to the present invention can therefore be considered an innovation of the pyrolysis processes since it allows to obtain the transformation of the organic matrix material into synthesis gas with a much higher yield than that of conventional pyrolytic processes. Given its characteristics, the gas obtained can be converted into electricity with simple internal combustion engines, engines whose technology is now well established.

L'algoritmo matematico associato a tale processo consente, dopo la necessaria taratura, basata su un'accurata indagine analitica sia sul gas pirolitico che sui fumi, di The mathematical algorithm associated with this process allows, after the necessary calibration, based on an accurate analytical investigation both on the pyrolytic gas and on the fumes, to

1. determinare la quantità di gas pirolitico che può essere stoccata per utilizzi futuri, nonché la quantità di inerti e di condense prodotte; 1. determine the quantity of pyrolytic gas that can be stored for future use, as well as the quantity of aggregates and condensates produced;

2. determinare la quantità di gas pirolitico uscente dal reattore pirolitico, che dovrà essere inviata alla sezione di depurazione sia per la rimozione delle condense acide, che delle particelle trascinate, al fine di consentire un utilizzo del medesimo in condizioni di sicurezza; 2. determine the quantity of pyrolytic gas exiting the pyrolytic reactor, which must be sent to the purification section both for the removal of acid condensate and entrained particles, in order to allow its use in safe conditions;

3. di effettuare delle simulazioni in funzione della variabilità dei dati di input che sono ben evidenziati nello schema allegato; 4. di ottenere la composizione media dei fumi di scarico, nonché la composizione del gas pirolitico con il relativo potere calorifico di prima approssimazione; 3. to carry out simulations according to the variability of the input data which are clearly highlighted in the attached diagram; 4. to obtain the average composition of the exhaust fumes, as well as the composition of the pyrolytic gas with the relative calorific value of first approximation;

5. di formulare previsioni produttive e di gestione del reattore pirolitico, al fine di una corretta ottimizzazione dei consumi e dei costi. 5. to formulate production and management forecasts of the pyrolytic reactor, in order to correctly optimize consumption and costs.

E' evidente che è stata descritta solo una forma particolare di realizzazione della presente invenzione, cui l'esperto dell'arte sarà in grado di apportare tutte quelle modifiche necessarie per il suo adattamento a particolari applicazioni, senza peraltro discostarsi dall'ambito di protezione della presente invenzione . It is clear that only a particular embodiment of the present invention has been described, to which the skilled in the art will be able to make all those modifications necessary for its adaptation to particular applications, without however departing from the scope of protection of the present invention.

Claims

CLAIMS 1. Slow pyrolysis process of organic matrix material, comprising the following steps: i) adding a cracking reaction catalyst to said organic matrix material ii) regulation in said organic matrix material of the water content necessary for the reaction of the carbon present in said material with water to give hydrogen and carbon monoxide.

2. Process according to claim 1, in which said slow pyrolysis is carried out for a time comprised between 0.5 and 1.5 hours at a temperature comprised between 450 ° C and 650 ° C.

3. Process according to claim 2, in which said slow pyrolysis is carried out at a temperature comprised between 500 ° C and 600 ° C.

Process according to any one of claims 1 to 3, wherein said cracking reaction catalyst is selected from nickel, iron or chromium-based catalysts.

5. Process according to claim 4, wherein said nickel, iron or chromium-based catalyst is a nickel, iron or chromium powder with a particle size not exceeding 1 mm.

Process according to any one of claims 1 to 5, wherein said cracking reaction catalyst is added in quantities of 100-300 mg per kg of organic matrix material.

Process according to any one of claims 1 to 6, wherein the water content is adjusted so that water is present as 1.2 equivalents with respect to the stoichiometric ratio of the following reaction: Corganic H20 <“>> CO H2 where Corganic is the quantity of carbon in moles present in the material to be pyrolyzed.

Process according to any one of claims 1 to 7, comprising the following operating steps: a) addition of a cracking reaction catalyst, preferably selected from nickel, iron or chromium-based catalysts, to an organic matrix material; b) triturating said material and adding a suitable quantity of water to cause the reaction between the carbon present in said organic matrix material and water to give hydrogen and carbon monoxide; c) slow pyrolysis step of said organic matrix material and collection of pyrolytic gases including hydrogen and carbon monoxide; d) rapid cooling step of said pyrolytic gases; e) washing step of said cooled pyrolytic gases.

9. Process according to claim 8, in which said pyrolytic gases, before being subjected to said rapid cooling step d), undergo a dedusting treatment.

10. Process according to claim 8 or 9, in which said rapid cooling step takes place by injection of water into said pyrolytic gases at a controlled temperature.

11. Process according to any one of claims 8 to 10, in which said step of washing said cooled pyrolytic gases takes place in countercurrent with basic waters.

12. Process according to claim 11, in which said basic waters are basified with milk of lime.

13. Process according to any one of claims 1 to 12, wherein said pyrolytic gases are at least in part reused as fuel for heating in the slow pyrolysis phase.

14. Process according to any one of claims 1 to 13, wherein said pyrolytic gases are used in an electric power / heat cogeneration plant.

15. Plant for the implementation of the slow pyrolysis process according to any one of claims 1 to 14, comprising a pyrolysis reactor 8 comprising a horizontal rotating chamber 8a connected in a T with a vertical chamber 8b.

16. Plant according to claim 15, wherein said vertical chamber 8b is internally lined with refractory and comprises top burners and an ash discharge from the bottom.

17. Plant according to claim 15 or 16, wherein said horizontal rotating chamber 8a comprises an outlet 10 for the fumes and said vertical chamber 8b comprises an outlet 17 for the pyrolytic gases.

18. Plant according to any one of claims 15 to 17, in which, upstream of said reactor 8, there is a shredder 3 for the organic matrix material in flow communication with a hopper 5 and an auger 6 for loading the material in the reactor 8.

19. Plant according to claim 18, wherein said hopper 5 comprises an inlet for water and is connected with vacuum means 7 for evacuating the air from the organic matrix material.

20. Plant according to any one of claims 15 to 19, in which, downstream of said reactor 8, a cyclone 18 is arranged for the dedusting of the pyrolytic gases leaving said reactor 8.

21. Plant according to claim 20, in which, downstream of said cyclone 1, there is a rapid cooling unit 1 equipped with a narrow section duct where, due to the Venturi effect, the water is injected into the pyrolytic gases in the form minutely dispersed.

22. Plant according to claim 21, in which, downstream of said rapid cooling unit, a washing unit 20 is arranged for pyrolytic gases with basic water in countercurrent.

23. Plant according to claim 22, in which, downstream of said washing unit 20, filtering means 23 are arranged, such as a gravel filter for the elimination of solid or liquid particles from said pyrolytic gases.

24. Plant according to any one of claims 15 to 23, said plant comprising a plant for the cogeneration of electrical energy / heat by means of the pyrolytic gases produced in the pyrolysis reactor 8.

25. Plant according to any one of claims 15 to 24, said plant comprising a command and control unit and detectors and / or sensors of T, pressure and composition for chemical-analytical investigations both on the pyrolytic gas and on the fumes produced, which they create a set of parameter values which is used as input for the command and control unit during all process steps.

26. Plant according to claim 25, wherein said command and control unit is operated with an algorithm which allows at least one of the following operations: - determine the quantity of pyrolytic gas that can be stored for future use, as well as the quantity of aggregates and condensates produced; determining the quantity of pyrolytic gas leaving the pyrolytic reactor, which must be sent to the purification section both for the removal of acid condensate and entrained particles, in order to allow its use in safe conditions; carry out simulations according to the variability of the input data which are clearly highlighted in the attached diagram; obtain the average composition of the exhaust fumes, as well as the composition of the pyrolytic gas with the relative calorific value of first approximation; formulate production and management forecasts of the pyrolytic reactor, in order to correctly optimize consumption and costs.